FTC – ENGENHARIA CIVIL
Disciplina: Química
Professor: Paulo S. M. Mascarenhas
A
procura por segurança e
durabilidade para as edificações
conduziu
o
homem
à
experimentação
de
diversos
materiais
aglomerantes.
Os
romanos chamavam esses materiais
de
"caementum", termo
que
originou a palavra cimento.
A
origem do cimento remonta há cerca
de
4.500
anos.
Os
imponentes
monumentos do Egito antigo já
utilizavam uma liga constituída por uma
mistura de gesso calcinado. As grandes
obras gregas e romanas, como o Panteão
e o Coliseu, foram construídas com o uso
de solos de origem vulcânica da ilha
grega, que possuíam propriedades de
endurecimento sob a ação da água.
Panteão – Grécia
Coliseu – Roma
O
passo seguinte aconteceu em 1758,
quando o inglês Smeaton consegue um
produto de alta resistência, por meio da
calcinação de calcários moles e
argilosos. Seis anos depois, outro inglês,
Joseph Aspdin patenteia o "Cimento
Portland", que recebe este nome por
apresentar cor e propriedades de
durabilidade e solidez semelhantes às
das rochas da ilha britânica de Portland.
O
cimento Portland desencadeou
uma verdadeira revolução na
construção, pelo conjunto inédito de
suas
propriedades
de
moldabilidade,
hidraulicidade
(endurecer tanto na presença do ar
como
da
água),
elevadas
resistências aos esforços e por ser
obtido a partir de matérias-primas
relativamente
abundantes
e
disponíveis na natureza.
 Obras
cada vez mais arrojadas e
indispensáveis, que propiciam conforto,
bem-estar - barragens, pontes, viadutos,
edifícios, estações de tratamento de
água, rodovias, portos e aeroportos - e o
contínuo surgimento de novos produtos e
aplicações fazem do cimento um dos
produtos mais consumidos da atualidade,
conferindo uma dimensão estratégica à
sua produção e comercialização.
Calcário;
Argila;
Gesso.

Calcário:
São
constituídos
basicamente
de
carbonato de cálcio CaCO3 e dependendo
da sua origem geológica podem conter
várias impurezas, como magnésio, silício,
alumínio ou ferro. O carbonato de cálcio é
conhecido desde épocas muito remotas,
sob a forma de minerais tais como a greda,
o calcário e o mármore. O elemento cálcio,
que abrange 40% de todo o calcário, é o
quinto mais abundante na crosta terrestre,
após o oxigênio, silício, alumínio e o ferro.

Tipos de Calcário:
1. calcário calcítico (CaCO3):
2. calcário dolomítico (CaMg(CO3)2);
3. calcário magnesiano (MgCO3)




Argila:
São silicatos complexos contendo alumínio e ferro
como cátions principais e potássio, magnésio, sódio,
cálcio, titânio e outros.
A escolha da argila envolve disponibilidade,
distância, relação sílica/alumínio/ferro e elementos
menores como álcalis.
A argila fornece os componentes Al2O3, Fe2O3 e
SiO2. Podendo ser utilizado bauxita, minério de
ferro e areia para corrigir, respectivamente, os
teores dos componentes necessários, porém são
pouco empregados.


Gesso:
É o produto de adição final no processo de fabricação
do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por
ocasião das reações de hidratação. É encontrado sob
as formas de gipsita (CaSO4. 2H2O), hemidratado ou
bassanita (CaSO4. 0,5H2O) e anidrita (CaSO4). Utilizase também o gesso proveniente da indústria de ácido
fosfórico a partir da apatita:
Ca3(PO4)2+ 3H2SO4 + 6H2O → 2H3PO4 + 3(CaSO4 2H2O)
Óxido de cálcio(CaO)
Sílica (SiO2)
Alumina (Aℓ2O3)
Óxido férrico (Fe2O3)
Anidrido sulfúrico(SO3)
Óxido de magnésio (MgO)
Óxido de potássio (K2O)
Óxido de sódio(Na2O)
Cloro (Cℓ)
64.2%
21.2%
4.9%
2.7%
2.6%
2.2%
0.4%
0.2%
0.01%




Os componentes que mais interessam na fabricação
do cimento são:
CaO
SiO2
Fe2O3
Al2O3
O Calcário e a argila são misturados e moídos a fim de
se obter uma mistura crua para descarbonatação e
clinquerização.
No processo de moagem o material entra no moinho
encontrando em contra corrente o ar ou gás quente
(~220°C), propiciando a secagem do material. O
material que entra com umidade em torno de 5% sai
com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de
final de 80 graus.
Depois de moído o material é estocado em silos onde
pode ser feito a homogeneização do mesmo;


Clinquerização:
É o processo de cozedura do cimento cru onde a
temperatura pode chegar a 1450°C.
Para que ocorra o aquecimento do material cru, o
mesmo é lançado numa torre de ciclones onde em
fluxo contrário, correm os gases quentes da
combustão. Nos ciclones ocorrem a separação dos
gases e material sólido. Os gases são lançados na
atmosfera após passarem por um filtro onde as
partículas, ainda presentes dos gases são precipitadas
e voltam ao processo.
O processo de clinquerização divide-se em:
1. Evaporação da água livre:

H2O (líquido 100°C) → H2O (vapor, 100°C) ΔH = - 539,6 cal/g
2. Decomposição do carbonato de magnésio
MgCO3 (sólido 340°C) → MgO (sólido) + CO2 (gasoso) ΔH=- 270 cal/g
3. Decomposição do carbonato de cálcio
CaCO3 (sólido)→ CaO (sólido)+ CO2
(gás)
ΔH= - 393 cal/g

Processo de clinquerização (continuação):
4. Desidroxilação das argilas
5. Formação do 2CaO.SiO2
2CaO + SiO2 (1200°C) → 2CaO.SiO2 = silicato dicálcico
6. Formação do CaO.SiO2
2CaO.SiO2 + CaO (1260 a 1450°C) →3CaO.SiO2 = silicato
tricálcico
7. Primeiro e segundo resfriamento

Termoquímica da calcinação
A formação dos compostos do clínquer consome pouca
caloria e os principais valores da formação a 1300°C são:

2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 ΔH=- 146 cal/g

3CaO + SiO2 → 3CaO.SiO2 ΔH=- 111 cal/g

3CaO + Al2O3 → 3CaO.Al2O3 ΔH=- 21 cal/g


4CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO. Al2O3.Fe2O3
ΔH=- 25 cal/g

Os tipos se diferenciam de acordo com
a proporção de clínquer e sulfatos de
cálcio, material carbonático e de
adições, tais como escórias, pozolanas
e calcário, acrescentadas no processo
de moagem. Podem diferir também em
função de propriedades intrínsecas,
como alta resistência inicial, a cor
branca etc.
CP-I
Cimento portland comum
CP-II
Cimento portland composto
CP-III
Cimento portland alto forno
CP-IV
Cimento portland pozolano
CPV-ARI Cimento portland de alta resistência
Cimento Portland Comum: Um tipo de
Cimento Portland sem quaisquer adições além
do gesso (utilizado como retardador da pega) é
muito adequado para o uso em construções de
concreto em geral quando não há exposição a
sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. O
Cimento Portland comum é usado em serviços
de construção em geral, quando não são
exigidas propriedades especiais do cimento.
Cimento Portland Composto: Gera calor numa
velocidade menor do que o gerado pelo Cimento
Portland Comum. Seu uso, portanto, é mais indicado
em lançamentos maciços de concreto, onde o grande
volume da concretagem e a superfície relativamente
pequena reduzem a capacidade de resfriamento da
massa. Este cimento também apresenta melhor
resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo.
Recomendado para obras correntes de engenharia
civil sob a forma de argamassa, concreto simples,
armado e protendido, elementos pré-moldados e
artefatos de cimento.
Cimento de alto forno: Apresenta maior impermeabilidade e
durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como
alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado,
além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter
aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento,
argamassa armado, de concreto simples, armado, protendido,
projetado, rolado, magro e outras. Mas é particularmente
vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens,
peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares,
obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para
condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes
industriais, concretos com agregados reativos, pilares de
pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas
de aeroportos.
Cimento Portland Pozolânico: É especialmente
indicado em obras expostas à ação de água
corrente e ambientes agressivos. O concreto feito
com este produto se torna mais impermeável,
mais durável, apresentando resistência mecânica
à compressão superior à do concreto feito com
Cimento Portland Comum, a idades avançadas.
Apresenta características particulares que
favorecem sua aplicação em casos de grande
volume de concreto devido ao baixo calor de
hidratação.
Cimento Portland de alta resistência inicial: É
recomendado no preparo de concreto e argamassa para
produção de artefatos de cimento em indústrias de médio e
pequeno porte, como fábricas de blocos para alvenaria, blocos
para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes,
elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode
ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras
desde as pequenas construções até as edificações de maior
porte, e em todas as aplicações que necessitem de resistência
inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa
propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem
diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela
moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o
CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior
velocidade.