Download - Aula 3 Cimento
CIMENTO
Prof. Jorge Luís Akasaki / Prof. Flávio H. Sato
Materiais de Construção Civil I
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”
Campus de Ilha Solteira
A palavra CIMENTO
É originada do latim CAEMENTU
Que designava na velha Roma
Espécie de pedra natural de rochedos
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
Coliseu,
foram construídas com o uso de solos
de origem vulcânica da ilha grega de Santorino
ou das proximidades da
cidade italiana de Pozzuoli,
que possuíam propriedades de
endurecimento sob a ação da água.
Em 1758, quando o engenheiro Civil inglês
John Smeaton consegue um produto de
alta resistência, por meio da calcinação de
calcários moles e argilosos;
Em 1918, o engenheiro francês Louis-Joseph Vicat obtém resultados semelhantes aos de Smeaton pela mistura de componentes argilosos e calcários.
Considerado o inventor do cimento artificial.
2/27/2012
A denominação “Cimento Portland", foi
dada em 1824 por Joseph Aspdin, um
químico e construtor britânico;
Recebeu esse nome por apresentar cor e
propriedades de durabilidade e solidez
semelhantes às rochas da ilha britânica
de Portland.
A primeira fábrica de cimento Portland
iniciou atividades no Brasil em 1926.
Quase 30 anos depois, teve origem a
produção de cimento branco;
Devido à necessidade de um cimento
para fins especiais, que proporcionasse
mais beleza e conforto, através do
tratamento térmico das edificações.
O primeiro forno de cimento branco
entrou em operação em 1952, sendo
distribuído ao mercado, a partir de 1954,
com a marca Irajá, que integra a linha de
produtos da Votorantim Cimentos;
Em 1984, foi lançado o cimento branco
estrutural, com o objetivo de atender
construtores de obras de concepção
arrojada, nos serviços de concreto
aparente, pré-fabricados e pisos de alta
resistência.
Cimento não é como vinho (quanto mais
velho melhor).
Os estoques de cimento devem ser
dimensionados de tal forma que o prazo
de validade do cimento não seja
ultrapassado.
A norma brasileira estipula a validade do
cimento em 90 dias.
Panorama da indústria do
cimento
Distribuição das fábricas por grupo.
2/27/2012
Fonte: SNIC, 2010
Produção por grupos em 2009
2/27/2012
2/27/2012
Consumo regional de cimento em
2009
2/27/2012
Consumo de Cimento por Região
Mercado de Cimento
Aplicações do cimento:
Aplicação
100%
Infra-estrutura
18,1%
Edificação
81,8%
Agropecuária
0,1%
Mercado de Cimento Perfil de Consumo de Cimento
Consumo de
Cimento
100%
Consumidor
Industrial
28,4%
Consumidor
Final
71,6%
28,4%
Concreteiras 13,3%
Artefatos 6,8%
Pré-Moldados 4,5%
Fibrocimento 2,4%
Argamassas 1,4%
29,1%
Construtoras/Empreiteiras 14,7%
Empresas Privadas 7,7%
Órgãos Públicos 2,8%
Prefeituras 3,0%
Cooperativas/Mutirões 0,9%
Pequeno Constr. Individual 27,3%
Pedreiros/Peq. Empreiteiros 15,2% 42,5%
Consumo de Cimento “per capita”
Brasil
Ano Consumo (Kg/Hab/Ano)
1995 184
1996 222
1997 240
1998 246
1999 242
2000 232
2001 223
2002 217
2008 272
O GESSO é adicionado na etapa posterior ao
resfriamento do clínquer, antes de passar pela
moagem;
O GESSO é adicionado para controlar o tempo de
pega;
A reação do C3A (aluminato tricálcico) com a água é
muito violenta e resulta num enrijecimento imediato
da pasta conhecida como a pega instantânea.
Produção de Cimento Portland
(via seca)
~0,8
Calcário
~0,2
Argila
Moagem
Pré-aquecedor
Forno
> 1450 ºC
Adições
~0,05
Gipsita
~0,95
Clínquer
Moagem
final
Cimento
Portland
Efeito das adições
Afetam produtos de hidratação:
Durabilidade;
< Permeabilidade.
Resistência:
Reduz Inicial;
Aumenta Final.
Benefícios ambientais:
Redução da emissão de CO2;
Evita deposição de resíduos em aterros.
Tipos de Adições
Pozolanas: Cinzas volantes;
Argilas calcinadas;
Microssilica;
Cinzas vegetais: ○ Casca de arroz.
Escória granulada de alto forno;
Pó ou filler calcário:
Composição: CaO;
SIO2;
Al2O3.
Filme
Processo de Produção do Cimento
Portland
Geração de material particulado ou pó:
Direcionado para as chaminés e retido por
coletores (ciclones, filtros manga ou
precipitadores eletrostáticos);
Representa 20 a 30% da produção
retorna ao forno como matéria-prima.
Energia no processo de fabricação do
cimento
90%: energia térmica gerada pelo combustível (secagem, aquecimento e calcinação das matérias-primas).
Representa de 20 a 25% dos custos de produção do cimento.
10%: energia elétrica (moagem das matérias-primas: 25% e do clinquer: 40%, e operações do forno e resfriador: 20%);
Representa 50% dos custo.
O Processo de Produção do Cimento
Portland
Transformações de fases ao longo do forno rotativo.
O Processo de Produção do Cimento
Portland
Composição típica de um clínquer de cimento portland: 67% CaO (C), 22% SiO2 (S), 5% Al2O3 (A), 3% Fe2O3 (F) e 3% de
outros óxidos;
Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados: alita (C3S): 50 – 70%;
belita (C2S): 15 – 30%;
aluminato tricálcico (C3A): 5-10%;
ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5- 15%;
Outros compostos em menor quantidade: Na2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre e fósforo;
elementos traços: Cr, Pb, Zn, V, Ni e outros, provenientes das MP e combustíveis (estes normalmente portando os resíduos).
Propriedades conferidas ao cimento
Alita: Principal mineral que contribui para a resistência mecânica/fase que reage mais rapidamente com a água;
Belita: Reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecanica que a alita.
C3A: Reage muito rapidamente com a água, porém sem apresentar fortes propriedades hidráulicas. Em combinação com o silicatos, o mesmo eleva a resistência inicial do cimento;
C4AF: Apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água. Em idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.
Caracterização do Cimento Difração de Raios-X: Utilizada para a identificação das
fases do clínquer;
Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura: Observação morfológica das amostras;
Ensaio de Lixiviação: Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente;
Ensaio de Solubilização: Visa complementar o ensaio de lixiviação (resíduo é inerte ( Classe III) ou não);
Ensaio de resistência mecânica à compressão: A resistência à compressão é o controle de qualidade do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias.
Caracterização do Cimentos
Difração de Raios-X
Fotomicrografia de uma amostra de clínquer
(Microscopia Ótica )
Fotomicrografia de uma amostra de
clínquer (Microscopia eletrônica de
Varredura)
Ensaio de Lixiviação
Metal NBR 10004
(mg/L)
Corrida 1
(mg/L)
Corrida 2
(mg/L)
Arsênio 5 nd nd
Bário 100 1,086 1,156
Cádmio 0,5 nd nd
Chumbo 5 0,147 0,179
Cromo total 5 0,199 0,236
Mercúrio 0,1 nd nd
Prata 5 nd nd
Selênio 1 nd nd
Avalia o potencial de liberação dos componentes
constituintes dos resíduos para o meio ambiente e portanto
seu potencial de vir a impactar solos e águas subterrâneas.
Ensaio de Solubilização
Metal NBR 10004
(mg/L)
Corrida 1
(mg/L)
Corrida 2
(mg/L)
Arsênio 0,05 nd nd
Bário 1 0,391 0,825
Cádmio 0,005 nd nd
Chumbo 0,05 0,001 0,043
Cromo total 0,05 nd nd
Mercúrio 0,001 nd nd
Prata 0,05 nd nd
Selênio 0,01 nd nd
Avalia o potencial dos resíduos de liberar seus componentes constituintes para a água pura, comparativamente ao padrão de potabilidade.
Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão
NBR 7215/ NBR 11578
Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão
NBR 7215/ NBR 11578
Tipos de cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland Comum (CP I): Um tipo de cimento portland sem
quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega). Com pequenas adições - CP I-S.
Aplicações: É usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento.
Tipos de cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland Composto (CP II): O Cimento Portland Composto é
modificado (com adições - CP II-Z, CP II-E e CP II-F ).
Aplicações: Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos prémoldados e artefatos de cimento.
Tipos de cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland de Alto-Forno (CP III): Cimento com adições de escória de Alto-Forno.
Aplicações: 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.
Tipos de cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland Pozolânico (CP IV):
Um tipo de cimento portland com aditivo pozolânico.
Aplicações: É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos.
Tipos de Cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI):
Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias. Alterações nas proporções das fases do clínquer.
Aplicações: Em blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e préfabricados.
Tipos de Cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS):
Alterações nas proporções das fases do clínquer.
Aplicações: Em ambientes submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamento de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas.
Tipos de Cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC):
É o cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição – fases do clínquer.
Aplicações: Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.
Tipos de Cimento Portland Disponíveis no
Mercado Brasileiro e Suas Aplicações
Cimento Portland Branco (CPB):
A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila.
Aplicações: ○ Estrutural: Em concretos brancos para fins
arquitetônicos.
○ Não estrutural: Em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais.
ESTOCAGEM DE CIMENTO
-Evitar que o cimento entre em contato com a água
na estocagem porque ele vai empedrar ou endurecer
antes do tempo, inviabilizando a sua utilização;
-Estocar em lugar seco, coberto, fechado e afastado
do chão, do piso e das paredes externas e úmidas,
longe de tanques, torneiras e encanamentos.
ESTOCAGEM DE CIMENTO
- Iniciar a pilha de sacos de cimento sobre um
tablado de madeira;
- Não formar pilhas maiores de 10 sacos;
- Utilizar o primeiro saco estocado há mais tempo,
deixando o que chegar por último para o fim.
ESTOCAGEM DE CIMENTO
- O cimento, bem estocado, é próprio para o uso por
3 meses;
- Estocar o cimento em locais protegidos de
temperaturas inferiores a 12°C para não ocasionar
retardamento do início da pega.
O Co-Processamento de Resíduos
em Fornos Rotativos de Clínquer
Brasil: produção de 2,7 M ton/ano de resíduos.
O que é resíduo industrial?
É todo material resultante de um processo
produtivo, cujo gerador rejeita, pretende
rejeitar ou é solicitado a rejeitar.
Segundo a ABNT, são classificados em três
categorias:
Classe I - Resíduos perigosos;
Classe II - Resíduos não perigosos e não inertes;
Classe III - Resíduos inertes.
Destinação dos Resíduos
Insumos Processo Produto
Fim de vida
Resíduo
Qualidade
Reciclagem
Aterro
Bio-tratamento
Incineração
Co-Processamento
Reciclagem
Quando viável, é a melhor destinação. Vários resíduos industriais dispõem de
tecnologia e custo que permitam sua reciclagem, como as latas de alumínio, caixas de papelão, garrafas de vidro, produtos plásticos e outros;
Cumpre notar que a reciclagem nunca será de 100%, pois fatores econômicos e sociais impedem que isso aconteça;
Muitos resíduos não são economicamente recicláveis e portanto precisam de uma outra destinação final.
Aterro
Local para disposição de resíduos sem caracterizar disposição final.
Em alguns casos não oferece garantias necessárias para resíduos classe I e alguns resíduos classe II.
Podem oferecer soluções muito baratas.
Exemplos de boas práticas: VIVENDI (SASA – Tremembé/SP);
Essencis (CAVO - Caieiras/SP).
Exemplos de más práticas: Formiga (MG);
CENTRES (RJ);
Mantovani (SP).
Biotratamento Trata-se do uso de microrganismos para
recuperar áreas degradadas com produtos químicos orgânicos;
São aplicáveis somente quando o grau de contaminação é pequeno, caso contrário o tempo necessário torna-se muito longo.
Tratamento no local;
Restrito a contaminantes orgânicos.
Incineração O processo de incineração promove a queima
dos resíduos num ambiente fechado, onde os fumos da queima passam por um sistema de lavagem de gases, que garante que nenhum subproduto da queima seja liberado para a atmosfera.
As cinzas e os produtos usados na lavagem precisam ser destinados, uma vez que são resíduos deste processo.
Co-processamento
É a técnica de destruição térmica a altas temperaturas em fornos de clínquer devidamente licenciados para este fim, com aproveitamento de conteúdo energético e/ou aproveitamento da fração mineral como matéria-prima, sem a geração de novos resíduos.
O que pode ser co-processado?
Exemplos: Substâncias oleosas; Catalisadores usados; Resinas, colas e látex; Pneus e emborrachados; Madeiras contaminadas; Solventes; Borrachas; Lodos de ETE; Terras contaminadas; Papel e outros.
O que não pode ser co-processado ?
Exemplos: Resíduos hospitalares não-tratados;
Lixo doméstico não-classificado;
Explosivos;
Elementos radioativos;
Pesticidas;
Fossas orgânicas;
Materiais com alto teor de metais pesados;
Materiais com alto teor de Cloro;
Materiais com baixo poder calorífico ou sem contribuição na substituição de matérias-primas.
Como se prepara o material a ser co-
processado ?
Caracterização;
Análise prévia;
Contrato com o gerador do resíduo;
Licenciamento com o órgão ambiental;
Coleta e transporte licenciados;
Preparação prévia ( „blending‟ );
Co-processamento:
Emissão de Certificado de Destruição térmica (CDT).
As vantagens do co-processamento
Elimina vários resíduos de forma segura e definitiva;
Não gera passivos ambientais;
Permite controle ‘on line’ das emissões;
Aumenta recolhimento de ISS no município;
Induz as fábricas de cimento a uma produção mais segura, devido aos investimentos para o licenciamento;
Poupa recursos naturais não-renováveis: Óleo combustível, coque de petróleo;
Matérias-primas minerais.
Pontos de entrada de resíduos na planta