cimentoconcretoaltodesempenhoipog

8/18/2019 CimentoConcretoAltoDesempenhoipog

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Fabricação de Cimento

CALCÁRIO

(CaO, MgO, SiO2)

ARGILA

(SiO2, Al2O3, Fe2O3)

MIN. FERRO

Fundente, Fe2O3

CASCA ARROZ

(SiO2, energia)

MOINHO

T ≈ 1450 ºC

CLÍNQUERGESSO

(~5%)MOAGEM

FINAL

CIMENTOPORTLAND

Comum

Fabricação de CimentoSistema deforno rotativocompré-aquecedor e

pré-calcinadorComprimento = 54mDiâmetro = 3,6mRotações = 3,6 rpmAlimentação = 110t/hProdução ≈ 45-50 mil t/m

Matérias primasCalcário (CaCO3): CaOArgila: SiO2, H2OImpurezas: Al2O3, Fe2O3, álcalisGipsita (gesso): regula o tempo

Produção nacional em2011:~ 64 milhões detoneladas


ProduçãoPreparo da matéria prima edosagemHomogenizaçãoClinquerizaçãoResfriamento

Adição final

Prof. Claudio S. Kazmierczak – Propriedades dos materiais aplicados à construção civil - Cimentos e adições - PPG Eng. Civil -UNISINOS v.2012

O CALCÁRIO é a principal matéria prima necessária para afabricação do cimento

A composição necessária para a geração do clinquer é corrigidapela adição de argilas e outros minerais




A ARGILA é constituída por silicatos complexos quecontém ferro, alumínio, potássio, magnésio, sódio,cálcio, titânio ...

Principais compostos: Al2O

3SiO

2Fe

2O

3H

2O

Sua composição pode ser corrigida com a adição de areia,bauxita ou minério de ferro




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Fabricação de Cimento Fabricação de Cimento



homogeneização clinquerização

Cimento Portland: etapas finaisda fabricação

Moagem (e adição)

Estocagem

Transporte a granel


Fabricação de CimentoSistema deforno rotativocompré-aquecedor e

pré-calcinadorComprimento = 54mDiâmetro = 3,6mRotações = 3,6 rpmAlimentação = 110t/hProdução ≈ 45-50 mil t/m

Fabricação de Cimento:Compostos anidros do clínquer

Calcário(CaO + SiO2 +

3CaO.SiO2 C3S

Matéria-prima Compostos Abreviação

e2 3 + 2

Argila(SiO2 + Al2O3+ Fe2O3 + H2O)

a . 2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

2

C3A

C4AF

CCA(SiO2)


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Fabricação de Cimento:Composição do clínquer

Principais compostos do clínquerC2S (Belita)

Contribui para o desenvolvimento da resistênciamecânica do cimento, principalmente em idadesmais avançadas (~28+ dias)

Em média 20%

C3S (Alita)Contribui para a resistência mecânica em pequenas

idades (~1 a 28 dias)Elevado calor de hidrataçãoEm média 50%-80%

C2SC3S

+ H2O C-S-H + CH


Principais compostos do clínquer (cont.)C3A

Contribui para a “pega” (endurecimento inicial) do

cimentoPossui elevado calor de hidrataçãoPode acarretar problemas de durabilidade se

presente em elevados teoresEm média 2% a 8%

C4AFDá a cor cinza ao cimentoFase intersticial de reduzida importância relativaAté ~15% ou menos


SEM ATAQUE QUÍMICO MgSO4 -5% EM ÁGUA -10s

HNO3 1% EM ÁLCOOL + 1/3 ÁGUA - 1s HNO3 0,1% EM ÁLCOOL -10s+ NH4Cl 0,1% EM ÁGUA -10s

Figura: M.A. Cincotto





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Fonte: E. Thomaz (IME)










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Produção de cimento• Entre 1900 e 2011:

3,40

2,5

3,0

a s

2011

s !

0,13

1,04

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

1900 1950 2000

B i l h õ e s d e t o n e l a

1950

A u m e n t o d e 2 6 v e z

Crescimento populacional

Populaçãoem 2011:

7 bilhões

Projeçãopara 2045:

9bilhões

Fonte: prb.org

Cimento: Impacto Ambiental

Emissões de CO2

Produção de cimento

Cimento: Emissões de CO2

• Processo de calcinaçãoCaCO3 CaO + CO2

1kg 0,56kg + 0,44kg

• Considerando o consumo energético

• A cada 1000kg de clínquer, gera-seaproximadamente 900kg de CO2• Calcinação ~52%

• Energia ~48%

Cimento: Emissões de CO2

• No Brasil, gera-se ~872 kg CO2/ton declinker, segundo estimativa do MME

• Considerando a produção nacional de-, 2

igual a 40 Mt/ano, o que equivale a~10% das emissões brasileiras a partirda queima de combustíveis fósseis

• Aproximadamente 55% do total dasemissões causadas pelo consumo degasolina e etanol no País

Clínquer de cimento Portland

Quadro resumo das propriedades dos aluminatos e silicatos



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Clínquer de cimento Portland: hidratação

HidrataçãoC3A + H20 => C6A S3H3(2) - etringita

C4AF + H20 => etringita

C2S e C3S + H20 => C - S – HOutros produtos: C – H (20% a 25% do

etringita

total)

C-S-HC-H


Tipos de Cimento Portland

CP I – Cimento Portland ComumCimento puro, não é mais vendido

CP II – Cimento Portland CompostoCom adição (6 a 34%) de escória, pozolana oufiller

CP III – Cimento Portland de Alto-forno35 a 70% de adição de escória de alto-forno

CP IV – Cimento Portland Pozolânico15 a 55% de adição de pozolanas

CP V – Cimento ARIAlta Resistência Inicial

cimento Portland comumcimento Portland comumCPCP – – I; CPI; CP – – II – – SS

cimento Portland com adiçõescimento Portland com adiçõesCPCP – – IIII – – E; CPE; CP – – IIII – – Z; CPZ; CP – – IIII – – FF



cimento Portland de alto fornocimento Portland de alto fornoCPCP – – IIIIII

cimento Portlandcimento Portland PozolânicoPozolânicoCPCP – – IVIV

cimento Portland de alta resistênciacimento Portland de alta resistênciainicialinicial

CPCP – – V ARIV ARICPCP – – V ARIV ARI – – RRSS

Propriedades dos Cimentos Portland


Propriedades dos Cimentos Portland


Adições minerais

Adições Adições são compostas por materiaissão compostas por materiais silicosossilicosos finamente moídos.finamente moídos.

Ao serem adicionados ao concreto, alteram suas propriedades Ao serem adicionados ao concreto, alteram suas propriedades

Origem: em geral, as adições tem sua origem em resíduosOrigem: em geral, as adições tem sua origem em resíduosprovenientes de diversos setoresprovenientes de diversos setores industriaisindustriais


ormas e a tuaç o a a ç o:ormas e a tuaç o a a ç o:

-- açãoação pozolânicapozolânica

-- materialmaterial cimentantecimentante

-- filer filer

Formas de incorporação da adição ao traço:Formas de incorporação da adição ao traço:

-- adição ao cimentoadição ao cimento

-- substituição ao cimentosubstituição ao cimento

(os teores de incorporação variam ente 5% e 30%, em geral)(os teores de incorporação variam ente 5% e 30%, em geral)


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Adições: Adições:

cinza

volante

Clinquer

cinza decasca dearroz

xisto

Prof. Claudio S. Kazmierczak– Propriedades dos materiais aplicados à construção civil - Cimentos e adições - PPG Eng. Civil -UNISINOS v.2012

Tipos de adições minerais

Prof.Claudio S.Kazmierczak–Propriedadesdosmateriaisaplicadosàconstrução civil-Cimentose adições- PPGEng.Civil -UNISINOS v.2012

Cinza volante

Silica ativa

Metacaulim

Escória de Alto forno

Adições minerais / formas de atuação

FilersFilers: são materiais muito finos, que tem a propriedade: são materiais muito finos, que tem a propriedadede refinamento dos poros existentes em materiaisde refinamento dos poros existentes em materiaiscimentantescimentantes


de endurecimento similares ao cimento Portlandde endurecimento similares ao cimento Portland

PozolanasPozolanas: são materiais que tem a capacidade de reagir: são materiais que tem a capacidade de reagircom o hidróxido de cálcio liberado na hidratação docom o hidróxido de cálcio liberado na hidratação docimento, na temperatura ambiente e na presença de água,cimento, na temperatura ambiente e na presença de água,formando compostos com propriedades hidráulicasformando compostos com propriedades hidráulicasÍndice de atividadeÍndice de atividade pozolânicapozolânica:: é a relação percentual entre a resistência média de um material com adiçãoé a relação percentual entre a resistência média de um material com adição pozolânicapozolânicae oe omesmo material sem sua adição (referência).mesmo material sem sua adição (referência).

A NBR 12653/92 estabelece um valor mínimo de 75% para que o material seja considerado POZOLÂNICO A NBR 12653/92 estabelece um valor mínimo de 75% para que o material seja considerado POZOLÂNICO

Benefícios do uso de adições ativasBenefícios do uso de adições ativas

- redução do consumo energético na fabricação de cimento

- redução no consumo de matérias primas não renováveis

Adições minerais


- uso de materiais poluidores

- aumento da resistência: reagem com a cal livre existente nocimento hidratado, formando novos compostos com propriedadescimentícias

- diminuição do calor de hidratação dos cimentos com adições

- diminuição da permeabilidade do concreto (CV e CCA)

Tipos de adições minerais

tipo de adiçãotipo de adição forma de atuaçãoforma de atuação

escória granulada de alto fornoescória granulada de alto forno cimentantecimentante

escórias de altoescórias de alto--forno resfriadas lentamenteforno resfriadas lentamente

cinza de casca de arroz c ristalinacinza de casca de arroz c ristalina

pozolanas pouco reativaspozolanas pouco reativas

cinza volante com baixo teor de cálcio (CaO 10%)>10%)

cimentante + pozolânicacimentante + pozolânica

calcáriocalcário

pó de quartzopó de quartzo

pópó--dede--pedrapedra

filer filer

Adições minerais:efeitos nas propriedades de concretos

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ESTADO FRESCOTheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open theimage,or theimagemay havebeencorrupted.Restartyour computer,and then open thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand theninsertitagain.ESTADO FRESCO


ESTADO ENDURECIDOTheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open thei mage,or theimagemay havebeen corrupted.Restartyour computer,and thenopen thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand then insertitagain.ESTADO ENDURECIDO

•Maior resistência mecânica

•Maior aderência aço-concreto

•Maior coesão e estabilidade•Menor exsudação e segregação

CONCRETO COM SÍLICA ATIVATheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open theimage,or theimagemay havebeen corrupted.Restartyour computer,and then open thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand then insertitagain.CONCRETO COM ADIÇÃO S.A.

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ESTADO FRESCOTheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open theimage,or theimagemay havebeencorrupted.Restartyour computer,and then open thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand theninsertitagain.ESTADO FRESCO


ESTADO ENDURECIDOTheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open thei mage,or theimagemay havebeen corrupted.Restartyour computer,and thenopen thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand then insertitagain.ESTADO ENDURECIDO

•Maior resistência mecânica

•Maior aderência aço-concreto

•Maior coesão e estabilidade•Menor exsudação e segregação


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Maior resistência à ataques químicos

Maior resistência à abrasão

Menor absortividade

Maior resistividade

Menor difusão de oxigênio

Menor penetração de íons agressivos

•Maior durabilidadeTheimagecannotbedisplayed.Your computer may nothaveenough memory to open theimage,or theimagemay have been corrupted.Restartyour computer,and then open thefileagain.Ifthered x stillappears,you may haveto deletetheimageand then insertitagain.

Maior resistência à ataques químicos

Maior resistência à abrasão

Menor absortividade

Maior resistividade

Menor difusão de oxigênio

Menor penetração de íons agressivos

•Maior durabilidade


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Execução de prédios altos(>70 andares)

Principais características doconcretoFacilidade de execução

Consistência plástica diferentes formas e tamanhosMisturado in situ ou em centrais

Betoneira – Concreto misturadoem obra

Caminhão Betoneiramistur


Consistência plástica diferentes formas e tamanhMisturado in situ ou em centrais


Consistência plástica diferentes formas e tamanhMisturado in situ ou em centrais

Excelente resistência à águaDurabilidade frente a ambientes agressivos

Disponibilidade dos materiais constituintesFacilmente disponível no canteiro de obras

Baixo custo

Baixo consumo energético

Consumo energético

Quantidade de energia consumida durante a

fabricação de diferentes materiais:

A o: ~ 8000 kWh / t

Concreto: 182 - 320 kWh / t(1/25 a 1/40 da energia do aço)

Concreto armado: 335 - 1335 kWh / t(1/6 a 1/24 da energia do aço)

CIMENTO75-85%

Propriedades do concreto

ResistênciaExpressa em MPa (1MPa = 10 kgf/cm2)

Concreto Resistência à compressãoDe ende de vários fatores:

Tipo de cimento

Granulometria e tipo de agregados

Cura do concreto

Idade do concreto

Relação água/cimento


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Propriedades do concretoResistência x Idade do concreto

43

45

a )

31

33

35

37

39

41

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98

Idade (dias)

R e s i s t ê n c i a (

M

P

45

50

55

P a )

Propriedades do concretoResistência x Relação água/cimento

20

25

30

35

40

0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

Relação a/c

R e s i s t ê n c i a

( M

Propriedades do concretoDurabilidade

Capacidade de resistir aos processos dedeterioraçãoAtaques Físicos

Des aste su erficial Abrasão

Ação da temperatura

Fissuras

Ataques QuímicosCorrosão de armaduras

Ataque por sulfatos ou soluções ácidas

Reações álcali-agregado


Capacidade de resistir aos processos dedeterioração

Uma longa vida útil é considerada sinônimo

VIDAÚTIL

DURABILIDADE

PROPRIEDADESDO CONCRETO

MENORESCUSTOS DE

MANUTENÇÃO

SEGURANÇA

&


A ÁGUA geralmente está envolvida em toda

forma de deterioração ,

material à água determina sua taxa dedeterioração

No CONCRETO, quanto maior a quantidadede água em relação ao cimento, maior aporosidade e permeabilidade do material

A importância da relaçãoágua/cimento (a/c)

ÁGUA /CIMENTO

RESISTÊNCIA

ÁGUA /CIMENTO

RESISTÊNCIA

DURABILIDADE


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Resistência à corrosão dearmaduras por carbonatação

Resistência à corrosão dearmaduras por cloretos

Dosagem de Concretos

As propriedades desejadas do concretodependem do correto proporcionamentodos materiais:

AREIA

BRITA

ÁGUA

(ADIÇÕES)

(ADITIVOS)

ESTUDODE

DOSAGEM

MODELO

RESISTÊNCIA

DURABILIDADE

MENOR CUSTO

POSSÍVEL

30

40

50

60

70

80

90

100

110

fc (MPa)

MÉTODOS:

IPT/EPUSP Convencional

IPT/NORIE Alta Resistência

Mehta-Aitcin

CPV ARI - Idade: 28 dias

fc = exp(-2,57522 * a/c)R2 = 0,999669

fc = exp(-2,49474 * a/c) *R2 = 0,954673

fc = exp(-2,17017 * a/c) *R2 = 0,965317

354,1

474,1

- 120,0 Kg

GRÁFICO DEDOSAGEM

0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

2

3

4

5

6

7

m(kg/kg)

300400500600700800C(kg/m³)

Abatim Abatim

m = 16,5984R2 = 0,9959

m = 5,45344R2 = 0,9998

m = 21,283R2 = 0,9932

Concreto de alto desempenhoResistências superiores a 50 MPaAlia alta resistência e alta durabilidade

Uso de aditivos e sílica ativaA resenta diversas vanta ens:Redução da dimensão dos pilaresAumento da área útilEconomia de materialMaior velocidade de execuçãoRedução de custos

Concreto comum versus Concretode alta resistência


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X





13/14

9/12/




X




X


14/14

9/12/

Exemplos de obras com concretode alta resistência

CENTRO EMPRESARIALNAÇÕES UNIDAS, SP

SUPREMO TRIBUNAL DE JUSTIÇA,BRASILIA

Exemplos de obras com concretode alta resistência

PONTE SOBREO RIO MARA-NHÃO,GOIÁS

REFORÇO DAS FUNDAÇÕESDO ESTÁDIO DOMORUMBI, SP

Principais CONCLUSÕES

O concreto é o material de construção mais

utilizado no mundo.

O emprego do concreto tem aumentado ainda

mais, principalmente em prédios altos.

O concreto apresenta excelente resistência à

tensões de compressão.

As propriedades do concreto dependem das

características do cimento utilizado.

Principais CONCLUSÕESA resistência do concreto depende

principalmente da idade e da relação

água/cimento da mistura.

A diminuição da relação água/cimento

aumenta a durabilidade do concreto.

A DOSAGEM do concreto é fundamental para

a obtenção das propriedades desejadas ao

menor custo possível.

O uso de concretos de alta resistência propiciavantagens técnicas e econômicas.

cimentoconcretoaltodesempenhoipog

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