Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 1/57 Cimentose Concretos ... 7.... ... ... ... . Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 2/57 Resumo das opinies de diversos autores. C3SC3A No final desse trabalho, pagina 51,as mais recentes opinies dos engenheiros brasileiros.. .Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 3/57 C3S, C2S, C3A Informao bsica. C3S = (3.CaO). (SiO2); C2S = (2.CaO). (SiO2) ; C4AF = (4.CaO).(A C3A = (3CaO).(A Micrografia tica, luz refletida, do clnquer do cimento Portland no hidratado.Ver [41] . C3S

C2S

C4AF + C3ACimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 4/57 2. Informao bsica. C3S C2S C3A C4AF Micrografia tica do clnquer do cimento Portland (no hidratado). C = CaOA = Al2O3 S = SiO2H = H2OF = Fe2O3 Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 5/57 3.Lothenbach Barbara [75] Thermodynamic modeling of the hydration of Portland cement. - 2006 C4AFC3A442420dias C3S 101000 0.1 C2SCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 6/57 A resistncia do C3S cresce rapidamente. Resistncia dos Componentes C3S - C2S - C3A-C4AF do Cimento Portland segundo Bogue |28|C3SC3SC2SC2S C3AC4AF7 28010020030040050060070080090010000 90 180 270 360 450 540 630 720diasfc ( kgf/cm2) O C3S ao se hidratar libera muito calor.Ver [ 34]F.P.Glasser - Calor de hidratao dos componentes( J/g por 1% dos 4 componentes minerais ) C3AC3SC2SC4AF37 280123456789100 30 60 90diascalor ( J/g por 1% ) O dilema ! Concreto com alta resistncia inicialeFissura ao resfriar rpido ! ou Concreto com baixa resistncia iniciale .No fissura ! Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 7/57 Opinies : 1 -Prof. P. Kumar Mehta&Richard W. Burrows Fatos marcantes aps 1975: Melhoria da qualidade do adensamento co m vibradores de maior eficincia. Uso de Plastificantes eSuper-plastificantes. Uso de Adies: micro-slica, cinzas, escrias. Tamanho dos gros dos cime ntos diminuiu 2 vezes. Liberao mais rpidado calor de hidratao. Betoneiras de eixos m ltiplos, com maior eficincia na mistura. Mistura forada. Bombeamento do concreto Concretos auto-adensveis Cimentos ASTMII(Prof. Mehta ) Resistncia em cubos, aos 7 dias, de vrios cimentos II ASTM C-150 ( 100 lb/in2)Ano 1953 :A figuramostra que, at 1953 ,pelo menos 50% dos cimentos ASTM Tipo II tinham menos de 3000 lb/in2( 21 MPa) de resistncia aos 7 dias. Ano 1994 Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 8/57 Muito adequados para os prazos curtos da i nd stria de construo, os cimentos atuais colocaram fora do mercado os antigos cime ntos Portland com endurecimento lento, e que, portanto, erammais durveis. ...sabidoqueconcretosfeitoscomcimentosportland,anterioresa1930,desenvolviama resistnciamuitolentamenteporqueeleserammodoscomgrosgrossos.Oscimentos tinham uma superfcie especfica Blaine ~195m2 / kg.Os cimentos continham uma quantidade relativ amente pequena de silicato tri-clcico, C3S, menos que 30 %.Observao : C3S = (3.CaO). SiO2 C2S = (2.CaO). SiO2 Para obter altas resistncias nas primeirasidades do concreto, para poder manter os rpidos prazos de construo, foram feitosnovos aumentos da finura e do teor de C3S do cimento Portland comum. Em 1970, segundo Price W.H., o teor de C3S do cimento Portland Tipo I da ASTM aumentou, nos U.S.A., para50 %e a finura Blaine subiu para 300m2/kg. Hoje, os cimentos ASTMTipo IeTi po IIpodem ser encont rados com teor de C3S maior que 60% e com finura maior que 400 m2/kg. Vrias inspees de campo, durante o sculo 20, mostraram que ap s 1930, quando as resistncias do cimento e do concreto aumentar am, seguiu-se um aumento dos problemas de deteriorao. Um aumento gradual do teor de C3S e o aumento da finura dos cimentos comuns permitiram a esses cimentos desenvolver altasresistncias nas primeiras idades. ... + + + Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 9/57 2 - Samuel Chamecki - Resistncia do concreto INT - Rio de Janeiro -1955(1332 corpos de prova )024681012141618201535557595115135155175195215235255275295315335355375395415fc28(kgf/cm2) frequencia %fc 5% = 15 MPafcm=22 MPa Comentrios:Na dcada de 50, no Rio de Janeiro e noBrasil, grandes obras em concreto armado foram executadas com fck28 =15MPa. Vide Estdio do Maracan. Na dcada de 60, no Rio de Janeiro e no Brasil, pontes e viadutos em concreto protendido foram constru dos com fck28 = 24 MPa. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 10/57 3 - F. P. Glasser Componentes dos cimentosTeor%Calor ( kJ / kg ) C3S 37 a 68517+ H2O C-S-H eC-H -C2S6 a 32262+ H2O C-S-H eC-H C3A2 a 141144+ H2O + gesso C4ASH12 C3A2 a 141672+ H2O + gesso etringita C4AF5 a 15419+ H2O +C-H hidro-granada .SiO2. 4H2O; C-H = CaO. H2O = Ca (OH)2 O componente do cimento C3S, com grande calo r de hidratao, est com teor cada vez maior no cimento Portland, em detrimento do C2S. Da surge um calor excessivo nos concretos. Ao resfriar, o concreto retrai e fissura. F.P.Glasser - Cimento Portland : Calor de hidratao dos componentes( J/g por 1% dos 4 componentes minerais ) C3AC3SC2SC4AF3 7 280123456789100 30 60 90diascalor ( J/g por 1% ) + + + Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 11/57 4a Prof. Eduardo ThomazC2S = (2.CaO). SiO2 Cimento Portland Comum : Teor de C2SC2S = endurecimento lento,baixo calor de hidratao baixa resistncia inicial 010203040506070801900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC2S ( % ) O teor de C2S, que tem baixo cal or de hidratao, vem diminuindo ao longo dos anos.A substituio do C2S pelo C3 S gera srios problemas de liberao r pida de calor. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 12/57 4b Prof. Eduardo ThomazC3S = (3.CaO). SiO2 Cimento Portland Comum : Teor de C3S C3S = endurecimento rpido,alto calor de hidratao alta resistncia inicial65%010203040506070801900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC3S ( % ) O teor de C3S vem aumentando ao longo dos a noso que gera srios problemas de liberao rpida de calor. Existem poucoscimentos com teor de C3S =70%. As misturas adequadas para produzir clinquer com mais de 65% de C3S so extremamente difceis de queimarCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 13/57 1540 oC Segundo Kurt E. Peray-65% de C3SCaOSiO2C3S = (3.CaO). SiO2 ;C2S = (2.CaO). SiO2The Rotary Kiln - Kurt E. PerayCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 14/57 4c Prof. Eduardo ThomazCimento Portland Comum : Teor de C2S e C3S010203040506070801900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC2S (%) e C3S (%) C3S -endurecimento rpido alto calor de hidratao alta resistncia inicial C2S -endurecimento lento baixo calor de hidratao baixa resistncia inicialCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 15/57 4d Prof. Eduardo Thomaz- Observao : Pontos azul claro e amarelo so da Por tland Cement Association, publicados em 2008. Eles confirmam o levantamento j feito por E. Thomaz.Cimento Portland Comum : Teor de C2S e C3S010203040506070801900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC2S (%) e C3S (%) C3S -endurecimento rpido alto calor de hidratao alta resistncia inicial C2S -endurecimento lento baixo calor de hidratao baixa resistncia inicialCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 16/57 4e- Prof. Eduardo Thomaz - C3S / C2S01234561900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC3S / C2S A relaoC3S/C2Svem aumentando ao long o dos anoso que gera srios problemas devidos liberao rpida de calor. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 17/57 3f- Prof. Eduardo Thomaz - Teor de C3A0510152025301900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC3A ( % ) Teor de C4AF0510152025301900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoC4A F (%) A variao dos teoresde C3A e de C4AF, aolongo dos anos, pequena. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 18/57 3f- Prof. Eduardo Thomaz - Cimento PortlandC3S+C2S (%) e C3A+C4AF(%)C3S+C2SC3A+C4AF01020304050607080901001900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anoCimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 19/57 3g-Prof.EduardoThomaz - Calor de hidratao at os 3 dias segundo ACI Committee225 - 1991 I - USAIV - USA Baixo calor II - USAIII - ARI - USAV-USAFurnas1001502002503003504001900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010anocalor de hidratao at 3 dias - J/gCalor hidratao - 3 dias- ThomazCimento I- USACimento IV - Baixo Calor - USACimento II- MAIS USADO - USACimento III- ARI - USACimento V- Res.Sulf atos - USARichard K. Meadelimite superiorlimite inf eriormdiaMedido FURNAS Foram determinados os calores de hidratao dos cimentos a part ir dos componentes dos cimentos, C3S, C2S, C3A, C4AF, etc, usando os critriosde Bogue, Lea, Taylor, W ood, Steinour, Glasser e de outros autores. Os valores mostram uma fortetendncia de aumentocom o passar dos anos. Os resultados experimentais dos laboratrios deFurnas, confirmam a ordem de grandeza dos valores determinados. Nas barragens construdas por Furnas,d-se preferncia aos cime ntos de baixo calor de hidratao, o que se reflete em valoresabaixo da mdia dos demais cimentos. O aumento (40%) do calor de hidratao, do ciment o tipo II, semelhante ao dos cimentos da literatura tcnica em geral .No Brasil esse fato constatado nas obras. O concreto, pouco tempo aps a concretagem, est quente . Isso no acontecia dcadas atrs. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 20/57 4 - PCA - Portland Cement Association - 2005 Research & Development Inform ation PCA R&D Serial No. 2871Effect of Cement Fineness and C3S Content onProperties of Concrete: A literature Review. R.Douglas Hooton, Andrew J. Boyd , DeeptiD. Bhadkamka cimento= 500xC3S(%) +260xC2S(%) +866xC3A(%) +420xC4AF(%) +624xSO3(%) + 1186xCaO livre(%) + 850xMgO(%) Exemplo: H cimento = 500 x 48,8(%) +260x24,8(%) + 866x13,1(%)+420x10,4(%) +624x0,5(%) +1186x0,4(%) +850x0,5(%) = 478J/g Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 21/57 5 - Prof. Paulo Helene -EPUSP Concretos de alta resistnciaConferncia :SindusCon / SP- Campinas - 2003 ... ... + + + 6 - Eng. Adam Neville Resistncia do cimento e durabilidade Adam Neville Cement and Concrete: Their In terrelation in Practice - Advances in Cement and Concrete - Editors: Michael W. Grutzeckand Shondeep L. Sarka r. American Society of Civil Engineers 1994. ... Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 22/57 :Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 23/57 ... 7 - Friedrich Wilhem LocherGranulometria dos cimentos CP- I alemes, usando a distribuio de freqncia R-R-S-BCP- I52.5 MPaCP- I42.5 MPaCP-I32.5 MPa510152025300.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3n Granulometria dos cimentos CP-Ialemes, segundo Bau +Technik Verlag -2006x (micrometro)Blaine = 304m2/kg Blaine = 392m2/kgBlaine =529m2/kg Os cimentos com alta resistncia inicialtem D60% =10 micrometrose finura 500 m2/kg Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 24/57 Hidratao Resistncia Calor A hidratao do cimento uma reao qumica exotrmica. A hidratao do cimento tem como conseq nciasmais importantes o aume nto da resistncia do concreto e a liberao de calor. Sendo assim, a resistncia do concreto e o calo r da hidratao liberado esto correlacionados, como mostrado na figura acima. A velocidade de hidrat ao do cimento com alto teor deC3S grande e em conseq ncia tambm so grandes a taxa de aumento de resist ncia e a taxa de liberao de calor. Resumindo, quanto maior a resistncia inicial do conc reto mais aquecido fica o concreto.Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 25/57 Desenvolvimento da resistncia de gros decimento com diferentes tamanhos. Gros de um cimento com 5% de gesso, separados por meio de jatos de ar. Ver Friedrich W. Locher [ 46]Quanto mais fino o cimento mais rpida a hidr atao e conseq ente aumento da resistncia. O aumento da resistncia uma conseq ncia da hidratao da do cimento. Influencia da superfcie espec fica no desenvolvimento da resi stncia do cimento Portland.Ver Locher, Friedrich Wilhem 5000 Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 26/57 Comentrios: Quanto mais fino o cimento mais rapidamente ele se hidrata e libera calor. O cimento antigo, antes de 1970, tinha gros gro ssos e demorava mais a se hidratar, elevando menos e mais lentamente a temperatura do conc reto lanado. O resfriamento posterior era menor.As tenses de trao eram menores. A finura do cimento era 150 a 200m2/ kg, hoje 400 a 500m2/ kg, Tudo indica que diminuir o tamanho de gro, au mentando a superfcie especifica do cimento acima de 5000cm2/g( 500 kg/kg) no tem qualquer efeito adicio nal na taxa de crescimento de resistncia.Por esse motivo os cime ntos atuais tem no mximo 5000cm2/g. Moer o clinquer do cimento alm desse limi te desperdcio de energia e dinheiro. O consumo de energia eltrica na moagem a lto, cerca de 38% do cons umo total de energia eltricana fabricao do cimento.Ver [ 57]-Jochen Stark Bernd Wi cht Zement und Kalk Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 27/57 8 - Eng. Oswaldo Rezende Mendes CENTRAN ( D.N.I.T. + E.B.) Ver [42] 9 -H. E. F. Taylor- Cement Chemistry 1998 ... Cimentos com endurecimento rpido tm sidoproduzidos de vrias maneiras, a saber : variando a composio para aume ntar o teor de alite ( C3S)melhorando os processos defabricao como, por exemplo,moendo as matrias primas, componentes do clinquer, mais finamente, e mist urando-as melhor entre si, antes de entrar no forno de fabricao.moendo o clinquer mais finamente. O teor de alite (C3S) dos cimentos Portlandtem aumentado constant emente durante esse sculo e meio em que o cimento Portland tem sido produzido. Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 28/57 Usando difrao de raioX , ou outros mtodos, pode-se mostrar que 70% do C3S reage em 28 dias, e praticamente 100% do C3S em um ano.Os produtos so hidr xido de clcio Ca.(OH)2 e um silicato de clcio hidratad o, chamado C-S-H, te ndo as propriedades de um gel rgido, e sendo praticamente amorfo. ... 10 - Prof. Eduardo Thomaz ( IME - CENTRAN ) ... 1 . - Ou mudam os cimentos, ou mudam os proce ssos de execuo das obras, ou as obras continuaro a se deteriorar rapidamente.2 . - O controle da resistncia do concreto aos 28 dias, nas obras, estimul a o uso de cimentos com alta resistncia inicial, com gros cada vez mais finos.3 . - Quanto mais fino o cimento, mais rpida a hidratao e conseq ente aumento da resistncia.Hidratao ResistnciaCalor de hidratao Finura = m2/kg Finura x Tamanho do gro01002003004005006000 10 20 30 40 50D ( micrometro)Finura ( m2/ kg )Cimentos antigosAlta resistncia inicial Cimentos atuais comuns Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 29/57 O aumento da resistncia uma conseq ncia da hidratao do cimento. Como os gros dos cimentos atuais so cada ve z mais finos, a hidratao mais rpida e a resistncia inicial maior.Seria mais adequado chamar esses Concreto: fcx diasfck=30MPa0510152025303540450 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98diasfc MPaNos ensaios de laboratrio os gros finos de cimento apresentam resistncia aos 90 dias maior que aos 28 dias. Em algumas obras recentes, mesmo com bom controle de qualidade, a resistncia dos corpos de prova do concreto aos 90 dias menor do que a resistncia aos 28 dias. Os cimentos atuais com alto teor de C3S e C3 A liberam calor muito r pi do, e o concreto fica aquecido. Quando resfria r pido,fissura.Torna-se necess rio resf riar o concreto antes e depois do lanamento nas formas. O concreto, depois de lanado, deve ser resfriado com serpentinas, com gua de circulao, para retirada do calor. Usar cimentos com baixo calor de hidratao.Baixo teor de C3S e C3A.

Sofisticar os atuaisproce ssos de execuo muito caro.Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 30/57 Experincia pessoal de Eduardo Thomaz: H algumas dcadas atrs usvamos blocos de es tacas com armadura apenas na face inferior e com a ancoragem desses ferros emuma parte das faces laterais.Os blocos, apesar das grandes dimenses e deum grande volume de concreto, no aqueciam nem fissuravam nas faces sem armadura. 1958C3S / C2S = 2,01975C3S / C2S = 2,4 1990 C3S / C2S=2,92008 C3S / C2S = 3,6 Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 31/57 Experincia pessoal de Eduardo Thomaz : ... Hoje, caso no sejam colocadas armadurasem duas direes e em todas as faces dos blocos, corre-se o risco ver osblocos cheios de fissuras. Em blocos grandes, usamos hoje concre to resfriado com gelo. Caso contrrio teremos fissuras na face superior, pelo menos. Esses problemas surgiram nade dcada 70 e se agravarampartir da dcada de 90. Estimativa para o aqueciment o de um concreto usual :

:Ao se usar450 kg de cimento / m3de concreto, h o aquecimento doconcreto entre 50oC a 90oC acima da temperatura de lanamento. 0123451900 1910 1920 19301940 1950 1960 1970 1980 199020002010C3S/C2 Fissurao em blocos Cimentos e Concretos 1900 2008 Prof.. Eduardo C. S. Thomaz Notas de aulapg. 32/57 11 - ABCPArnaldo Forti Battagin Produo de Cimento no Brasil( % )0102030405060708090100194019451950195519601965197019751980198519901995200020052010anoCimento %CP II ETeor de Escoria < 34% Blaine = 3846CP III =Alto Forno - Teor de Escoria