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ligantesTRANSCRIPT
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MATERIAIS DE CONSTRUO 2 1 PARTE LIGANTES E CALDAS
2002
Joana de Sousa Coutinho
Departamento de Engenharia CivilFACULDADE DE ENGENHARIA
UNIVERSIDADE DO PORTO
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INDICE
1. INTRODUO
1.1 Consideraes gerais 1
1.2 Beto. Definio 3
2. LIGANTES 4
2.1 Introduo 4
2.2 Gesso 5
2.2.1 Introduo 5
2.2.2 Presa e endurecimento 7
2.2.3 Resistncias Mecnicas 9
2.2.4 Outras propriedades 10
2.2.5 Aplicaes 11
2.3 - Cal area e cal hidrulica 15
2.3.1 Introduo 15
2.3.2 Cal area 15
2.3.3 Endurecimento da cal area 17
2.3.4 Aplicaes da cal area 18
2.3.5 Cal hidrulica 18
2.3.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica 20
2.3.7 Algumas propriedades e aplicaes da cal hidrulica 20
2.3.8 Fabrico da cal 21
2.3.9 Comercializao da cais 22
2.3.10 Normalizao 22
3. CIMENTOS 28
3.1 Introduo 28
3.2 Definio 29
3.3 Composio da matria prima 30
3.4 Fabrico 31
3.4.1 Consideraes gerais 31
3.4.2 Preparao do cru 31
3.4.3 Cozedura em forno rotativo 32
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3.4.4 Arrefecimento do clinquer. Moagem 36
3.5 - Principais componentes do cr e do clinquer Portland 40
3.5.1 Consideraes gerais 40
3.5.2 Componentes da matria prima 40
3.5.3 Notao abreviada 41
3.5.4 Mdulos 41
3.5.5 Componentes principais do clnquer 43
3.5.6 Clculo dos componentes principais do cimento Portland 46
3.6 - Hidratao 48
3.6.1 Presa, endurecimento e hidratao 49
3.6.2 Hidratao e microestrutura 54
3.6.3 Calor de hidratao dos componentes 57
3.6.4 Resistncia dos componentes hidratados 60
3.6.5 A gua no cimento hidratado 61
3.6.6 Resistncia qumica 63
3.7 Propriedades fsicas, mecnicas e qumicas dos cimentos 65
3.7.1 Massa volmica dos cimentos 65
3.7.2 Finura 67
3.7.2.1 Introduo 67
3.7.2.2 Mtodos de determinao da finura de um cimento 68
3.7.3 Resistncias mecnicas 75
3.7.4 Presa 80
3.7.5 Falsa presa 82
3.7.6 Expansibilidade 82
3.7.6.1 Expansibilidade causada por xido de clcio livre 83
3.7.6.2 Expansibilidade causada peloxido de magnsio 84
3.7.6.3 Expansibilidade causada por sulfato de clcio 85
3.7.7 Resduo insolvel 85
3.7.8 Perda ao fogo 86
3.7.9 Cloretos 86
3.8 Modificao na composio do cimento Portland. Adies 88
3.8.1 Cimento resistente aos sulfatos 90
3.8.2 Cimento de baixo calor de hidratao 92
3.8.3 Cimento com elevado resistncia inicial 94
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3.8.4 Cimento branco 95
3.8.5 Modificaes no cimento Portland versus Adies 95
3.9 Adies ou substitutos parciais do cimento Portland 96
3.9.1 Fileres e filer calcrio. Cimentos Portland de calcrio
(CEM II - L e LL) 96
3.9.2 Escria de alto forno. Cimentos Portland de escria
(CEM II-S) e cimentos de alto forno (CEM III) 98
3.9.3 Materiais pozolnicoa. Actividade pozolnica.
Classificao das pozolanas 103
3.9.4 Determinao da reactividade de uma pozolana 107
3.9.4.1 ndice de actividade 107
3.9.4.2 Pozolanicidade 107
3.9.5 Pozolana natural, pozolana natural calcinada e xisto cozido 108
3.9.6 Cinza volante 110
3.9.7 Slica de fumo 113
3.10 Especificaes dos cimentos e normalizao em Portugal 120
3.11 Cimentos especiais 127
3.11.1 Cimento supersulfatado (Ciment mettalurgique supersulfat) 127
3.11.2 Cimento aluminoso 128
3.11.3 Cimento expansivo 130
4. CALDAS DE INJECO 131
4.1 Introduo 131
4.2 Fabrico 134
4.3 Propriedades da calda e normalizao 135
4.4 Tecnologia de injeco 138
4.5 Injeco propriamente dita 140
4.6 Anomalias na injeco 141
4.7 Reinjeco (Post-grouting) 141
4.8 Notas finais 142
REFERNCIAS 142
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Materiais de Construo 2 1 Parte 2002
Joana de Sousa Coutinho
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1. INTRODUO
1.1 CONSIDERAES GERAIS O beto e o ao so os materiais estruturais mais usados, por vezes completando-
se e noutras vezes competindo um com o outro de tal forma que estruturas de tipo e
funo semelhantes podero ser construdas quer com um quer com o outro material de
construo. No entanto, muitas vezes o engenheiro conhece pior o beto de uma
estrutura do que o ao. De facto o ao produzido sob condies cuidadosamente
controladas e as suas propriedades so determinadas em Laboratrio sendo referidas nos
documentos de certificao emanados do produtor. Isto , o projectista apenas ter que
especificar o ao de acordo com as normas em vigor e o engenheiro da obra ter que
verificar que as tarefas de ligao dos vrios elementos de ao sejam bem realizadas.
Numa obra em beto a situao totalmente diferente, pois, embora a qualidade
do cimento seja garantida pelo produtor de cimento de uma forma semelhante ao que
acontece com o ao e se utilizem materiais cimentcios adequados, o beto, e no o
cimento, que constitui o material de construo. Os elementos estruturais numa obra em
beto em geral so betonados in situ e utilizando-se os materiais adequados, a sua
qualidade vai depender sobretudo da mo-de-obra que produz, coloca e cura o beto.
Como a disparidade nos mtodos de produo do ao e do beto to evidente
torna-se muito importante o controlo de qualidade na obra quando utilizado o material
beto. Alm disso a mo-de-obra ligada produo do beto no especializada como
noutros tipos de tarefas, tornando-se essencial a fiscalizao na obra. Estes factos devem
estar presentes na mente do projectista na medida em que um projecto cuidado e
detalhado pode ser facilmente viciado se as propriedades do beto efectivamente
produzido em obra se desviarem muito das propriedades previstas no projecto.
Do que foi dito no se dever concluir que difcil produzir bom beto, pois o
beto de m qualidade que se caracteriza, por exemplo, por uma trabalhabilidade
inadequada e que endurece transformando-se numa massa no homognea e com ninhos
de pedra, tambm provem da mistura de cimento, agregados e gua. Isto , os
ingrediente de um bom beto so exactamente os mesmos de um mau beto e a
diferena entre os dois reside na tcnica e conhecimentos do como fazer (Neville,
1995).
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De facto os processos envolvidos na produo de cimento e beto so complexos,
como se verifica na Figura 1.
matrias primas
moagem do cruhomogeneizao
calcinaoqueima
arrefecimentoalimentao do forno
clinquer
moagem
gua
adjuvantes
adies
adiesminerais
adiesquimcas
agregados
armazenamentocimento
beto
Figura 1 Fluxograma de materiais e processos na produo de cimento e beto (Johansen, 1999).
As propriedades do beto endurecido so da maior importncia e dependem da
complexa estrutura interna deste material. Alm disso o comportamento do beto fresco
e enquanto plstico tem uma influncia crucial na estrutura interna e, consequentemente
nas propriedades do material endurecido. Acresce ainda que a estrutura interna e,
portanto, as respectivas propriedades, vo evoluindo ao longo do tempo, interagindo
com o ambiente em que o beto est inserido (Construction Materials, 1996).
Assim, saber fazer beto de qualidade implica avaliar o ambiente onde a
estrutura do beto vai ser inserida, procurando prever as interaces ambiente/beto;
conhecer o comportamento dos constituintes; controlar as fases de produo, transporte,
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colocao, compactao - isto , o seu comportamento no estado fresco, assim como
garantir uma eficiente proteco e cura.
Um beto de qualidade assim concebido e realizado ter uma estrutura interna que
evolui ao longo do tempo mas cujas propriedades satisfazem os requisitos pretendidos
durante o perodo de vida til prevista para essa estrutura.
Em resumo, poder-se- dizer que o BETO um material compsito cujas
propriedades dependem:
- da qualidade dos constituintes
- da qualidade de mo-de-obra que o produz e coloca
- das condies ambientais a que estar exposto durante a sua vida til (Skalny,
1989).
Repare-se que com a evoluo dos conhecimentos actuais relacionados com o
beto, torna-se fundamental que os engenheiros, empreiteiros e tcnicos ligados
construo levem a srio o desafio proposto por Sitter e designado pela Lei dos cinco:
Uma libra (escudo, dlar, Euro, ...) investido na fase A, corresponde a 5 libras na
fase B, 25 na fase C e 125 na fase D, em que:
A - Projecto, construo e cura do beto
B - Processos de iniciao da corroso em curso mas as fases de propagao e
portanto de deteriorao ainda no comeados.
C - Fase de propagao da corroso iniciada
D - Estado de propagao avanada (Geiker, 1999).
Isto , fundamental investir sobretudo na fase de concepo, construo
(produo, transporte, colocao, COMPACTAO) proteco e cura do beto - a fase
A.
1.2 BETO. DEFINIO
O beto um material constitudo pela mistura devidamente proporcionada de
agregados (em geral brita ou godo e areia) com um ligante hidrulico, gua e
eventualmente adjuvantes e/ou adies.
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Ligante hidrulico (cimento)
Grosso (brita ou godo) Agregados Fino (areia)
gua
[Adjuvantes]
BETO
[Adies]
2 LIGANTES
2.1 INTRODUO Um ligante um produto que ganha presa e endurece, podendo aglomerar outros
materiais, tais como agregado grosso e areia. So portanto substncias com
propriedades AGLOMERANTES.
areos Ex: cal area; gesso (no resiste gua)
LIGANTES
HIDRFILOS Aplicao sobretudo em argamassas e betes
hidrulicos Ex: cal hidrulica; cimento (resistente gua)
HIDRFOBOS aplicao sobretudo em impermeabilizaes e pavimentos
Ex: alcatro betumes naturais e artificiais asfaltos (destilao de petrleo) resinas(materiais plsticos ou sintticos)
Um ligante hidrfilo um ligante que tem afinidade com a gua e misturado com
ela forma uma pasta que endurece, podendo, como qualquer ligante, aglomerar outros
materiais. constitudo por matria slida finamente pulverizada. Ex: cal area, gesso,
cal hidrulica, cimento.
Os ligantes hidrfilos podem-se classificar em areos ou hidrulicos.
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Um ligante hidrfilo areo um ligante que misturado com a gua forma uma
pasta que endurece ao ar.
A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, no resistente
gua. Ex: cal area, gesso.
Um ligante hidrfilo hidrulico um ligante que misturado com a gua forma
uma pasta que endurece ao ar ou dentro da gua e a pasta endurecida, com ou sem
outros materiais incorporados, resiste gua. Ex: cal hidrulica, cimento.
Um ligante hidrfobo (repelente de gua) um ligante em que a gua no tem
qualquer papel na produo e endurecimento do aglomerante e que repele a gua aps
endurecimento. constitudo por substncias mais ou menos viscosas que endurecem
por arrefecimento, por evaporao dos seus dissolventes ou por reaco qumica entre
diferentes componentes.
Apresentam-se, no sob a forma de p como os ligantes hidrfilos, mas sob a
forma de lquidos viscosos ou solues resinosas e ao endurecer formam estruturas
coloidais rgidas. Exs: alcatro, proveniente de carvo, sobretudo de hulha), asfaltos
(provenientes da destilao de petrleo), matrias plsticas ou sintticas como resinas.
2.2 GESSO 2.2.1 Introduo
A famlia dos gessos um conjunto de ligantes simples constitudos
basicamente por sulfatos mais ou menos hidratados de clcio e sulfatos anidros de
clcio obtidos por desidratao e cozedura da Pedra de Gesso ou Gesso Bruto.
O gesso encontra-se abundantemente na natureza, em terrenos sedimentares,
apresentando-se sob a forma de Anidrite CaSO4 ou Pedra de Gesso (CaSO4 . 2H2O)
(Sampaio, 1978).
A Pedra de Gesso ou Gesso Bruto extrado das gesseiras e
constituda essencialmente por sulfato de clcio dihidratado
(CaSO4.2H2O) podendo conter impurezas como slica, alumina, xido
de ferro, carbonatos de clcio e magnsio.
A Pedra de Gesso se submetida a tratamento trmico em fornos especiais d
origem a compostos diversos, mais ou menos hidratados e com propriedades diferentes,
de acordo com a temperatura de cozedura:
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Entre 130 e 160oC o composto perde 1.5 molculas de gua dando origem ao gesso de Paris, gesso para estuque ou gesso calcinado CaSO4.1/2 H2O.
Este gesso mais solvel na gua do que o Gesso Bruto. Entre 170 e 280oC obtm-se a anidrite solvel CaSO4 de presa rpida
(gesso rpido), transformando-se em CaSO4.1/2 H2O em presena de gua.
Entre 400 e 600oC forma-se uma anidrite insolvel, que portanto no reage com a gua, no ganhando presa.
Cerca de 1100oC forma-se o gesso para pavimentos que uma anidrite de presa lenta. O gesso para pavimentos necessita de pouca gua de
amassadura e aps endurecimento apresenta maior resistncia e dureza e
menor porosidade e sensibilidade gua do que o gesso de Paris. pouco
usado devido ao facto da sua produo exigir temperaturas elevadas de
cozedura. Embora a presa demora cerca de 5 horas possvel reduzi-la para
cerca de 30 minutos utilizando aceleradores, como por exemplo sulfato de
alumnio (Duriez, 1950; NP 315, 1963; Sampaio, 1978; Bauer, 1992 e
Moreira, 1999).
1100 Gesso para Pavimentos
(presa lenta, + resistente)
400 a 600 Anidrite Insolvel
(sem presa)
170 a 280CaSO4
Anidrite Solvel (gesso rpido)
CaSO4.2H2O Pedra de Gesso ou
Gesso Bruto
130 a 170 CaSO4.1/2H2O
Gesso de Paris, para estuque ou
calcinado
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Figura 2 Produtos obtidos a partir da Pedra de Gesso, de acordo com as temperaturas (C).
O gesso para construo ou gesso comercial constitudo por uma mistura de
cerca de 60 a 70% de SO4Ca.1/2H2O e o restante de anidrite (Bauer, 1992) tambm
podendo conter impurezas e adjuvantes. Num estudo levado a cabo no LNEC o gesso de
construo em Portugal demonstraram um teor de SO4Ca.1/2H2O entre 77 e 97%
(Oliveira e Rodrigues).
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2.2.2 Presa e endurecimento Os sulfatos de clcio hemi-hidratado e anidro, em presena de gua reconstituem
rapidamente o sulfato bi-hidratado original, isto , o gesso bruto como reaco inversa
ao seu fabrico:
CaSO4.1/2 H2O + 1.5H2O CaSO4.2H2O Esta reaco fortemente EXOTRMICA e expansiva, formando-se uma fina
malha de cristais em forma de longas agulhas que se interpenetram dando coeso ao
conjunto.
De facto uma das caractersticas mais notveis do gesso que a presa se faz com
aumento de volume, o que tem vantagens quando se trata de enchimento de moldes,
porque deixam de haver falhas dentro dos moldes. Alm deste facto h a salientar que o
acabamento das superfcies de gesso muito perfeito. Por estas razes o gesso foi e
muitas vezes usado em ornamentaes delicadas de tectos e paredes.
Depois da presa o gesso continua a endurecer num processo que pode durar
semanas. A presa e endurecimento dependem dos seguintes factores:
natureza dos compostos desidratados originados pela temperatura e tempo
do tratamento trmico sofrido, como visto atrs.
finura
presena de impurezas
presena de adjuvantes (por ex. retardadores de presa)
quantidade de gua de amassadura
Relativamente finura, quanto mais modo for o gesso, maior ser a sua
superfcie especfica e consequentemente a superfcie do material exposto hidratao,
pelo que a presa ser mais rpida (para a mesma quantidade de gua de amassadura).
A presa e o endurecimento do gesso tratado termicamente so tambm atrasados
por impurezas que existam no Gesso Bruto (produto natural).
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possvel tambm, obter gesso de presa mais lenta por incorporao de
retardadores de presa tais como cola, serrim fino de madeira, etc., em propores
muito reduzidas (0.1 a 0,5%).
A quantidade de gua utilizada na amassadura de gesso, a gua de amassadura,
influencia muito a presa e o endurecimento, e, consequentemente a resistncia e
porosidade. De facto a presa tanto mais rpida quanto mais se reduzir a quantidade de
gua no sentido de a aproximar da estritamente necessria hidratao de dada
quantidade de gesso (para o composto CaSO4.1/2H2O cerca de 25% em massa). Se se
utilizar apenas a quantidade mnima, a presa demasiado rpida e portanto no
manusevel, no trabalhvel, pelo que se utiliza sempre, na prtica, uma quantidade de
gua maior.
De facto o CaSO4.1/2H2O um produto muito solvel na gua. Ento quando se
mistura gesso com gua, o CaSO4.1/2H2O dissolve-se dando origem ao CaSO4.2H2O,
que no to solvel e que ao fim de algum tempo precipita, por se ter dado a saturao
da soluo. Aquando da precipitao formam-se cristais que vo constituir um sistema
rgido.
Quanto mais gua se emprega na amassadura maior o tempo de presa, pois mais
tempo leva a soluo a ficar saturada, e portanto a cristalizao faz-se mais tarde.
Portanto:
> t. presa e endurecimento
> A/G < resistncia mecnica
> porosidade
A massa de gua de amassadura G massa de gesso Em geral para o gesso de construo a amassadura feito com uma quantidade de
gua de cerca de 0.6 a 0.75, verificando-se o princpio de presa entre 2 a 6 minutos e o
fim de presa (gesso j slido, consistente) de 15 a 30 minutos (Duriez, 1952).
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Como exposto anteriormente, para aumentar o tempo de presa, pode-se utilizar
uma quantidade maior de gua de amassadura com os inconvenientes de se obter
resistncia mecnica inferior e maior porosidade. possvel retardar a presa sem
aumentar a gua, utilizando um retardador de presa (por exemplo gelatina, cola forte,
cal apagada, gua quente) e portanto aumentar a resistncia e diminuir a porosidade.
2.2.3 Resistncias Mecnicas A resistncia mecnica do gesso aps presa depende da quantidade de gua
embebida, isto , presente na rede porosa e que no foi necessria para a formao de
CaSO4.2H2O. Os cristais formados so solveis na gua pelo que se o gesso aps presa
mantido num ambiente saturado praticamente no endurece. Se o gesso aps presa
conservado num ambiente no saturado, vai endurecendo medida que a gua
embebida se evapora e a resistncia vai aumentando. Por exemplo ao ar livre para uma
humidade relativa mdia, a resistncia do gesso pode duplicar entre o 1 e o 7 dia aps
a amassadura.
Mesmo depois de seco, a resistncia compresso pode reduzir a um quarto ou
mesmo um sexto se for embebido em gua (Duriez, 1952). Isto , o gesso no resiste
humidade e acaba mesmo por
apodrecer nessas condies, s se
utilizando no exterior, em climas
secos.
Na Figura 3 apresentam-se os
resultados mdios de ensaios
efectuados aos 28 dias em provetes
secos e saturados da resistncia
compresso e traco em funo
da gua de amassadura.
Figura 3 Resistncias mdias em provetes secos e saturados de gesso de construo, conservados 28 dias em ar
seco.
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As resistncias aproximadas compresso e traco, de gesso de construo
conservado 28 dias num ambiente com humidade relativa mdia so dadas no quadro
seguinte (Duriez, 1952).
Resistncia (MPa) A/G compresso traco
Gesso de construo fino 75% 4.5 1.5 Gesso de construo grosso 60% 5.5 1.2
A massa de gua de amassadura G massa de gesso
Repare-se que a resistncia compresso cerca de trs a quatro vezes superior
resistncia traco. No beto o factor correspondente cerca de dez.
Repare-se tambm que no gesso, a resistncia mecnica depende no s da gua
de amassadura, mas tambm do estado de embebio, isto , da quantidade de gua
contida na rede porosa, como exposto anteriormente. No beto a resistncia mecnica
depende sobretudo da gua de amassadura e no diminui com o aumento da gua de
embebio, pelo contrrio, ir aumentar com a continuao do processo de hidratao
do cimento.
2.2.4 Outras propriedades Como apontado anteriormente a principal desvantagem deste material no
resistir humidade, em virtude ser dissolvido pela gua. apenas utilizado em
ambientes eventualmente hmidos se protegido com uma pintura impermevel. No
entanto apresenta uma srie de vantagens e desvantagens que se resumem
seguidamente:
Econmico. O gesso um material econmico devendo substituir o cimento
sempre que possvel. De facto, para fabricar 1 tonelada de cimento Portland so
necessrios cerca de 300 kg de carvo e para 1 tonelada de gesso so necessrios
cerca de 80 a 90.
Bom acabamento.
Bom isolamento Trmico e Acstico.
Resistncia ao fogo. De facto a resistncia ao fogo deste material elevado pois
no incio, o calor dispensado na desidratao do gesso.
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gua Salgada. O gesso cinco vezes mais solvel em gua do mar (ou gua
com cloreto de magnsio) do que em gua doce.
Corroso do ferro e ao. O gesso corri o ferro e o ao pelo que no se podem
usar ferramentas e utenslios destes materiais, preferindo-se a utilizao de
ferramentas em lato, pregos ou parafusos com crmio, pregos ou parafusos e
armaduras galvanizadas com zinco puro (por exemplo o zinco com 1 a 2%
atacado) e no caso de se aplicar gesso por exemplo em tectos, as armaduras tm
de estar totalmente protegidas com argamassa (de cimento).
M aderncia a superfcies lisas, sobretudo a madeira, pelo que se
desenvolveram no passado, tcnicas apropriadas para obviar este inconveniente:
o estuque e o estafe.
2.2.5 Aplicaes O estuque e o estafe so tcnicas de aplicao de gesso que hoje no so utilizadas
a no ser em obras de reabilitao.
Estuque consiste no revestimento de paredes, tectos e outras superfcies
rebocadas de estruturas de edifcios feito com pasta de gesso para estuque (gesso
calcinado a cerca de 140oC e misturada com cal ou outro retardador) e qual se
adicionaram outros materiais convenientes como por exemplo, gelatina ou cola forte. O
estuque colocado entre e sobre fasquias de madeira dispostas de modo a permitir
melhor aderncia Figura 4.
Figura 4 Aplicao de estuque (Sampaio, 1975).
Esta tcnica caiu em desuso em virtude da falta de mo de obra e tambm devido
s deformaes sofridas pelas peas em madeira preferindo-se hoje o uso de gesso sob a
forma de placas pr-fabricadas (NP 315 e Sampaio, 1975).
gessofasquio
fasquio
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Estafe Placas pr-fabricadas de 1 a 2 cm de espessura, constitudas por gesso,
armadas com fibras vegetais (estopa, sisal, linho, etc.), dispersas que conferem maior
resistncia flexo.
Estas placas so aparafusadas aos barrotes intervalados de cerca de 1 metro. Os
parafusos no podem ser de ao, como dito. As juntas das placas e remates so
colmatadas com linhada de gesso fabricada no local e que consiste numa pasta de
gesso armada com fios de linho ou sisal.
PARAFUSOS PLACAS DE GESSO BARROTE
1 a 2cm
Figura 5 Placas pr-fabricadas formando o estafe (Sampaio, 1975).
Hoje em dia, existem vrios tipos e marcas de gesso de construo Figura 6,
para executar trabalhos moldados em obra, pr-fabricados ou mesmo para base na
formulao de colas ou massas.
Figura 6 Gesso para construo vendido a saco.
Alm do gesso de construo existe uma srie de produtos aplicveis na
construo obtidos a partir do gesso tais como:
peas pr-fabricadas para decorao Figura 7.
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Figura 7 Produtos pr-fabricados de gesso, para decorao.
Gesso Cartonado placas de gesso prensado entre duas folhas de carto. Exs: Pladur Figura 8 Placoplatre Figura 9
Figura 8 Gesso cartonado Pladur.
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Figura 9 Aplicao de gesso cartonado Placoplatre.
Gesso prensado placas de gesso prensado Ex: Knauff Figuras 10 e 11.
Existem hoje um sem nmero de outros produtos aplicveis na construo civil e
que englobam o material gesso, tais como placas mistas, placas reforadas com fibras
celulsicas, etc..
Figura 11 - Tecto em gesso. Entrada principal da Embaixada alem em
Washington (proj. Arq. O.M. Ungers) Pr-fabricao e montagem na Alemanha.
Figura 10 - Placas perfuradas Knauff entre as vigas de ao visveis. Restaurantes no piso
superior do Parlamento de Berlim (Reichstag).
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2.3 CAL AREA E CAL HIDRULICA 2.3.1 Introduo
Um dos ligantes artificiais mais antigos o ligante que resulta da cozedura dos
calcrios, constitudos sobretudo por CaCO3, mais abundantes na natureza. Associada a
estes existe sempre a argila, em maior ou menor quantidade, porque a precipitao do
carbonato de clcio em guas de grande tranquilidade arrasta consigo a argila que
porventura esteja em suspenso. Obtm-se ento o calcrio margoso; quando a argila
em quantidade superior ao carbonato forma-se uma marga calcria. Assim, os
calcrios podem ser muito puros ou conterem quantidades variveis de argila (Coutinho,
1988).
Calcrio CaCO3 ~ 100%
Calcrio margoso CaCO3 + argila (
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calcrios com teores de argila e de outras impurezas compreendidos entre 1 e 5%
(Coutinho, 1988).
Chamam-se gordas s primeiras devido s suas propriedades plsticas, pois trata-
se de cais facilmente trabalhveis e bastante macias. As cais magras no so to fceis
de trabalhar nem to macias. A reaco de presa a mesma para qualquer delas
(Sampaio, 1975).
Como o magnsio aparece muitas vezes associado ao clcio, so frequentes na
natureza calcrios com maior ou menor percentagem de dolomite (MgCO3) (Coutinho,
1988). Assim a cal area pode ser clcica quando sobretudo constituda por xido de
clcio (CaO) ou dolomtica constituda sobretudo por xido de clcio e xido de
magnsio. Segundo a normalizao europeia uma cal area clcica designa-se por uma
sigla que contm as letras CL e uma cal area dolomtica designa-se por uma sigla que
contm as letras DL.
O produto obtido pela cozedura dos calcrios designa-se por cal viva (quicklime)
que sobretudo xido de clcio e que, por reaco com a gua (extino), fornece a cal
apagada ou extinta (hidrated lime) que sobretudo hidrxido de clcio - Ca(OH)2.
Segundo a normalizao europeia uma cal viva designa-se por uma sigla que contm a
letra Q e uma cal apagada designa-se por uma sigla que contm a letra S.
A cal viva apresenta-se sob a forma de gros de grandes dimenses com 10, 15 ou
20 cm so as pedras (ou blocos) de cal viva (Bauer, 1992) ou sob a forma de p. A cal
viva um produto slido, de cor branca com grande avidez pela gua. Isto , para a
obteno e posterior aplicao do hidrxido de clcio, Ca(OH)2, necessrio proceder
hidratao da cal viva. A esta operao chama-se extino da cal:
CaO + H2O Ca(OH)2 + 15.5 cal. r. exotrmica cal viva cal apagada com expanso ou extinta
A extino pode fazer-se por dois processos: por imerso ou por asperso.
A imerso corresponde extino da cal viva com excesso de gua e feita
mergulhando os blocos de cal viva em gua obtendo-se uma pasta pasta de cal ou
pasta de cal apagada que endurece lentamente. De facto um produto muito pouco
poroso e permevel, com difcil e lenta recarbonatao que pode durar mais de 6
semanas, por vezes. Existem argamassas romanas que ainda se encontram moles no seu
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interior, devido a camada exterior de carbonato de clcio no deixar penetrar o CO2,
impedindo assim a recarbonatao em zonas mais profundas (Sampaio, 1978).
A asperso consiste na extino da cal viva com asperso de gua estritamente
necessria hidratao. Como se verifica expanso medida que a cal se vai
hidratando, o produto pulveriza-se (Sampaio, 1978).
As cais extintas so portanto cais areas, principalmente constitudas por
hidrxido de clcio e, eventualmente, de magnsio que resultam da extino da cal viva.
As cais extintas no tm reaco exotrmica quando em contacto com a gua. So
produtos sob a forma de p seco ou mistura aquosa (EN 459-1, 2001) (pasta de cal
lime putty, ou leitada de cal).
Portanto, uma cal area um ligante constitudo sobretudo por xidos de clcio,
CaO ou hidrxidos de clcio, Ca(OH)2 que endurece lentamente ao ar por reaco com
o dixido de carbono. Em geral no endurece na gua pois no possuem propriedades
hidrulicas. Pode-se tratar de uma cal viva ou de uma cal apagada (EN 459-1, 2001).
2.3.3 Endurecimento da cal area
Depois de aplicada, o endurecimento da cal area faz-se em duas fases. Numa
primeira fase (presa inicial) d-se a evaporao da humidade em excesso, ao fim da qual
a cal est firme ao tacto mas ainda marcvel com a unha. Na segunda fase, a fase de
recarbonatao, d-se uma reaco qumica muito lenta, ao ar, (da o nome de area),
em que o hidrxido se reconverte em carbonato de clcio por recombinao com o
dixido de carbono (CO2). A velocidade desta fase de recarbonatao depende da
temperatura, da estrutura porosa e da humidade da pasta podendo demorar anos a
completar-se:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O + 42,5 cal. r. exotrmica e expansiva
A pasta de cal ao secar retrai e fissura. Para evitar a retraco de secagem
emprega-se areia nas argamassas de cal. Os gros de areia dividem o material em
pequenas fraces localizadas que arejam a argamassa, permitindo a sua carbonatao
ao mesmo tempo que se d a secagem. A areia utilizada deve ser siliciosa ou calcria,
bem limpa, isenta de matrias hmicas e de argila.
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2.3.4 Aplicaes da cal area Repare-se que o hidrxido de clcio (Ca(OH)2) solvel na gua (1,3g/l) e ainda
mais na gua salgada. Portanto, alm de no ganhar presa nem endurecer em gua,
ainda mais solvel em gua salgada, pelo que no pode ser usado em obras hidrulicas
nem martimas.
At h cerca de 200 anos (quando apareceu a cal hidrulica) o ligante usado em
todas as construes era a cal. Hoje ainda utilizada por exemplo no fabrico de blocos
slico-calcrios, misturada com gesso, no fabrico de estuques, misturada com pozolanas
constituindo ligantes hidrulicos, misturada com cimento ou cal hidrulica em
argamassas para reboco e ainda sob a forma de leitada na caiao de muros. (Note-se
que ter vantagem na caiao utilizar areia, para que no se verifique microfissurao e
tambm tornar o produto mais econmico).
(Sampaio 1975; Coutinho, 1988; Bauer, 1992; Moreira, 1998).
2.3.5 Cal hidrulica Como indicado anteriormente a pedra calcria (CaCO3) que contenha de 8 a 20%
de argila, se tratada termicamente a cerca de 1000oC, d origem a cal hidrulica que
um produto que endurece tanto na gua como no ar.
A cal hidrulica constituda por silicatos (SiO2 . 2CaO) e aluminatos de clcio
(Al2O3 . CaO) que hidratando-se endurecem na gua ou ao ar e tambm por xido de
clcio (CaO) pelo menos 3%, que continua livre e que vai endurecer por carbonatao.
CaCO3 + argila 1000/1100oC cal hidrulica (8-20%)
A preparao da cal hidrulica feita em fornos, verificando-se as seguintes
fases:
500 a 700oC ______ desidratao da argila
850oC ______ decomposio do calcrio
CaCO3 CaO + CO2 1000 1100oC______ Reaco da slica e alumina da argila com o xido de
clcio, originando silicatos e aluminatos
SiO2 + CaO silicato de clcio (SiO2 . 2CaO) Al2O3 + CaO aluminato de clcio (Al2O3 . 3CaO)
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Repare-se que se a temperatura de cozedura for mais alta (at 1500oC) e a
percentagem de argila (slica e alumina) for maior a reaco mais completa, isto a
quantidade de silicatos e aluminatos de clcio maior, diminuindo a quantidade de
xido de clcio livre e no extremo as reaces sero semelhantes s que se passam no
fabrico do cimento.
Portanto, a cerca de 1000oC a reaco parcial e os produtos formados so uma
mistura de silicatos e aluminatos de clcio com xido de clcio livre.
Depois da sada do forno obtm-se pedaos de vrias dimenses constitudos pela
mistura de silicatos e aluminatos de clcio e cal livre (mais de 3%, em regra cerca de
10%) e ainda um p inerte que silicato biclcico formado por pulverizao durante o
arrefecimento (657oC).
Este p amassado com gua no aquece nem ganha presa.
A cal retirada do forno deve ser extinta, no s com o fim de eliminar a cal viva,
mas muito especialmente para provocar a pulverizao de toda a cal hidrulica. este
fenmeno que distingue a cal hidrulica do cimento Portland: a finura da cal hidrulica
parcialmente obtida por extino da cal viva e no por moagem.
A extino deve ser feita com certa precauo pois s se deve adicionar apenas a
gua estritamente necessria para hidratar a cal viva; a reaco expansiva desta (dobra
de volume, sensivelmente) que se aproveita para pulverizar os gros que contm os
aluminatos e silicatos; a gua em excesso iria hidrat-los.
A cal viva precisa ser completamente extinta, antes de se utilizar a cal hidrulica
na construo.
A extino realizada lentamente a temperaturas entre 130 e 400oC e aps a
extino obtm-se:
P silicatos e aluminatos de clcio hidrxido de clcio (Ca(OH)2) cal apagada, extinta Grappiers
Os grappiers so gros de material sobreaquecido com verdadeiras caractersticas
de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos biclcicos.
Assim, aps a extino necessrio separar os grappiers do p e proceder sua
moagem.
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Em geral a separao feita em peneiros circulares rotativos constitudos por
tambores perfurados concntricos sendo o tambor interior de malha com mais abertura
para permitir a passagem dos grappiers Figura 12.
Figura 12 - Peneirao da cal hidrulica para separao dos grappiers (Sampaio, 1975)
Finalmente, aps a moagem dos grappiers o p resultante adicionado ao p de
silicatos e aluminatos de clcio e hidrxido de clcio formando cal hidrulica. Pode ser
conveniente juntar ainda materiais pozolnicos modos.
(Sampaio, 1975; Coutinho, 1988).
2.3.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica
O endurecimento da cal hidrulica compreende duas reaces. Na primeira
reaco d-se a hidratao dos silicatos e aluminatos de clcio, quer na gua quer no ar.
Na segunda reaco d-se a recarbonatao da cal apagada, s ao ar e em presena do
dixido de carbono.
2.3.7 Algumas propriedades e aplicaes de cal hidrulica A massa volmica mdia da cal hidrulica cerca de 2,75 g/cm3, mais baixa do
que a do cimento e a sua baridade toma valores entre 0,6 e 0,8 g/cm3. A sua cor a cor
parda do cimento. Como a cal hidrulica muito semelhante ao cimento (cor), pode
prestar-se a falsificaes, o que muitas vezes tem consequncias desastrosas, porque a
cal hidrulica tem menor resistncia que o cimento.
Utiliza-se a cal hidrulica em aplicaes idnticas s do cimento, que no exijam
resistncias mecnicas elevadas como em argamassas (pobres):
Argamassa de revestimento
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Argamassas para reboco de paredes
Argamassas para alvenaria
etc.
Note-se que a existncia de cal nestas argamassas (pobres) pode ser um problema,
j que existe sempre uma parte de CaO que no desaparece completamente e que ao
extinguir-se d origem a expanses.
(Sampaio, 1978; Coutinho, 1988; Moreira, 1998).
2.3.8 Fabrico de cal
As cais area e hidrulica podem ser produzidas em vrios tipos diferentes de
fornos. Do-se exemplos nas Figuras 13 e14.
Figura 13 Forno vertical, a carvo, para cal.
A Figura 13 apresenta o esquema de um forno contnuo vertical, que utiliza
combustvel de chama curta carvo. Consta de duas cmaras sobrepostas, sendo o
calcrio alimentado por uma abertura junto chamin superior e o combustvel
introduzido no estrangulamento entre as duas cmaras onde se processa a combusto. O
arrefecimento do material d-se na cmara inferior, onde o ar necessrio combusto
aquecido, com melhoria evidente em termos de rendimento trmico. O material
calcinado extrado pela parte inferior da cmara de arrefecimento (Bauer, 1992).
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Figura 14 - Forno rotativo de eixo horizontal.
Os fornos rotativos, constitudos por um cilindro metlico internamente revestido
de material refractrio, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado,
recebendo o calcrio pela sua boca superior e tendo o maarico de aquecimento na sua
boca inferior, por onde tambm retirado o material calcinado Figura 14.
2.3.9 Comercializao de cais
Existem cais comercializadas fornecidas em saco, a granel ou ainda, no caso de
misturas aquosas (cais areas extintas) em recipientes apropriados Figura 15.
Figura 15 - Alguns exemplos de cais comercializadas. 2.3.10 Normalizao
Recentemente foi publicada a norma europeia EN 459 Building Lime Part 1 :
Definitions, specifications and conformity criteria, da qual se transcreve o quadro e
notas, em itlico, da Figura 16, relativamente composio qumica.
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Valores expressos em % de massa
Tipo CaO +MgO MgO CO2 SO3 Cal livre
CL 90 90 52) 4 2 - CL 80 80 52) 7 2 - CL 70 70 5 12 2 - DL 85 85 30 7 2 - DL 80 80 5 7 2 - HL 2 - - - 32) 8 HL 3,5 - - - 32) 6 HL 5 - - - 32) 3 NHL 2 - - - 31) 15 NHL 3,5 - - - 31) 9
NHL 5 - - - 31) 3 1) Teores de SO3 superiores a 3% e at 7% so tolerados, se a expansibilidade for confirmada aos 28 dias com cura em gua seguindo o ensaio preconizado na EN 196-2; 2) Teores de MgO at 7% so tolerados, se a cal satisfizer o ensaio de expansibilidade indicado na EN 459-2.
Nota: Os valores aplicam-se a todos os tipo de cal. Para cal viva estes valores
correspondem aos da condio como entregue; para todos os outros tipos de cal (cal
hidratada, pasta de cal e cais hidrulicas) os valores baseiam-se no produto isento no s da
gua livre como tambm de gua combinada.
Figura 16 Classificao das cais de construo de acordo com a normalizao europeia.
A classificao das cais de construo, preconizada na normalizao europeia,
baseia-se na composio qumica para as cais areas, clcicas (CL) e dolomticas (DL) e
na resistncia compresso, para as cais hidrulicas (HL). Para as cais areas a sigla
constituda por CL ou DL, seguida de um nmero que indica a percentagem mnima de
xido de clcio e xido de magnsio que a cal contm, de acordo com o quadro da
figura anterior.
Nas cais hidrulicas a sigla constituda por HL ou NHL, seguida do valor 2, 3,5
ou 5 conforme a classe de resistncia e de acordo com o Quadro 1.
Uma cal hidrulica (HL) , segundo a normalizao europeia, um ligante
constitudo sobretudo por hidrxido de clcio, silicatos e aluminatos de clcio,
cal hidratada
cal hidratada
cal viva
cal viva
cal hidralica HL
Cai
s de
cons
tru
o cal area
L
cal clcicaCL
cal dolomtica
DL
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produzido pela mistura de materiais adequados e que tem a propriedade de ganhar presa
e endurecer em gua. O dixido de carbono atmosfrico tambm contribui para o
processo de endurecimento. Uma cal hidrulica natural (NHL) uma cal produzida
pela calcinao de calcrios mais ou menos argilosos ou siliciosos e posterior reduo a
p por extino com ou sem moagem. Todos os tipos de cal hidrulica natural tem a
propriedade de ganhar presa e endurecer em gua e o dixido de carbono atmosfrico
contribui tambm para o processo de endurecimento.
Quadro 1 Resistncia compresso de cal hidrulica e cal hidrulica natural (EN 459-1) Resistncia compresso
MPa Tipos de cais de construo
7 dias 28 dias HL e NHL2 - 2 a 7
HL 3,5 and NHL 3,5 - 3,5 a 10 HL 5 and NHL 5 2 5 a 15
HL 5 e NHL 5 com baridade inferior a 0,90kg/dm3, permitia uma resistncia at 20 MPa.
Nota: Sabe-se que argamassas com ligantes clcicos adquirem resistncia que aumenta lentamente com a carbonatao.
Nas Figuras 17 e 18 apresentam-se fichas tcnicas de cal hidrulica
comercializada em Portugal.
Cal Hidrulica NHL 5
Constituintes Calcrio margoso cozido com extino e moagem Sulfato de clcio regularizador de presa
Caractersticas Qumicas Sulfatos (SO3)
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Propriedades especiais do beto fabricado com este cimento Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade Forte aderncia Grande poder de reteno de gua, opondo-se retraco inicial Fraca tendncia para a fissurao e fendilhamento Boa impermeabilidade e durabilidade
Utilizaes recomendadas Argamassas de todos os tipos (de enchimento, reboco, assentamento e acabamento) Pr-fabricao (misturada com cimento) - Blocos de alvenaria e abobadilha. - Artefactos Pavimentos rodovirios - Na substituio do filer dos betuminosos. - No tratamento de solos hmidos e argilosos. Em trabalhos diversificados no meio rural.
Precaues na aplicao Na dosificao e na relao gua/ligante. No processo de cura da argamassa fresca, assegurar uma proteco cuidadosa contra a dessecao, principalmente em tempo quente. Preparar adequamente o suporte para receber a argamassa.
Contra-indicaes Trabalhos sob temperaturas muito baixas. Contacto com ambientes agressivos (guas e terrenos)
Condies de Fornecimento e Recepo (NP EN 197-2)
Saco 40Kg
Palete - Entrepostos
30 Sacos 1200Kg
Granel 25 toneladas Camio de 25 toneladas com meios de descarga (devidamente selado).
Figura 17 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5 (Cimpor).
CAL HIDRULICA MARTINGANA - IDENTIFICAO
Ligante hidrulico constitudo maioritariamente por silicatos e aluminatos de clcio e hidrxido de clcio.
Obtm-se por cozedura de calcrio argiloso (marga), seguida de moagem e adio de sulfato de clcio para regularizao da presa.
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As suas caractersticas fsicas e qumicas colocam a Cal Hidrulica Martingana na classe de resistncia superior (HL5) segundo a ENV 459:1994 do CEN (Bruxelas).
- CAMPO DE UTILIZAO
# Em argamassas de assentamento, enchimento, reboco e acabamento, sendo utilizada como nico ligante ou em mistura com outros ligantes.
# No fabrico de blocos de construo. # No tratamento de solos, para melhoria das caractersticas mecnicas e trabalhabilidade. # Como substituto do filler nos pavimentos betuminosos. - CARACTERSTICAS DO PRODUTO Caractersticas fsicas e mecnicas
Resduo:
90 mcron ....................................................... 15 % 200 mcron ....................................................... 3 % Baridade 0,7 a 0,8 kg/dm3
gua livre 1 % Incio de presa............................................................... 3 horas Expansibilidade .............................................................. 10 mm Resistncias mecnicas compresso:
aos 7 dias..............................................2,5 a 3,5 MPa
aos 28 dias.................................................. 5 a 6 Mpa
Caractersticas qumicas
Cal total 42 a 44 %
Sulfatos ..................................................................... 3 a 3,5 %
- PREPARAO DOS SUPORTES PARA ARGAMASSAS
O suporte deve encontrar-se limpo de quaisquer poeiras, descofrantes ou partculas soltas (se necessrio, dever ser lavado e escovado).
Os suportes muito absorventes ou expostos ao sol devem ser saturados com gua antes da aplicao.
Proceder ao enchimento de orifcios antes de iniciar a aplicao da argamassa.
A aplicao das camadas sucessivas de argamassa requer que a camada anterior se encontre suficientemente resistente.
- PREPARAO DAS ARGAMASSAS
Traos Volumtricos (valores orientativos)
Reboco Interior.............................Cal Hidrulica:Areia # 1:3 a 1:4 Reboco Exterior ............................Cimento/Cal Hid./Areia # 1:1:8 Esboo ...............................Cal Hidrulica:Areia(*) # 1:3 a 1:4 (*) Areia de Esboo ou Areia crivada
Estas dosagens so orientativas, pois o trao depender da qualidade da areia utilizada. Como regra, devero ser utilizados sempre traos mais ricos em ligante nas camadas iniciais, diminuindo este teor ao longo das camadas seguintes. Amassadura
Misturar prviamente a Cal Hidrulica com o inerte e posteriormente adicionar gua na quantidade necessria para obteno de uma boa trabalhabilidade.
Como valor orientativo, usar uma relao gua/ligante de 1:1.
Observaes
O excesso de gua da amassadura prejudicial s caractersticas fsicas do reboco.
Deve ser sempre utilizada a quantidade mnima de gua que permita boa trabalhabilidade.
A gua de amassadura deve estar isenta de quaisquer impurezas (argilas, matria orgnica). De preferncia deve ser utilizada gua potvel.
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No aplicar argamassas sob temperatura abaixo dos 5C e evitar a aplicao em situaes de elevada exposio solar.
Uma vez determinado o trao a utilizar para uma determinada argamassa, manter as dosagens constantes e o tempo de amassadura.
No utilizar argamassas amolentadas ou que tenham iniciado a sua presa.
Tempo quente
Evitar a secagem rpida das argamassas, regando o suporte 1 a 2 horas antes da aplicao e voltando a regar logo que a argamassa se apresente suficientemente resistente.
Repetir a rega 1, 2 e 7 dias depois.
- OUTRAS UTILIZAES
Tratamento de Solos
A adio de Cal Hidrulica a certos solos argilosos e hmidos permite a sua estabilizao, melhorando a sua resistncia s intempries, pela diminuio do ndice de plasticidade e duma maior compactao, a qual permite um aumento do CBR (California Bearing Ratio, ndice de compactidade de suporte).
A adio de Cal Hidrulica, devido ao seu teor de cal livre, reduz humidade do solo (poder excicante), com ele reagindo, aglutinando as suas partculas e constituindo um aglomerado muito mais compacto.
Processo de aplicao
A quantidade de Cal Hidrulica a utilizar deve ser de 0,5 a 5% (sendo 3% o valor tpico) da massa de solo a tratar, de onde devem ser retiradas as pedras de grandes dimenses.
De seguida, espalhar a Cal Hidrulica, misturando-a e homogeneizando-a com o solo em tratamento. Depois, compactar o solo tratado, que ficar muito mais resistente penetrao das guas pluviais e mais apto a funcionar como base de fundaes.
A Cal Hidrulica com substituinte do filler
A adio de Cal Hidrulica aos betuminosos provoca uma generalizada melhoria da qualidade nas caractersticas do filler, que se traduzem por:
# maior consistncia do betuminoso, devido maior aderncia entre este e os agregados; # maior resistncia penetrao das guas, com o consequente aumento do tempo de envelhecimento
acelerado;
# maior resistncia fissurao. - HIGIENE E SEGURANA
Nada a salientar, visto tratar-se de um produto no nocivo, nem inflamvel. Contudo, no pode ser ingerido.
Utilizar luvas e mscara no seu manuseamento, lavando bem as mos no final.
No caso de contacto com os olhos, lav-los bem com gua limpa.
- TRANSPORTE E ARMAZENAGEM
A Cal Hidrulica Martingana deve ser transportada, manuseada e armazenada dentro da embalagem original (a qual s deve ser aberta para utilizao), ao abrigo de humidades e exposio ao calor.
Nestas condies, a Cal Hidrulica Martingana poder ser armazenada pelo perodo mximo de 6 (seis) meses.
- EMBALAGEM
A Cal Hidrulica Martingana fornecida em sacos de 40 kg ou a granel.
Revisto em: 2000-06-29
Figura 18 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5, Martingana (Secil).
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3. CIMENTOS
3.1 INTRODUO Em geral so consideradas duas abordagens para classificar cimentos, uma em
relao composio e a outra relativa s propriedades correspondentes ao desempenho
dos cimentos (Jackson, 1998).
Na rea de construo e engenharia civil tem sobretudo interesse os cimentos
hidrulicos calcrios - isto , os cimentos hidrulicos em que os principais constituintes
so compostos de clcio. De facto estes cimentos so constitudos sobretudo por
silicatos e aluminatos de clcio e de um modo geral podem-se classificar em:
- cimentos naturais
- cimentos Portland
- cimentos aluminosos (high-alumina) (Neville, 1995).
Muitos pases da Europa tais como ustria, Dinamarca, Finlndia, Frana,
Alemanha, Grcia, Islndia, Irlanda, Itlia, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Espanha,
Sucia, Sua, Reino Unido e Portugal tem desenvolvido normas relativas aos cimentos:
EN 197 - 1 (June 2000) Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements.
NP EN 197-1 (2001) Cimentos Part 1: Composio, especificaes e critrios de comformidade. EN 197 - 2 (June 2000) Cement - Part 2: Conformity evaluation.
NP EN 197-2 (2001) Cimentos Part 2: Critrios de conformidade. EN 197 - 3 (June 2000) Cement - Part 3: Composition, specifications and conformity criteria for low heat common cements.
Prevm-se normas EN 197 relativamente a:
cimentos resistentes aos sulfatos cimentos resistentes gua do mar cimentos de baixo teor de lcalis e cimentos de aluminato de clcio.
ENV 413 - 1, 1994 Masonry cementsPart 1: Specifications(c. de alvenaria). EN 14216 (pr EN 14216, DRAFT, June 2001) Cement Composition, specifications and conformity criteria for massive concrete low heat common cements. (Cimentos de baixo calor de hidratao para beto em massa).
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EN 14217 (pr EN 14217, DRAFT, June 2001) Cement Composition, specifications and conformity criteria for high early strength low heat common cements (cimentos de baixo calor de hidratao para beto de elevada resistncia aos primeiros dias).
6( Em Portugal encontramo-nos numa fase de transio com a NP 2064 anulada e a NP 2065 a ser brevemente revista: [ NP 2064 (1991) Cimentos. Definies comportamento, especificaes e critrios de conformidade.(acrescida da emenda 1, que contempla as classes 52.5)]
NP 2065 (1991) Condies de fornecimento e recepo de cimentos.
Existe ainda, em Portugal a norma relativa ao cimento branco: NP 4326 (1996) Cimentos brancos. Composio, tipos, caractersticas e
verificao da conformidade, norma de acordo com a NP ENV 206, segundo a Emenda 2 de 1998. As normas europeias consideram os cimentos brancos includos na EN 197, isto , no existem normas especficas para o cimento branco e presentemente, o cimento branco garantido por marca de qualidade do IPQ.
A ASTM - American Society for Testing and Materials tambm tem
contribudo largamente para a classificao dos cimentos sobretudo atravs das normas:
C 150 - 95 - Standard Specification for Portland Cement C 595 M - 95 - Standard Specification for Blended Hydraulic Cements.
3.2 DEFINIO Segundo a normalizao europeia (EN 197 - 1):
CIMENTO um ligante hidrulico, isto , um material inorgnico finamente
modo que, quando misturado com gua forma uma pasta que ganha presa e endurece
por reaces e processos de hidratao e que, depois de endurecida, conserva a sua
capacidade resistente e estabilidade mesmo debaixo de gua.
Um cimento que esteja de acordo com esta norma europeia designado
por cimento CEM e se for devidamente misturado com gua e
agregados, possvel obter-se beto ou argamassa:
- que conserva trabalhabilidade adequada durante um perodo de
tempo suficiente
- que, a determinadas idades atinge nveis de resistncia especificados
-e que apresenta estabilidade volumtrica a longo prazo.
O endurecimento de cimentos CEM sobretudo devido hidratao de
SILICATOS de CLCIO embora outros compostos, tais como os ALUMINATOS,
-
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possam intervir no endurecimento. Nestes cimentos, a soma da quantidade de XIDO
de CLCIO reactivo (CaO) e SILICA reactiva (SiO2), em massa, pelo menos 50%
(NP EN 197-1). Fisicamente so constitudos por pequenos gros de materiais
diferentes mas a composio estatisticamente homognea. A uniformidade relativa a
todas as propriedades destes cimentos obtida por processos contnuos de produo em
massa que incluem moagem e homogeneizao adequadas. A qualidade do produto final
nas fbricas modernas de cimentos CEM conseguida por pessoal especializado e
qualificado e laboratrios adequadamente equipados que contribuem para o controlo e
ajuste contnuo nas linhas de produo. Isto , o processo de fabrico e o controle de
qualidade asseguram portanto que os cimentos apresentem uma composio dentro dos
limites fixados pelas normas europeias (Jackson, 1998).
3.3 COMPOSIO DA MATRIA PRIMA O cimento Portland artificial obtido a partir de uma mistura devidamente
proporcionada de calcrio ou cr (carbonato de clcio), argila ou xisto argiloso (silicatos
de alumnio e ferro) ou a partir de margas ou calcrios margosos (margas - mistura de
materiais calcrios e argilosos) e, eventualmente, outra ou outras substncias
apropriadas ricas em slica, alumina ou ferro, reduzida a p muito fino, que se sujeita
aco de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos
rotativos. A mistura muito bem homogeneizada e bem dispersa, quer a seco
(fabricao do cimento por via seca) quer por meio de gua (fabricao por via hmida).
quelas temperaturas as matrias - primas reagem entre si, no que so ajudadas
pela fase lquida obtida pela fuso de cerca de 20% da matria prima (clinquerizao),
originando novos compostos. Em virtude destes fenmenos qumicos e fsicos, os
produtos da reaco, ao arrefecerem, aglomeram-se em pedaos com dimenses
variveis mas geralmente entre 2 mm e 20 mm, chamados clnquer (Sousa Coutinho,
1988, Neville, 1995). Os duros ndulos de clnquer so depois arrefecidos e modos
simultaneamente com uma pequena percentagem de gesso at se obter uma
granulometria muito fina.
Assim, a definio de cimento Portland nas vrias normas dos diferentes pases
considerada, nestes termos, reconhecendo que o gesso adicionado aps a calcinao
(Neville, 1995). Hoje em dia outros materiais podem ser adicionados em diferentes
propores quer nos Centros de Produo de Cimento (originando cimentos de vrias
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designaes como o cimento Portland composto, cimento de alto forno, etc.) quer na
amassadura do prprio beto.
3.4 FABRICO 3.4.1 Consideraes Gerais
Como cerca de 70 a 80% da matria - prima calcrio em geral uma fbrica de
cimento situa-se junto de uma formao calcria.
As fases de fabrico so as seguintes:
1. Preparao do cru
extraco do calcrio (1,5 a 2 m) britagem (cm) pr-homogeneizao - formao de pilha de armazenamento com
argila e remoo por cortes verticais (75% brita calcria + 25%argila). moagem e homogeneizao via seca
via hmida
correco com aditivos (calcrio, slica, ferro ou alumina)
2. Cozedura
armazenamento nos silos alimentadores do forno pr-aquecimento entrada no forno rotativo
3. Arrefecimento, adio de gesso e moagem
4. Ensilagem e Ensacagem
Descreve-se em seguida cada uma destas fases.
3.4.2 Preparao do cru A pedreira explorada em grandes massas: blocos com dimenso mxima de 1,5 a
2 m so extrados e transportados para um britador que os reduz a pequenos blocos com
alguns centmetros.
O material britado transportado para uma pilha de armazenamento ao mesmo
tempo que recebe j a adio da argila (sensivelmente 25% de argila e 75% de brita
calcria). Enquanto a mistura depositada em camadas horizontais, a sua remoo para
os silos alimentadores dos moinhos de bolas feita por meio de cortes verticais na pilha
de armazenamento. Estes procedimentos consistem na Pr-homogeneizao.
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H dois processos de fabrico do cimento: um em que a matria prima moda e
homogeneizada dentro de gua (via hmida) e outro em que a moedura e
homogeneizao se realizam a seco (via seca).
A primeira a mais antiga e a mais eficaz para obter homogeneizao de materiais
slidos. Hoje est caindo em desuso pois requer maior consumo de energia, por ser
necessrio eliminar a gua do cru, por aquecimento. Devido actual crise de energia
est sendo substituda por via seca que se tornou possvel graas s tcnicas de
fluidificao gasosa.
As reaces qumicas promovidas pela aco da temperatura entre os
componentes da matria - prima so essencialmente reaces no estado slido.
Para activar as reaces entre fases slidas, devido lenta difuso dos tomos e
molculas nos slidos, necessrio elevar a temperatura e a rea das superfcies dos
reagentes. A velocidade da reaco entre fases slidas portanto funo do grau de
finura, da natureza qumica dos materiais e da durao do aquecimento.
As reaces em fase lquida so muito mais rpidas e os produtos da reaco s
dependem da temperatura e da composio qumica das fases lquidas.
Daqui resulta a importncia da preparao das matrias - primas para o cimento:
finura da moagem, homogeneidade e proporo da fase lquida temperatura de
cozedura (cerca de 20%).
A matria - prima depois de moda levada a silos ou tanques de homogeneizao
(respectivamente na via seca e na hmida) onde sujeita a anlise qumica - hoje
automtica e instantnea, por meio dos raios X, com ligao a um computador que
calcula as correces a fazer e comanda os silos de aditivos, correctores, em calcrio,
slica, ferro ou alumina (ver 3.5).
Aps esta correco, o cru entra para os silos alimentadores do forno ( adaptado de
Coutinho, 1988).
3.4.3 Cozedura em forno rotativo Antigamente - e ainda hoje (no estrangeiro) nas fbricas de pequena produo
(At 500 t/dia) - o forno vertical (shaft kilns) mas aps a inveno do forno rotativo
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este tem sido usado cada vez mais, com uma produo at 8000 t/dia e um produto final
mais homogneo (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).
O forno rotativo, constitudo por um cilindro de chapa de ao com dimetro que
pode atingir 7,6 m e comprimento at 232 m (Alhandra) revestido inteiramente com
material refractrio. O cilindro assenta sobre roletes que o fazem girar e tem uma
inclinao de 2 a 6%. O movimento de rotao (1 3.5 rotaes/min.) e a inclinao
provocam o avano dos materiais no interior do forno. No extremo inferior introduz-se
o combustvel e o respectivo ar comburente, depois de ter sido aquecido no arrefecedor
do clnquer.
Para obter a temperatura de clinquerizao, temperatura de fuso das fases
aluminatos e ferratos, necessrio recorrer combusto de carvo ou de fuel - oil. Na
dcada de 50 o carvo foi sendo gradualmente substitudo pelo fuel, de tal modo que,
por volta de 1970, os fornos eram aquecidos somente a fuel. A partir de 1973, com o
incio da crise do petrleo comeou-se a voltar de novo ao carvo, ou pelo menos a
empregar sistemas mistos de queima de carvo com fuel e a partir dos anos oitenta usa-
se sobretudo carvo e coque de petrleo e tambm gs natural (Coutinho, 1988,
Jackson, 1998).
O carvo seco reduzido a p e injectado na parte inferior do forno com uma
parte do ar (ar primrio); o restante ar comburente (ar secundrio) introduzido no
forno depois de ter sido aquecido no arrefecedor do clnquer (Coutinho, 1988).
possvel utilizar resduos como combustvel, de forma limpa e eficaz em termos
ambientais, como demonstrado em experincias efectuadas em vrios pontos do mundo
com diferentes produtos, tais como pneus usados, lixos domsticos e sedimentos de
efluentes de esgoto (BCA, 1992).
Quando se queima carvo h que ter em conta a composio qumica das suas
cinzas, que vo modificar a do cru; a composio deste portanto calculada para
receber a slica, alumina, ferro, etc., que as cinzas eventualmente possuem. O fuel - oil
contm geralmente enxofre, assim como diversos carves com altos teores de enxofre e
este elemento, vai introduzir sulfuretos e especialmente sulfatos, no cimento.
(Coutinho, 1988; BCA, 1992). Em termos ambientais os carves com altos teores de
enxofre no provocam emisses poluentes pois o enxofre fica retido no clnquer (BCA,
1992; Neville, 1995).
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Para se alcanar a temperatura de clinquerizao (1400 - 1450oC) necessrio
obter uma chama com temperatura da ordem de 1700oC.
Em termos de consumo de carvo utilizam-se cerca de 220 kg para produo de 1
tonelada de cimento e quando se utilizava fuel-oil, que caiu em desuso nos anos oitenta,
eram necessrios cerca de 125 litros (Neville, 1995).
A alimentao do forno pode ser realizada de quatro formas: pela entrada directa
da farinha (via seca), da pasta de cru (via hmida 35 a 50% de gua), da farinha
humedecida com gua, at 13%, aglomerado em grnulos (via semi-seca) e em pasta
dissecada por meio de uma compresso e filtragem (via semi-hmida que reduz a
humidade a menos de 20%).
O forno rotativo adaptado a estes estados da matria prima, e a sua construo
visa sempre o aproveitamento do calor transportado nos fumos provenientes da
cozedura ou clinquerizao, para secar a aquecer a matria - prima a caminho da
cozedura.
Assim, a clinquerizao em via hmida emprega fornos rotativos longos, (230 m)
equipados com por exemplo, grinaldas de cadeias internas, (correntes que absorvem o
calor dos gases em movimento, e o transmitem por conduo para a pasta) com o fim de
reaproveitar energia e demorar o mais possvel a progresso da pasta, obrigando-a
primeiro a secar; a cozedura em via semi-hmida utiliza fornos mais curtos e precedidos
de pr-aquecedores verticais, horizontais (tambores rotativos), etc., onde o teor de gua
da pasta desce para 10 a 15% (Coutinho, 1988, Jackson, 1998).
Na via semi-seca empregam-se secadores de grelha mvel, onde os grnulos de
cru (de farinha humedecida com gua), aglomerados, se depositam e atravs dos quais
circulam os gases quentes de combusto.
Finalmente, na via seca empregam-se hoje nas fbricas de maior produo, pr-
aquecedores de ciclones que foi talvez o maior desenvolvimento, em termos de reduo
de consumo de energia na produo do cimento, dos quais o mais importante o Dopol
- Figura 19 (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).
Os gases provenientes do forno so aspirados, entrando pela parte inferior,
enquanto o cru entra pela parte superior, descendo atravs dos ciclones, onde os gases
provocam a sua agitao e disperso, at entrar no forno.
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Figura 19 - Esquema de um pr-aquecedor Dopol. Os gases quentes provenientes do forno, A, so aspirados saindo por C, para captao e aproveitamento do p. A alimentao do cru feita em B; este
desce at aos dois primeiros ciclones paralelos, 4, depois aos outros dois, 3, entrando em seguida na cmara de recolha, 2 donde passa para os dois primeiros ciclones paralelos, 1 (Coutinho,1988).
A permuta de calor neste sistema ento obtida por fluidificao do cru no seio
dos gases quentes, de modo que cada partcula fica em contacto com os gases,
adquirindo a sua temperatura em uma fraco de segundo. Os gases saem a cerca de 50
a 70oC (temperatura a que vai entrar a matria prima) e o cru sai do recuperador
entrando no forno a cerca de 800 a 900oC. Com estes pr-aquecedores consegue-se
recuperar cerca de 82% do calor dos gases de combusto que saem do forno. O
inconveniente deste sistema , como veremos mais frente, o enriquecimento do
clnquer em lcalis e sulfatos (Coutinho, 1988).
Na Figura 20 v-se a fotografia de parte do forno e parte da Torre de Ciclones
numa fbrica de produo de cimentos em Portugal.
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Figura 20 Parte do forno e parte de Torre de Ciclones (Cimpor).
3.4.4 Arrefecimento do clnquer. Moagem
sada do forno o clnquer deve ser arrefecido rapidamente, pois o silicato
triclcico instvel a temperaturas inferiores a 1250oC; h portanto que conservar a sua
estrutura, arrefecendo-o rapidamente desde temperaturas superiores quela at
ambiente.
O silicato biclcico apresenta as formas e ; a forma estvel desde a temperatura de formao (1200oC) at 675oC. Abaixo desta temperatura o silicato
biclcico transforma-se em , forma em que praticamente inerte. Por isso tambm necessrio evitar a formao do silicato biclcico , arrefecendo rapidamente o silicato desde 1200oC at temperatura ambiente.
H tambm toda a vantagem em evitar que a fase lquida cristalize pois a
reactividade do aluminato de clcio diminui e o xido de magnsio poder cristalizar
em grandes cristais (periclase), o que provoca a instabilidade e a expansibilidade do
volume da pasta de cimento endurecido (ver 3.7.6.2).
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Para efectuar o arrefecimento, h diferentes dispositivos dos quais o mais corrente
o planetrio constitudo por vrios tubos arrefecedores que envolvem o forno. O
clnquer arrefecido pelo ar (comburente) que em contracorrente o atravessa, chegando
quente zona de combusto.
Aps a sada do arrefecedor, a cerca de 125-180oC o clnquer armazenado, terminando
o seu arrefecimento com aspecto negro e duro Figura 21, entrando depois nos
moinhos de bolas, onde modo, juntamente com adjuvantes, para facilitar a moagem,
com aditivos gesso (3 a 5%) para lhe regular o tempo de presa, e outros, para lhe
modificar as propriedades como a pozolana, a escria de alto-forno, etc. (Coutinho,
1988; Neville, 1998).
Figura 21 Clnquer sada do arrefecedor.
Modernamente, e ainda como resultado da crise energtica e por razes
ambientais, os aditivos podem ser inertes, em proporo tal que no comprometam as
propriedades do cimento (em geral at 10 ou 15%).
A moagem efectua-se em moinho de bolas idntico aos da preparao do cru,
numa operao que consome cerca de 40% da energia total do fabrico do cimento. A
caracterstica que se obtm, a finura, to importante como a composio qumica.
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Os elementos finos produzidos por moagem tendem a diminuir muito rapidamente
o rendimento desta operao. O aparecimento de elementos finos, embora desejado,
aumenta a compacidade da mistura do clnquer com as bolas, diminuindo a eficcia
destas. por isso necessrio elimin-los o mais rapidamente possvel, medida que se
vo formando. Para a soluo deste caso h dois tipos de moedura: em circuito aberto e
em circuito fechado (Coutinho, 1988).
Na moagem em circuito aberto o clnquer, juntamente com o gesso, introduzido
no moinho que tem trs compartimentos com bolas de ao de dimetro sucessivamente
menor, desde 60 a 80 mm no primeiro compartimento (em 1/6 do comprimento do
moinho) passando por um compartimento intermdio com bolas de 30 a 50 mm at
dimetros de 15 a 25 mm no ltimo (com metade do comprimento); actualmente, no
ltimo compartimento usam-se corpos moentes cilndricos (cylpebs) em vez de bolas,
com 4 a 8 mm de dimetro (Coutinho, 1988).
Na moagem em circuito fechado, os finos vo sendo extrados do moinho
medida que se vo produzindo. Uma corrente de ar atravessa o moinho, da entrada para
a sada, arrastando as partculas mais finas, para um separador, onde so classificadas:
as finas vo para os silos de armazenamento, e as mais grossas voltam ao moinho
(Coutinho, 1988).
Para ajudar a moagem usam-se adjuvantes que se adicionam ao clnquer durante
esta operao promovendo a disperso das partculas de cimento: 0,01 a 0,1% da massa
do clnquer em aminas ou sais de aminas, poliois, linhossulfitos ou cidos orgnicos
fracos que no so decompostos s temperaturas de moagem. Estes adjuvantes
diminuem o consumo de energia de 10% a 15% e no tm qualquer aco sobre a
qualidade do cimento. Evitam o revestimento das bolas, das paredes do moinho e a
formao de agregados de partculas grossas com finas, aumentando o rendimento do
separador de fluxo de ar (Coutinho, 1988).
Dos moinhos de bolas, o cimento passa para grandes silos, onde homogeneizado
e da distribudo, a granel ou em sacos (Coutinho, 1988).
A Figura 22 - representa o diagrama de produo (via seca) numa central
moderna.
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Figura 22 Produo de cimento (via seca) (Cimpor)
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3.5 PRINCIPAIS COMPONENTES DO CR E DO CLNQUER PORTLAND 3.5.1 Consideraes gerais
Os componentes da matria prima sujeitos aco da temperatura vo sofrendo
uma srie de reaces qumicas e vo-se transformando em compostos diversos como
esquematizado no diagrama da Figura 23 (Jackson, 1998).
Figura 23 Esquema das transformaes sofridas pelo cru at se transformar em clnquer (Jackson,
1998). 3.5.2 Componentes da matria prima
Neste diagrama tem-se esquerda a composio da matria prima obtida pela
mistura devidamente doseada de calcrio e argila que compreende:
Calcite CaCO3 Slica SiO2 Minerais de argila SiO2 Al2O3 H2O xidos de ferro Fe2O3
A composio da matria prima deve ser tal que depois de perder a gua e o
dixido de carbono devido elevada temperatura atingida no forno, tenha uma
composio qumica dentro dos limites seguintes:
CaCO3 CALCRIO
slica SiO2 Al2O3 H2O xidos de ferro Fe2O3
ARGILA
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CaO - 60 a 67% SiO2 - 17 a 25% Al2O3 - 3 a 8% Fe2O3 - 0.5 a 6%
Alm destes componentes principais, a matria-prima contm ainda metais
alcalinos, magnsio, magnsio, titnio, fsforo e, eventualmente, sulfatos:
MgO - 0.5 a 4% K2O e Na2O - 0.3 a 1.2% SO3 - 2 3.5%
(Coutinho, 1988 ; Neville, 1995 ; Jackson, 1998).
3.5.3 Notao abreviada
Note-se que costume na Qumica do cimento, considerar a notao abreviada
seguinte:
CaO - C SiO2 - S Al2O3 - A Fe2O3 - F
No que respeita ao cimento hidratado so usados tambm os seguintes smbolos:
H2O - H SO3 - S
3.5.4 Mdulos Com o fim de obter produtos com a necessria regularidade de composio e
portanto de propriedades, preciso que entre estes simples xidos elementares existam
certas relaes antes da cozedura, denominadas mdulos (Nota 1), dos quais o
hidrulico foi pela primeira vez definido por Vicat:
Mdulo hidrulico (VICAT)
3,2a7,1deOFeOAlSiO
CaO
32322 ++
Depois deste, outros se tm calculado, e hoje costume considerar mais os
seguintes:
Mdulo silcico
3a2deOFeOAl
SiO
3232
2
+
-
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Quanto mais baixo for este mdulo mais baixo ser a temperatura de
clinquerizao, pois Al2 O3 e Fe2 O3 so fundentes.
Mdulo alumino-frrico ou de fundentes
5,2a5,1deOFeOAl
32
32
Grau de saturao em clcio
98,0a90,0deOFe65,0OAl18,1SiO8,2
CaO
32322 ++
Este ltimo mdulo representa a relao entre o xido de clcio total e o que
susceptvel de se combinar com slica, alumina e ferro para dar os componentes
indicados mais adiante.
alumina e aos xidos de ferro chamam-se fundentes, pois os compostos em
que intervm fundem temperatura mais elevada (denominada temperatura de
clinquerizao) ajudando assim melhor combinao de todos os intervenientes nas
reaces em que se formam os componentes do cimento.
O Mdulo de fundentes particularmente importante na obteno de cimentos
com resistncia qumica melhorada e calor de hidratao baixo. Para este efeito
necessrio que no se forme aluminato triclcico (Al2O3. 3CaO) o que acontece quando
o nmero de molculas de sesquixido de ferro igual ou maior do que o nmero de
molculas de xido de alumnio (Coutinho, 1988).
64,0OFeOAl
32
32
Se os mdulos no respeitarem os limites apresentados, necessrio fazer
correces matria prima depois de moda e antes de entrar para os silos alimentadores
do forno. Como foi dito anteriormente, (3.4.2) a matria prima depois de moda,
sujeita a anlise qumica automtica por raios X. Esta informao automaticamente
processada pelo sistema informtico instalado e as correces a fazer, isto , as
quantidades necessrias de calcrio, slica, ferro e/ou alumina so adicionadas
automaticamente a partir dos silos respectivos.
Nota 1: Nas frmulas dos mdulos, os smbolos referem-se s percentagens dos xidos na
totalidade do cimento e no aos seus pesos moleculares.
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3.5.5 Componentes principais do clnquer As reaces qumicas que ocorrem pela aco da temperatura, a partir da matria
prima constituda principalmente por cal, slica, alumina e xidos de ferro levam
formao dos componentes principais do clnquer Portland, os quais cristalizam em
elementos mais ou menos individualizados, enumerados a seguir, com indicao da
percentagem em que normalmente ocorrem nos cimentos Portland:
Silicato triclcico 3CaO.SiO2 (de 20 a 65%) C3S (alite) Silicato biclcico 2CaO.SiO2 (de 10 a 55%) C2S (belite) Aluminato triclcico 3CaO.Al2O3 (de 0 a 15%) C3A(aparece c/ mat. vtrea) Aluminoferrato tetraclcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (de 5 a 15%) C4AF (celite)
Esquematicamente podem-se resumir assim as transformaes sofridas pelas
matrias primas pela aco da temperatura at obteno do clnquer:
At 100oC evapora-se a gua livre, secando a mistura de calcrio e argila.
At 450oC sai a gua adsorvida nos componentes da matria prima.
At 700oC d-se a activao dos silicatos por desidratao e alteraes na rede
cristalina.
De 700 a 900oC d-se a decomposio dos carbonatos de clcio (e de magnsio)
com a formao de xido de clcio (e de magnsio).
Comea a combinao da alumina, xidos de ferro e slica activada com o xido
de clcio. Inicia-se a formao de belite (silicato biclcicoslica+cal) e a formao de aluminato de clcio 12CaO.7Al2O3 (C12A7alumina+cal) e aluminoferrato biclcico (C2AF).
De 900 a 1200oC prossegue em pleno a formao de belite (silicato biclcico),
comea-se a formar o aluminato triclcico (C3A) e o aluminoferrato tetraclcico (C4AF).
De facto, a cerca de 1200oC a maior parte do aluminato triclcico e aluminoferrato
tetraclcico est constitudo e o teor de silicato biclcico (belite) atinge o mximo.
A 1260oC principia o aparecimento da fase lquida, constituda pela combinao
de parte de xido de clcio com os xidos de alumnio e de ferro, a qual promove a
constituio do silicato triclcico (alite), a partir do silicato biclcico (belite) j formado.
Mas parte do silicato biclcico subsiste pois este no se pode transformar em triclcico
sem que haja ainda algum xido de clcio livre. Ver-se- que este xido de clcio (livre)
pode ser nocivo porque a sua hidratao se d com expanso, a qual se pode tornar
perigosa quando o seu teor exceda 2% e se encontre cristalizado (Coutinho, 1988).
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Durante o arrefecimento a fase fundida no deve cristalizar. Se o arrefecimento
for lento o C3A cristaliza e o xido de magnsio poder formar grandes cristais. No
diagrama da Figura 23 no est representado o que se passa com os sulfatos alcalinos,
que se individualizam durante o processo de arrefecimento (Jackson, 1998; Coutinho,
1988).
Na realidade os componentes do clnquer do cimento no so to simples como
indicado anteriormente pois no aparecem puros: a sua rede cristalina contm outros
metais, como os alcalinos, o ferro, o magnsio, etc. De facto, na sua estrutura, h
tomos de clcio que so substitudos por magnsio e pelos metais alcalinos, tomos de
silcio e de alumnio que so substitudos por tomos de ferro, etc. Existem no clnquer
xidos livres e outros componentes em soluo slida com estes e tudo isto cria
influncias recprocas muito importantes na composio e estrutura de tais componentes
(Coutinho, 1988).
Le Chtelier foi dos primeiros a reconhecer que a anlise qumica do clnquer
pouco diria sobre a natureza dos componentes formados durante a fuso e a sua
cristalizao subsequente. Em 1882, observando ao microscpio, por transparncia,
seces delgadas do clnquer, descreveu os principais cristais que o compem, bem
como a massa vtrea istropa que os rodeava e cerca de quinze anos depois o sueco
Trnebohm sem conhecer o trabalho de Le Chtelier, descrevia os mesmos minerais,
tendo designado os principais por alite, belite e celite.
A alite essencialmente constituda pelo silicato triclcico com diferentes
tomos estranhos, como o Mg, Al, Fe. Os cristais de alite so poligonais, de estrutura
rombodrica, rectangulares ou hexagonais, com dimenses de 10 a 50 m. A belite constituda essencialmente por silicato biclcico , com tomos
estranhos, como o potssio, o fsforo, o brio, etc. Os cristais apresentam maclas lisas
ou estriadas; a sua dimenso da ordem de 30 m. Os gros no tm forma cristalina definida, so arredondados, amarelados, mais ou menos escuros.
A celite, que ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor
amarelo-alaranjada, constituda por solues slidas entre um ferrato biclcico e um
aluminato biclcico e na qual o aluminoferrato tetraclcico (C4AF) um ponto de
especial importncia. A esta soluo slida chama-se fase ferrtica (Coutinho, 1988). O
contedo mdio de celite nos cimentos Portland cerca de 8% e a celite (contm
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ferro) que responsvel pela sua cor cinzenta pelo que o cimento branco no contm
celite (Soroka, 1993).
Existe tambm, entre outros, um material sem cor, como o vidro e que tambm
aparece como material de enchimento entre os gros de alite e de belite, constitudo por
aluminatos aluminato triclcico(C3A) e por uma massa vtrea (Coutinho, 1988). Figura 24 (Glasser, 1998) Estrutura de um clnquer Portland relativamente comum observado ao microscpio ptico:
alite (silicato triclcio) cristais amarelados, de forma aproximadamente hexagonal.
belite (essencialmente silicato biclcico) cristais mais escuros, arredondados.
A fase intersticial (celite, massa vtrea etc.) a temperaturas elevadas era material fundido encontrando-se agora cristalizado numa mistura de solues slidas entre ferrato de clcio e aluminato de clcio, que inclui o aluminoferrato tetraclcico (C4AF). (As manchas irregulares so resina de preparao para observao)(Coutinho, 1988; Glasser 1998).
Figura 25 Estrutura de um clnquer Portland idntico ao anterior:
alite cristais escuros azulados (com incluses de belite)
belite cristais arredondados, muitos em forma de maclas (Glasser, 1998).
Figura 26 Aspecto esquemtico dos principais componentes do clnquer de cimento Portland: cristais poligonais de alite com pequenas incluses de belite, cristais arredondados de belite com estriao caracterstica, e fase intersticial de aluminato, ferrite e massa vtrea (Coutinho, 1988).
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As propriedades do cimento so dominadas pela natureza da estrutura do
clnquer, a qual se pode dizer que varia de cimento para cimento devido s diferenas
nas matrias-primas e no modo de fabrico.
Com efeito, importante voltar a assinalar que a formao do clnquer resulta de
reaces no estado semi-slido: apenas cerca de 20% da matria-prima funde, e os
outros 80% reagem no estado slido. Por isso, enquanto os materiais obtidos
inteiramente por fuso, como o ferro fundido, o ao, etc., no so influenciados pelo seu
antigo estado, o mesmo no acontece com o clnquer, pois, porque no passou
totalmente pelo estado fludo, a cristalizao e sobretudo os defeitos da cristalizao so
influenciados pela constituio cristalogrfica do calcrio e da argila primitivos.
Portanto os clnqueres, mesmo com composies qumicas idnticas, podem ter
caractersticas diferentes, segundo a natureza do material na pedreira de origem.
Acresce ainda que factores como a histria trmica do clnquer (tanto dentro do
forno como durante o arrefecimento), as dimenses e forma das partculas que
compem o cru, as variaes acidentais da composio qumica do cru tanto devidas a
erros acidentais da dosagem como da natureza e concentrao de impurezas tais como
magnsio, compostos de flor, fosfatos, xidos de chumbo e zinco, lcalis e sulfuretos
contribuem para alterar a estrutura do clnquer. Daqui resulta a enorme variabilidade
nas propriedades do cimento que no pode ser explicada apenas pela anlise qumica
(Coutinho, 1988).
3.5.6 Clculo dos componentes principais do cimento Portland Viu-se portanto que a matria prima submetida a temperaturas de
clinquerizao, transformada em quatros tipos diferentes de compostos clcicos (C3S,
C2S, C3A e C4AF) que se encontram, quelas temperaturas num estado de equilbrio
qumico. Ora, o arrefecimento vai afectar o grau de cristalizao daqueles compostos e a
quantidade de matria amorfa resultante e portanto o produto arrefecido ter uma
composio qumica diferente. De qualquer modo para simplificar, internacionalmente
aceite considerar que o clnquer arrefecido corresponde composio de um estado de
equilbrio total entre os componentes cristalizados como se se mantivessem quelas
temperaturas elevadas. Alis esta converso que permite determinar a designada por
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composio potencial ou composio de Bogue de um cimento a partir das
quantidades de xidos determinados por anlise qumica (Neville, 1995).
O mtodo proposto por Bogue, hoje universalmente aceite como primeira
aproximao atravs da norma americana ASTM C 150, pois presta muito bons servios
para rpidas apreciaes da qualidade do cimento, consiste, em resumo, no seguinte:
Parte-se da anlise qumica do cimento, em xidos elementares, tal como
fornecida directamente pelos mtodos analticos usuais. Note-se todavia que na anlise
deve figurar a determinao do xido de clcio livre,