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Cemento

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Para outros usos deste termo, veja-se Cemento (desambiguación).
Fábrica de cemento, em Derbyshire , Inglaterra.
Fábrica de cemento em Contes, (Alpes Marítimos, França).

Denomina-se cemento a um conglomerante hidráulico que, misturado com agregados pétreos (árido grosso ou grava, mais árido fino ou areia) e água, cria uma mistura uniforme, maleável e plástica que fragua e se endurece ao reagir com a água, adquirindo consistência pétrea, denominado hormigón (em Espanha e o caribe hispano) ou concreto (em Sudamérica). Seu uso está muito generalizado em construção e engenharia civil, sua principal função a de aglutinante.

Conteúdo

História

Desde a antigüedad, empregaram-se massas e morteiros elaborados com arcilla, yeso ou cal para unir mampuestos nas edificaciones. Foi na Antiga Grécia quando começaram a se usar tobas vulcânicas extraídas da ilha de Santorini , os primeiros cementos naturais. No século I a. C. começou-se a utilizar o cemento natural na Antiga Roma, obtido em Pozzuoli , cerca do Vesubio. A abóbada do Panteón é um exemplo disso. No século XVIII John Smeaton constrói a cimentación de um faro no alcantilado de Edystone, na costa Cornwall, empregando um morteiro de cal calcinada. No século XIX, Joseph Aspdin e James Parker patentearam em 1824 o Portland Cement, denominado assim por sua cor cinza verdoso escuro. Isaac Johnson, em 1845, obtém o protótipo do cemento moderno, com uma mistura de caliza e arcilla calcinada a alta temperatura. No século XX surge o auge da indústria do cemento, devido aos experimentos dos químicos franceses Vicat e Lhe Chatelier e o alemão Michaélis, que conseguem cemento de qualidade homogénea; a invenção do forno rotatório para calcinación e o molino tubular e os métodos de transportar hormigón fresco criados por Juergen Hinrich Magens que patenteia entre 1903 e 1907.

Veja-se também: História do hormigón

Tipos de cemento

Firestop mortar mixing.jpg

Podem-se estabelecer dois tipos básicos de cementos:

  1. de origem arcilloso: obtidos a partir de arcilla e pedra caliza em proporção 1 a 4 aproximadamente;
  2. de origem puzolánico: a puzolana do cemento pode ser de origem orgânico ou vulcânico.

Existem diversos tipos de cemento, diferentes por sua composição, por suas propriedades de resistência e durabilidade, e portanto por seus destinos e usos.

Desde o ponto de vista químico trata-se em general de uma mistura de silicatos e aluminatos de calcio, obtidos através do cocido de calcáreo, arcilla e areia. O material obtido, molido muito finamente, uma vez que se mistura com água se hidrata e solidifica progressivamente. Já que a composição química dos cementos é complexa, utilizam-se terminologías específicas para definir as composições.

O cemento portland

Artigo principal: cemento portland

O tipo de cemento mais utilizado como aglomerante para a preparação do hormigón ou concreto é o cemento portland.

Produto que se obtém pela pulverizacion do clinker portland com a adição de uma ou mais formas de sulfato de calcio. Admite-se a adição de outros produtos sempre que sua inclusão não afecte as propriedades do cemento resultante. Todos os produtos adicionais devem ser pulverizados conjuntamente com o clinker. Quando o cemento portland é misturado com a água, se obtém um produto de características plásticas com propriedades adherentes que solidifica em algumas horas e endurece progressivamente durante um período de várias semanas até adquirir sua resistência característica.

Com o agregado de materiais particulares ao cemento (calcáreo ou cal) obtém-se o cemento plástico, que fragua mais rapidamente e é mais facilmente trabajable. Este material é usado em particular para o revestimento externo de edifícios.

Regulamento

A qualidade do cemento portland deverá estar de acordo com a norma ASTM C 150. Na Europa deve estar de acordo com a norma EM 197-1.

Cementos portland especiais

Os cementos portland especiais são os cementos que se obtêm da mesma forma que o portland, mas que têm características diferentes por causa de variações na percentagem dos componentes que o formam.

Portland férrico

O portland férrico está caracterizado por um módulo de fundentes de 0,64. Isto significa que este cemento é muito rico em ferro. Efectivamente obtém-se introduzindo cinzas de pirita ou minerales de ferro em pó. Este tipo de composição comporta portanto, além de uma maior presença de Fé2Ou3, uma menor presença de 3CaOAl2Ou3 cuja hidratación é a que desenvolve mais calor. Por este motivo estes cementos são particularmente apropriados para ser utilizados em climas cálidos. Melhore-los cementos férricos são os que têm um módulo calcareo baixo, efectivamente estes contêm uma menor quantidade de 3CaOSiO2, cuja hidratación produz a maior quantidade de cal livre (Ca(OH)2). Já que a cal livre é o componente mayormente atacable pelas águas agressivas, estes cementos, contendo uma menor quantidade, são mais resistentes às águas agressivas.

Cementos brancos

Contrariamente aos cementos férricos, os cementos brancos têm um módulo de fundentes muito alto, aproximadamente 10. Estes contêm portanto uma percentagem bajísimo de Fé2Ou3. EI cor branca é devido à falta do ferro que lhe dá uma tonalidad grisácea ao Portland normal e uma cinza mais escura ao cemento ferrico. A redução da Fé2Ou3 é compensada com o agregado de fluorita (CaF2) e de criolita (Na3AlF6), necessários na fase de fabricação no forno.para baixar a qualidade do tipo de cemento que hoje em dia há 4: que são tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 e tipo II 32,5;também chamado pavi) se lhe costuma acrescentar uma adição extra de caliza que se lhe chama clinkerita para rebajar o tipo, já que normalmente o clinker molido com yeso seria tipo I

Cementos de misturas

Os cementos de misturas obtêm-se agregando ao cemento Portland normal outros componentes como a puzolana. O agregado destes componentes dá-lhe a estes cementos novas características que o diferenciam do Portland normal.

Cemento puzolánico

Denomina-se puzolana a uma fina cinza vulcânica que se estende principalmente na região do Lazio e a Campania, seu nome deriva da localidade de Pozzuoli , nas proximidades de Nápoles , nas saias do Vesubio. Posteriormente generalizou-se às cinzas vulcânicas em outros lugares. Já Vitrubio descrevia quatro tipos de puzolana: negra, branca, cinza e vermelha.

Misturada com cal (na relação de 2 a 1) comporta-se como o cemento puzolánico, e permite a preparação de uma boa mistura em grau de fraguar inclusive baixo água.

Esta propriedade permite o emprego inovador do hormigón, como já tinham entendido os romanos: O antigo porto de Coisa foi construído com puzolana misturada com cal mal dantes de seu uso e colada baixo água, provavelmente utilizando um cano, para depositar no fundo sem que se diluya na água de mar. Os três berços são visíveis ainda, com a parte submergida em boas condições após 2100 anos.

A puzolana é uma pedra de natureza ácida, muito reactiva, ao ser muito porosa e pode obter-se a baixo preço. Um cemento puzolánico contém aproximadamente:

Já que a puzolana combina-se com a cal (Ca(OH)2), ter-se-á uma menor quantidade desta última. Mas justamente porque a cal é o componente que é atacado pelas águas agressivas, o cemento puzolánico será mais resistente ao ataque destas. Por outro lado, como o 3CaOAl2Ou3 está presente somente no componente constituído pelo clinker Portland, a colada de cemento puzolánico desenvolverá um menor calor de reacção durante o fraguado. Este cemento é portanto adequado para ser usado em climas particularmente calurosos ou para coladas de grandes dimensões.

Usa-se principalmente em elementos nas que se precisa alta permeabilidad e durabilidade.

Cemento siderúrgico

A puzolana tem sido substituída em muitos casos pela cinza de carvão proveniente das centrais termoeléctricas, escoria de fundições ou residuos obtidos aquecendo o cuarzo. Estes componentes são introduzidos entre o 35 até o 80%. A percentagem destes materiais pode ser particularmente elevado, sendo que se origina a partir de silicatos, é um material potencialmente hidráulico. Esta deve no entanto ser activada em um ambiente alcalino, isto é em presença de iones OH-. É por este motivo que deve estar presente pelo menos um 20 % de cemento Portland normal. Pelos mesmos motivos que o cemento puzolanico, o cemento siderurgico também tem boa resistência às águas agressivas e desenvolve menos calor durante o fraguado. Outra característica destes cementos é sua elevada alcalinidad natural, que o rende particularmente resistente à corrosão atmosférica causada pelos sulfatos.

Tem alta resistência química, de ácidos e sulfatos, e uma alta temperatura ao fraguar.

Cemento de fraguado rápido

O cemento de fraguado rápido, também conhecido como "cemento romano ou prompt natural", se caracteriza por iniciar o fraguado aos poucos minutos de sua preparação com água. Produz-se em forma similar ao cemento Portland, mas com o forno a uma temperatura menor (1.000 a 1.200 °C).[1] É apropriado para trabalhos menores, de fixações e reparos, não é apropriado para grandes obras porque não dispor-se-ia do tempo para efectuar uma boa colada. Ainda que pode-se iniciar o fraguado controlado mediante retardantes naturais (E-330) como o ácido cítrico, mas ainda assim se inicia o fraguado aproximadamente aos 15 minutos (a 20 °C). A vantagem é que ao passar aproximadamente 180 minutos de inciado do fraguado, se consegue uma resistência muito alta à compressão (entre 8 a 10 MPa), pelo que se obtém grande prestação para trabalhos de intervenção rápida e definitivos. Há cementos rápidos que passados 10 anos, obtêm uma resistência à compressão superior à de alguns hormigones armados (maior a 60 MPa).

Cemento aluminoso

Artigos principais: cemento aluminoso e aluminosis

O cemento aluminoso produz-se a partir principalmente da bauxita com impurezas de óxido de ferro (Fé2Ou3), óxido de titanio (TiO2) e óxido de silício (SiO2). Adicionalmente agrega-se calcáreo ou bem carbonato de calcio. O cemento aluminoso, também chamado «cemento fundido», pelo que a temperatura do forno atinge até os 1.600 °C e se atinge a fusão dos componentes. O cemento fundido é colado em moldes para formar lingotes que serão arrefecidos e finalmente molidos para obter o produto final.

O cemento aluminoso tem a seguinte composição de óxidos:

Pelo que se refere a seus reais componentes se tem:

Pelo que se refere ao óxido de silício, sua presença como impureza tem que ser menor ao 6 %, porque o componente ao que dá origem, isto é o (2CaOAl2Ou3SiO2) tem poucas propriedades hidrófilas (pouca absorción de água).

Reacções de hidratación

CaOAl2Ou3+10H2Ou → CaOAl2Ou310H2Ou (cristais hexagonais)
2(CaOAl2Ou3)+11H2Ou → 2CaOAl2Ou38H2Ou + A o(OH)3 (cristais + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2Ou → 3CaO2SiO2xH2Ou + Ca(0H)2 (cristais + gel)

Enquanto o cemento Portland é um cemento de natureza básica, graças à presença de cal Ca(OH)2, o cemento aluminoso é de natureza substancialmente neutra. A presença do hidróxido de alumínio A o(OH)3, que neste caso se comporta como ácido, provocando a neutralización dos dois componentes e dando como resultado um cemento neutro.

O cemento aluminoso deve utilizar-se com temperaturas inferiores aos 30 °C, portanto em climas frios. Efectivamente, se a temperatura fosse superior a segunda reacção de hidratación mudaria e ter-se-ia a formação de 3CaOAl2Ou36H2Ou (cristais cúbicos) e uma maior produção da o(OH)3, o que levaria a um aumento do volume e poderia causar fisuras.

Processo de fabricação do cemento Portland.

Propriedades gerais do cemento de aluminato de calcio

  • Boa resistência ao ataque químico.
  • Resistência a temperaturas elevada. REFRACTARIO.
  • Resistência inicial elevada que diminui com o tempo. CONVERSION.
  • Tem-se de evitar o uso de armaduras. Com o tempo aumenta a porosidad.
  • Uso apropriado para baixas temperaturas por ser muito exotérmico.

Está proibido o uso de cemento aluminoso em hormigón pré-tensionado. A vida útil das estruturas de hormigón armado é mais curta.

O fenómeno de conversão (aumento da porosidad e queda da resistência) pode demorar em aparecer em condições de temperatura e humidade baixa.

O proyectista deve considerar como valor de cálculo, não a resistência máxima senão, o valor residual, após a conversão, e não será maior de 40 N/mm2.

Recomenda-se relações A/C ≤ 0,4, alta quantidade de cemento e aumentar os recubrimientos (devido ao pH mais baixo).

Propriedades físicas do cemento de aluminato de calcio

  • Fraguado: Normal 2-3 horas.
  • Endurecimento: muito rápido. Em 6-7 horas tem o 80% da resistência.
  • Estabilidade de volume: Não expansivo.
  • Calor de hidratación: muito exotérmico.

Aplicações

O cemento de aluminato de calcio resulta muito adequado para:

  • Hormigón refractario.
  • Reparos rápidos de urgência.
  • Basamentos e bancadas de carácter temporário.

Quando seu uso seja justificable, se pode utilizar em:

  • Obras e elementos prefabricados, de hormigón em massa ou hormigón não estrutural.
  • Determinados casos de cimentaciones de hormigón em massa.
  • Hormigón projectado.

Não resulta nada indicado para:

  • Hormigón armado estrutural.
  • Hormigón em massa ou armado de grandes volumes.(muito exotérmico)

É proibido para:

  • Hormigón pré-tensionado em todos os casos.

Usos comuns do cemento de aluminato de calcio

  • Alcantarillados.
  • Zonas de vertidos industriais.
  • Depuradoras.
  • Terrenos sulfatados.
  • Ambientes marinhos.
  • Como morteiro de união em construções refractarias.

Processo de fabricação

Existe uma grande variedade de cementos segundo a matéria prima base e os processos utilizados para produzí-lo, que se classificam em processos de via seca e processos de via húmida.

O processo de fabricação do cemento compreende quatro etapas principais:

  1. Extracção e molienda da matéria prima
  2. Homogeneización da matéria prima
  3. Produção do Clinker
  4. Molienda de cemento.

A matéria prima para a elaboração do cemento (caliza, arcilla, areia, mineral de ferro e yeso) extrai-se de canteras ou minas e, dependendo da dureza e localização do material, aplicam-se certos sistemas de exploração e equipas. Uma vez extraída a matéria prima é reduzida a tamanhos que possam ser processados pelos molinos de cru.

A etapa de homogeneización pode ser por via húmida ou por via seca, dependendo de se usam-se correntes de ar ou água para misturar os materiais. No processo húmido a mistura de matéria prima é bombeada a balsas de homogeneización e de ali até os fornos em onde se produz o clínker a temperaturas superiores aos 1500 °C. No processo seco, a matéria prima é homogeneizada em pátios de matéria prima com o uso de maquinarias especiais. Neste processo o controle químico é mais eficiente e o consumo de energia é menor, já que ao não ter que eliminar a água acrescentada com o objecto de misturar os materiais, os fornos são mais curtos e o clínker requer menos tempo submetido às altas temperaturas.

O clínker obtido, independentemente do processo utilizado na etapa de homogeneización, é depois molido com pequenas quantidades de yeso para finalmente obter cemento.

Reacção das partículas de cemento com a água
  1. Período inicial: as partículas com a água encontram-se em estado de dissolução, existindo uma intensa reacção exotérmica inicial. Dura aproximadamente dez minutos.
  2. Período durmiente: nas partículas produz-se um filme gelatinosa, a qual inhibe a hidratación do material durante uma hora aproximadamente.
  3. Início de rigidez: ao continuar a hidratación das partículas de cemento, o filme gelatinosa começa a crescer, gerando pontos de contacto entre as partículas, as quais em conjunto inmovilizan a massa de cemento. Também se lhe chama fraguado. Portanto, o fraguado seria o aumento da viscosidade de uma mistura de cemento com água.
  4. Ganho de resistência: ao continuar a hidratación das partículas de cemento, e em presença de cristais de CaOH2, o filme gelatinosa (a qual está saturada neste ponto)desenvolve uns filamentos tubulares llados «agulhas fusiformes», as quais ao aumentar em número, geram uma trama que traspassa resistência mecânica entre os grãos de cemento já hidratados.
  5. Fraguado e endurecimento: o princípio de fraguado é o tempo de uma massa de cemento de difícil moldado e de alta viscosidade. Logo a massa endurece-se e transforma-se em um sólido resistente que não pode ser deformado. O tempo no que atinge este estado se chama «final de fraguado».

Armazenamento do cemento

O cemento é uma substância particularmente sensível à acção da água e da humidade, portanto para salvaguardar suas propriedades, devem-se ter algumas precauções muito importantes, entre outras: Imediatamente após que o cemento se receba na área das obras se é cemento a granel, deverá se armazenar em depósitos secos, desenhados a prova de água, adequadamente ventilados e com instalações apropriadas para evitar a absorción de humidade.

Se é cemento em sacos, deverá armazenar-se sobre grelhas de madeira ou andar de tabelas; não empilhar-se-á em fileiras superpostas a mais de 14 sacos de altura para armazenamento de 30 dias, nem a mais de 7 sacos de altura para armazenamentos até de 2 meses. Para evitar que o cemento envelheça indevidamente, após chegar à área das obras, o contratador deverá o utilizar na mesma sequência cronológica de sua chegada. Não utilizar-se-á carteira alguma de cemento que tenha mais de dois meses de armazenamento na área das obras, salvo que novos ensaios demonstrem que está em condições satisfatórias.

Referências

  1. ↑ Ficha de dados de segurança. CNP PM NF (cemento prompt natural), VICAT (2002)

Veja-se também

Enlaces externos

Wikilibros

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