Aula 5 - ADIÇÕES MINERAIS
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ADIÇÕES MINERAIS
Prof. Cristina Vitorino da Silva
URI - Universidade Regional Integrada
Campus de Erechim
Curso de Engenharia Civil
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I (38-251)
INTRODUÇÃO
• Classificação:
• Material pozolânico
• Material cimentante
• Fíler
• Alterações
• Resistência química
• Plasticidade
• Modificação do tempo de pega
• Economia de Clínquer
• Economia de custo
• Resolver problemas ambientais
• Resolver problemas tecnológicos
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS
DURABILIDADE
ESTADO
FRESCO PROPRIEDADES
MECÂNICAS
ADIÇÕES
MINERAIS EM
MATERIAIS
CIMENTÍCIOS
Redução da
permeabilidade e
absorção
Aumento da
resistência à
compressão e à
tração
Eficiência da adição mineral
Aspectos reológicos
Consumo de água
Calor de hidratação
Fissuração por retração
plástica
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS
• A eficiência de uma adição mineral depende:
• Da composição química
• Do grau de amorficidade
• Da granulometria
• Da quantidade utilizada
• Das condições de cura
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS
Cinza Volante
Sílica Ativa
90-95% sílica amorfa
Diâmetro médio em torno de 1 m
Cinza de Casca
de Arroz
Sub-produto das indústrias
beneficiadoras de arroz
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico
C2S
+ H2O → CSH + CH (hidratação do cimento Portland)
C3S
CH + S + H2O → CSH (reação pozolânica)
onde: C = CaO , S = SiO2 , H = H2O, CH = Ca(OH)2
• Material Pozolânico
• Material silicoso ou sílico-aluminoso que por si só possui
pouca ou nenhuma propriedade cimentícia,
• Finamente moído, na presença da umidade, à
temperatura ambiente :
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico
• Pode ser adicionada
• Cimento durante a fabricação
• Concreto como material constituinte
Adição
Substituição
• Origem
• Natural
• Materiais naturais: tufos vulcânicos, terras diatomáceas, argilas
calcinadas
• Derivados de rochas ou materiais vulcânicos
• Artificiais - Subprodutos industriais:
• Cinza volante
• Sílica ativa
• Metacaulim
• Cinza de casca de arroz
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico
Materiais Secundários nas
indústrias produtoras
CLASSIFICAÇÃO – Material Cimentante
• Não necessita do hidróxido de cálcio para formar
produtos cimentantes (C-S-H)
• Hidratação lenta
• A presença do Ca(OH)2 e da gipsita aceleram a
sua hidratação
• Ex: escória granulada de alto forno
CLASSIFICAÇÃO – Fíler
• Material INERTE, sem atividade química
• Efeito físico – empacotamento
• Material finamente moído (semelhante a do CP)
Cinza de lodo de
tratamento de esgotos
Cinza da combustão
de eucalipto
Resíduo de corte de
granito
CLASSIFICAÇÃO – Fíler
• Proporciona efeitos benéficos sobre as
propriedades do concreto
• Trabalhabilidade
• Massa específica
• Porosidade
• Exsudação
• NBR limita o teor em 10 %
Efeito Químico e Físico das adições
minerais
• Efeito Químico - Pozolânico
• Capacidade de reação com o hidróxido de cálcio –
Ca(OH)2 – formado durante a hidratação do cimento
Portland, para formar silicato de cálcio hidratado – C-S-H
• Reações rápidas ou lentas
SUPERFÍCIE
ESPECÍFICA DAS
PARTÍCULAS E
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Efeito Químico e Físico das adições
minerais
• Efeito Químico - Pozolânico
• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências químicas de materiais
pozolânicos
PROPRIEDADES
Classes de material pozolânico
N C E
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mín. 70 70 50
SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0
Teor de umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0
Perda ao fogo, % máx. 10,0 6,0 6,0
Álcalis disponíveis em Na2O, % máx. 1,5 1,5 1,5
Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E –
qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores
Efeito Químico e Físico das adições
minerais
• Efeito Químico - Pozolânico
• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências físicas de materiais
pozolânicos
PROPRIEDADES
Classes de material pozolânico
N C E
Material retido na peneira 45 μm, % máx. 34 34 34
Índice de atividade pozolânica:
- Com cimento aos 28 dias, em relação ao controle, % mín.
- Com a cal aos 7 dias, em Mpa
- Água requerida, % máx.
75 75 75
6,0 6,0 6,0
115 110 110
Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E –
qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores
Efeito Químico e Físico das adições
minerais
• Efeito Físico
• Efeito microfíler
• Refinamento da estrutura de poros e dos produtos de
hidratação do cimento – redução do tamanho dos cristais
• Alteração da microestrutura da zona de transição
• Reduzem ou eliminam o acúmulo de água livre que fica retida nos
agregados
• Minimiza a espessura da zona de transição pela redução da
exsudação
Efeito Químico e Físico das adições
minerais
• Efeito Físico
(a) e (b) mistura contendo apenas cimento Portland, respectivamente antes e após a hidratação e (c) e (d) mistura contendo cimento Portland e sílica ativa, respectivamente antes e após as reações de hidratação e pozolânicas.
TIPOS DE ADIÇÕES MINERAIS
• Pozolanas naturais
• Cinza volante
• Sílica ativa
• Metacaulim
• Cinza de casca de arroz
• Escória granulada de alto-forno
• Fíler
• Cinza de bagaço de cana de açucar
• Escória de cobre, entre outras..
POZOLANAS NATURAIS
• ABNT NBR 5736:1991 – materiais de origem
vulcânica , geralmente ácidos, ou de origem
sedimentar
Em geral, o
processamento destes
materiais resume-se à
britagem, moagem e
peneiramento Composições e
propriedades muito
variadas
CINZA VOLANTE
Usina Termelétrica de Candiota-RS
Usina Termelétrica de São
Jerônimo
Sub-produto das
usinas
termoelétricas
CINZA VOLANTE
• Subproduto resultante da combustão do carvão
pulverizado em usinas termoelétricas
• Cinzas de textura mais grosseira
• Não são utilizadas como adição
Cinza Pesada
• Cinzas de textura mais fina
• Utilizadas como adição
Cinza Volante
CINZA VOLANTE
• Sul do Brasil:
• 89% das reservas minerais de carvão do Brasil, sem
• Gera cerca de 2 milhões de cinza volante por ano
• Tradicionalmente adicionada na fabricação de
cimentos:
• CP IV e CP II Z
• Superfície específica:
• varia de 300 a 700m2/kg
• Massa específica:
• varia entre 1900 a 2400kg/m3
CINZA VOLANTE
• Partículas tipicamente esféricas
• Diâmetros variam de menos de 1 a mais de 150 μm
(função do tipo de equipamento utilizado para
queima) sendo a maioria menor que 45 μm
Micrografia de partículas
de cinza volante com
microscópio eletrônico
de varredura
SÍLICA ATIVA
• Subproduto do processo de obtenção do silício
metálico e ferrosilício
Captação Geração
SÍLICA ATIVA
• Relação entre produção da liga metálica e captação de sílica ativa
Captação potencial de sílica ativa, no Brasil, superior a 180.000 toneladas no ano de 2004
Produção mundial em torno de 1 milhão de toneladas/ano – Noruega e Estados Unidos
LIGA METÁLICA SÍLICA ATIVA
1000 kg de silício metálico 550 kg
1000 kg de ferrosilício 350 kg
SÍLICA ATIVA
Sílica ativa resultante da produção de silício
metálico proveniente de uma indústria
a) da Noruega e b) do Brasil
(a) (b)
SÍLICA ATIVA
COMPOSIÇÃO SILÍCIO
METÁLICO (%)
FERROSILÍCIO
(%)
SiO2 94 - 98 86 - 90
C 0,20 - 1,30 0,80 - 2,30
K2O 0,20 - 0,70 1,50 - 3,50
Na2O 0,10 - 0,40 0,80 - 1,80
MgO 0,30 - 0,90 1,00 - 3,50
CaO 0,08 - 0,30 0,20 - 0,60
Al2O3 0,10 - 0,40 0,20 - 0,60
Fe2O3 0,02 - 0,15 0,30 - 1,00
S 0,10 - 0,30 0,20 - 0,40
Perda ao fogo 0,80 - 1,50 2,00 - 4,00
Difratograma típico da
sílica ativa, mostrando o halo de
amorfismo
• Características químicas
e morfológicas
SÍLICA ATIVA
• Partículas esféricas extremamente pequenas (0,1 μm)
e amorfas
• Superfície específica: varia de 13.000 a 30.000m2/kg,
ficando a média em torno de 20.000m2/kg, bastante
superior à do cimento Portland (350 a 600m2/kg) ou à
da cinza volante (300 a 700m2/kg)
• Massa específica: encontra-se em torno de
2200kg/m3, menor do que a do cimento Portland
comum, de aproximadamente 3150kg/m3
METACAULIM
• Obtenção
Calcinação, entre 600°C
e 900°C, de alguns tipos
de argilas, como as
cauliníticas e os caulins
de alta pureza
Tratamento do resíduo
da indústria produtora
de papel - caulim
beneficiado de elevada
brancura, finura e
pureza
METACAULIM • A pureza do caulim afeta tanto a reatividade
como a cor do material. Quanto mais puro, mais
claro e reativo resultará o metacaulim produzido
• Quanto menor a quantidade de sílica e alumínio,
menor a reatividade e menor a brancura do
material
METACAULIM
COMPOSIÇÃO PORCENTAGEM
EM MASSA
SiO2 51,52
Al2O3 40,18
Fe2O3 1,23
CaO 2,00
MgO 0,12
Álcalis 0,53
Perda ao fogo 2,01
• Composição típica do metacaulim de alta
reatividade
CINZA DE CASCA DE ARROZ
• Em função do teor de carbono, a cinza pode
apresentar colorações que variam entre o preto, o
cinza e o branco-rosado
Amostras de cinzas
submetidas a diferentes
tratamentos térmicos
CINZA DE CASCA DE ARROZ
• Superfície específica: varia de 50.000 a
100.000m2/kg
• Massa específica: encontra-se em torno de 2200
a 2600kg/m³, semelhante à da sílica ativa e menor
do que a do cimento Portland, de
aproximadamente 3150kg/m³
• Grande quantidade de sílica (superior a 85%)
CINZA DE CASCA DE ARROZ
• Eficiência da cinza de casca de arroz como material
pozolânico depende do controle no processo de
queima
Contém minerais de sílica
não reativos (cristalinos) e
de baixo valor pozolânico
Combustão não controlada
Obtenção de cinzas
amorfas de alta
pozolanicidade
Combustão controlada, com temperaturas entre
500°C a 700°C
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO
• Sub-produto das indústrias siderúrgicas (processo
fabricação do ferro gusa)
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO
Produção brasileira de ferro guza em 2010
32.000.000 ton
Geração brasileira de escória de alto-forno em 2010
Para cada tonelada de gusa produzido,
aproximadamente 300 a 350 kg de
escória de alto forno é gerada
10.400.000 ton Geração mundial de escória de alto-forno em 2010
120.000.000 ton
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO
Quando as escórias de alto forno são resfriadas bruscamente, normalmente
por meio de jatos de água ou vapor d’água sob alta pressão, resulta em um
material predominantemente amorfo e potencialmente reativo. Este processo,
conhecido como granulação, reduz a escória a grãos similares aos da areia
natural. Essa escória, quando moída, pode ser utilizada na fabricação do
cimento ou como adição em concretos.