CIMENTO

1. CIMENTO FTC – ENGENHARIA CIVIL Disciplina: Química Professor: Paulo S. M. Mascarenhas

2. História do cimento A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais de "caementum", termo que originou a palavra cimento.

3. História do cimento A origem do cimento remonta há cerca de 4.500 anos. Os imponentes monumentos do Egito antigo já utilizavam uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado. As grandes obras gregas e romanas, como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de origem vulcânica da ilha grega, que possuíam propriedades de endurecimento sob a ação da água.

4. Panteão – Grécia Coliseu – Roma

5. História do cimento O passo seguinte aconteceu em 1758, quando o inglês Smeaton consegue um produto de alta resistência, por meio da calcinação de calcários moles e argilosos. Seis anos depois, outro inglês, Joseph Aspdin patenteia o "Cimento Portland", que recebe este nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às das rochas da ilha britânica de Portland.

6. História do cimento O cimento Portland desencadeou uma verdadeira revolução na construção, pelo conjunto inédito de suas propriedades de moldabilidade, hidraulicidade (endurecer tanto na presença do ar como da água), elevadas resistências aos esforços e por ser obtido a partir de matérias-primas relativamente abundantes e disponíveis na natureza.

7. História do cimento Obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis, que propiciam conforto, bem-estar - barragens, pontes, viadutos, edifícios, estações de tratamento de água, rodovias, portos e aeroportos - e o contínuo surgimento de novos produtos e aplicações fazem do cimento um dos produtos mais consumidos da atualidade, conferindo uma dimensão estratégica à sua produção e comercialização.

8. História do cimento

9. Composição do cimento Calcário; Argila; Gesso.

10. Composição do cimento Calcário: São constituídos basicamente de carbonato de cálcio CaCO3 e dependendo da sua origem geológica podem conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro. O carbonato de cálcio é conhecido desde épocas muito remotas, sob a forma de minerais tais como a greda, o calcário e o mármore. O elemento cálcio, que abrange 40% de todo o calcário, é o quinto mais abundante na crosta terrestre, após o oxigênio, silício, alumínio e o ferro.

11. Composição do cimento Tipos de Calcário: 1. calcário calcítico (CaCO3): 2. calcário dolomítico (CaMg(CO3)2); 3. calcário magnesiano (MgCO3)

12. Composição do cimento Argila: São silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais e potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros. A escolha da argila envolve disponibilidade, distância, relação sílica/alumínio/ferro e elementos menores como álcalis. A argila fornece os componentes Al2O3, Fe2O3 e SiO2. Podendo ser utilizado bauxita, minério de ferro e areia para corrigir, respectivamente, os teores dos componentes necessários, porém são pouco empregados.

13. Composição do cimento Gesso: É o produto de adição final no processo de fabricação do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação. É encontrado sob as formas de gipsita (CaSO4. 2H2O), hemidratado ou bassanita (CaSO4. 0,5H2O) e anidrita (CaSO4). Utiliza-se também o gesso proveniente da indústria de ácido fosfórico a partir da apatita: Ca3(PO4)2+ 3H2SO4 +  6H2O  → 2H3PO4 + 3(CaSO4 2H2O)

14. Composição química Óxido de cálcio(CaO) 64.2%Sílica (SiO2) 21.2%Alumina (Aℓ2O3) 4.9%Óxido férrico (Fe2O3) 2.7%Anidrido sulfúrico(SO3) 2.6%Óxido de magnésio (MgO) 2.2%Óxido de potássio (K2O) 0.4%Óxido de sódio(Na2O) 0.2%Cloro (Cℓ) 0.01%

15. Fabricação do cimento Os componentes que mais interessam na fabricação do cimento são: CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 O Calcário e a argila são misturados e moídos a fim de se obter uma mistura crua para descarbonatação e clinquerização. No processo de moagem o material entra no moinho encontrando em contra corrente o ar ou gás quente (~220°C), propiciando a secagem do material. O material que entra com umidade em torno de 5% sai com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de final de 80 graus. Depois de moído o material é estocado em silos onde pode ser feito a homogeneização do mesmo;

16. Fabricação do cimento Clinquerização: É o processo de cozedura do cimento cru onde a temperatura pode chegar a 1450°C. Para que ocorra o aquecimento do material cru, o mesmo é lançado numa torre de ciclones onde em fluxo contrário, correm os gases quentes da combustão. Nos ciclones ocorrem a separação dos gases e material sólido. Os gases são lançados na atmosfera após passarem por um filtro onde as partículas, ainda presentes dos gases são precipitadas e voltam ao processo.

17. Fabricação do cimento O processo de clinquerização divide-se em: 1. Evaporação da água livre: H2O (líquido 100°C) →  H2O (vapor, 100°C)ΔH =  - 539,6 cal/g 2. Decomposição do carbonato de magnésio MgCO3(sólido 340°C)  → MgO (sólido) +  CO2(gasoso)ΔH=- 270 cal/g 3. Decomposição do carbonato de cálcio CaCO3(sólido)→ CaO (sólido)+  CO2(gás)ΔH= - 393 cal/g

18. Fabricação do cimento Processo de clinquerização (continuação): 4. Desidroxilação das argilas 5. Formação do 2CaO.SiO2 2CaO  +  SiO2(1200°C) →  2CaO.SiO2  = silicato dicálcico 6. Formação do CaO.SiO2 2CaO.SiO2 + CaO (1260 a 1450°C) →3CaO.SiO2 = silicato tricálcico 7. Primeiro e segundo resfriamento

19. Fabricação do cimento Termoquímica da calcinação A formação dos compostos do clínquer consome pouca caloria e os principais valores da formação a 1300°C são: 2CaO  +  SiO2  → 2CaO.SiO2ΔH=- 146 cal/g 3CaO  +  SiO2  →  3CaO.SiO2ΔH=- 111 cal/g 3CaO  +  Al2O3  → 3CaO.Al2O3  ΔH=- 21 cal/g 4CaO  +  Al2O3 + Fe2O3 →  4CaO. Al2O3.Fe2O3 ΔH=- 25 cal/g

20. Fabricação do cimento

21. Tipos de cimento Os tipos se diferenciam de acordo com a proporção de clínquer e sulfatos de cálcio, material carbonático e de adições, tais como escórias, pozolanas e calcário, acrescentadas no processo de moagem. Podem diferir também em função de propriedades intrínsecas, como alta resistência inicial, a cor branca etc.

22. Tipos de cimento

23. Tipos de cimento Cimento Portland Comum: Um tipo de Cimento Portland sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega) é muito adequado para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. O Cimento Portland comum é usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento.

24. Tipos de cimento Cimento Portland Composto: Gera calor numa velocidade menor do que o gerado pelo Cimento Portland Comum. Seu uso, portanto, é mais indicado em lançamentos maciços de concreto, onde o grande volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa. Este cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento.

25. Tipos de cimento Cimento de alto forno: Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armado, de concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro e outras. Mas é particularmente vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.

26. Tipos de cimento Cimento Portland Pozolânico: É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com este produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação.

27. Tipos de cimento Cimento Portland de alta resistência inicial: É recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento em indústrias de médio e pequeno porte, como fábricas de blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras desde as pequenas construções até as edificações de maior porte, e em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade.