CIMENTO

BREVE HISTÓRICO DO CIMENTO.

A primeira construção de que se tem notícia envolvendo um material que se aproxime do cimento que temos hoje é a Via Ápia, iniciada em 312 a.c. pelo censor romano Áppius Claudius, e era constituída de:

Camada de rolamento (calcedônia vulcânica);

Cascalho, areia grossa e cal (cimento romano);

Cascalho (pequenas pedras) + cal hidratada;

Básica de pedras chatas (tipo laje);

Todas essas camadas ficavam sobre um subleito compactado (chão pisado).

A espessura das 4 camadas descritas varia de 0,9 m a 1,5 m. A estrada romana estendia-se por 288 km, da porta sudeste de Roma até Brindisi, na costa Adriática. Infelizmente, um grande trecho dessa histórica estrada foi recoberta por pavimentos modernos, pois sua superfície original era tão grosseira que os veículos atuais trafegavam com velocidade próxima dos 16 km horários.

É simplesmente espantoso que a Via Ápia ainda tenha alguns trechos, condições de tráfego após 2.300 anos de utilização. É inegável que o uso da cal na construção contribuiu para sua extraordinária durabilidade.

Além dessa podemos citar como construções antigas que ilustram a remota importância e aplicação do cimento o Coliseu em Roma, Farol de Eddystone (Inglaterra) e o barco de Lambot.

CRONOGRAMA HISTÓRICO

CIMENTO NATURAL : Cal + Cinzas vulcânicas

SMEATON (1756): Reconstrução do farol de Eddystone (Inglaterra);

PARKER (1796): 1º Cimento hidráulico comercial (cimento romano);

PRINCÍPIO: Nódulos de calcário com argila a alta temperatura (vitrificação), moídos

1808 - O cientista inglês Humphry Davis prova que a cal é um óxido composto de um metal por ele denominado “cálcio” - por ocorrer na rocha “chalk” -, além de oxigênio.

1818 - A obtenção da cal hidráulica é muito mais antiga, mas foi neste ano que o francês M. Vicat estabeleceu pela primeira vez os princípios racionais de sua fabricação.

1824 - Joseph Aspdin, pedreiro que vivia em Leeds, Inglaterra, requereu patente para um novo tipo de material cimentoso batizado como CIMENTO PORTLAND

HISTÓRICO NO BRASIL

1888 - PRIMEIRA INICIATIVA - Comendador Antônio Rodovalho na Fazenda Santo Antônio Estação Rodovalho da Extinta E. F. Sorocabana

1918 - DESATIVADA

1892 - ILHA DO TIRIRI (PB) Somente 3 meses de operação

1912 - 1924 - PRIMEIRA INICIATIVA ESTATAL Cachoeira do Itapemirim/ES

1926 - 1ª Produção efetiva de cimento brasileiro:

COMPANHIA BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND PERUS

1926 - Consumo: 410.000 ton/ano® 100% IMPORTADO

1939 - 5 Fábricas ® IMPORTAÇÃO: 5%

1953 - 15 FÁBRICAS

Consumo: 3 MILHÕES DE TONELADAS

Produção Nacional: 2 MILHÕES DE TONELADAS

Importação: 1 MILHÃO DE TONELADAS

1996 - 56 FÁBRICAS

Produção: 28,2 MILHÕES DE TONELADAS

2000 - 59 FÁBRICAS

Produção: 40 MILHÕES DE TONELADAS

FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

A fabricação do cimento tipo Portland envolve a utilização de calcário e argila, e numa etapa posterior, a adição de gesso. Seus componentes principais são CaO, Al2O3, Fe2O3 e SiO2. O calcário (CaCO3), que é geralmente impurificado por argilas e carbonato de magnésio, decompõe-se a 894ºC em CaO e CO2. Nessa temperatura, o carbonato de magnésio já se decompôs (entre 600 e 700ºC) e, como durante o aquecimento, a temperatura do forno passa de 894ºC, elevando-se a 1200ºC, há combinação parcial das argilas com a cal (CaO) formada, originando:

Nome do composto	Composição	Abreviação
Silicato tricálcico	3 CaO.SiO2	C3S
Silicato dicálcico	2 CaO.SiO2	C2S
Aluminato tricálcico	3 CaO.Al2O3	C3A
Ferroaluminato tetracálcico	4 CaO.Al2O3.Fe2O3	C4AF

Matérias-primas: O cimento portland é feito pela mistura e calcinação de materiais calcários e argilosos. Antigamente, fabricava-se grande quantidade de cimento pela calcigenção de um calcário argiloso, conhecido como pedra de cimento, encontrado em Lehigh e New Jersey. Este material foi usado como cimento natural: quando havia deficiência de cal, corrigia-se a falha com a adição de pequena proporção de calcário. Além de matérias-primas naturais, algumas fábricas usam produtos artificiais, como a escória de alto-forno ou o carbonato de cálcio precipitado como subproduto na indústria de álcalis e na de sulfato de amônio sintético.

Operações Unitárias: As matérias, primas, nas proporções necessárias e no estado físico apropriado de cominação, para que as conversões químicas possuam ocorrer na temperatura de calcinação reinante no forno. Os óxidos alcalinos não alteram as propriedades do cimento em virtude da semelhança de propriedades dos compostos formados com eles e dos compostos semelhantes que não os contém.

Procedimento de Fabricação: Processo Úmido e Seco, em ambos os processos a moagem em circuito fechado, e preferida à moagem em circuito aberto para a preparação das matérias-primas, pois os finos são separados e os grossos retornam ao circuito, enquanto no ultimo a matéria-prima é continuamente cominada até que sua granulometria tenha atingido o detalhes dos circuitos reais de moagem, com as necessidades de potência. O processo a úmido, embora o primitivo esta sendo deslocado pelo processo a seco, especialmente nas novas usinas, em virtude da economia de calor do controle acurado e da misturação da matéria-prima que ele proporciona. No final de 1973 as fabrica com processo a seco respodiam pó 50% da capacidade total de produção de cimento. No processo a úmido, é produzido a um estado de divisão fina em moinhos tubulares, e passa na forma de uma suspensão, por classificadores de cuba ou por peneiras, onde são bobeados para tanques corretores mantendo a mistura da lama grossa homogênea, e podem ser lançadas no forno. O processo a seco é aplicável à rocha de cimento natural e a mistura de calcário e argila, os materiais são passados por moinhos ou a martelos, são secados e classificados como finamente em moinhos tubulares e depois pneumaticamente. Antes de ir ao forno é feito uma misturação pneumática, este material seco, pulverizado, entra diretamente no forno rotatório, onde acontece as reações químicas. Os fornos no processo a seco, podem ter 946M) e no úmido (91 A 182m), esses fornos giram entre 0.5 a 2 rpm, eles são ligeiramente inclinados, para o material que entra pela extremidade superior avança lentamente para a extremidade de queima, + ou – 1 a 3 h no percurso, para ter maior economia de calor parte da água é removida da lama do processo a úmido. Os métodos estão adotados aos filtros de lama e espessadores Dorr. A poluição é controlada nos fornos de cimento eles devem conter os filtros de saco e precipitadores eletrostáticos. Em virtude de o revestimento do forno tem que resistir a uma abrasão severa ao ataque químico em temperaturas elevadas, na zona de formação do clínquer, a escolha do refratário é uma questão difícil. Por esta razão são usados tijolos de alta alumina e de alta magnésia. O produto final sai o forno como massas granulares duras, com (3 a 9 mm) denominada clínquer. O clínquer é descarregado do forno em arrefecedores pneumáticos, que abaixam rapidamente a temperatura até uns 100 ou 200º. A pulverização, seguida pela moagem fina em moinhos tubulares de bolas e pelo ensacamento automático completa o processo. Durante a moagem fina, adiciona-se, diversos agentes retardadores, como gesso ou lignossulfonato de cálcio: carregadores de ar, dispersores, impermeabilizadores.

Os químicos do cimento representam cada óxido por uma letra:

CaO = C, SiO₂ = S, Al₂O₃ = A, Fe₂O₃ = F

Os silicatos dos cimentos não são compostos puros, mas contêm óxidos secundários, em pequenos teores, em solução sólida.

Além dos compostos principais, existem compostos secundários, como MgO, TiO₂, MnO₂, K₂O e Na₂O, eles não chegam a mais do que uma pequena porcentagem da massa do cimento. Dois compostos secundários apresentam particular interesse: os óxidos de sódio e potássio, Na₂O e K₂O, conhecidos como os álcalis (embora existam outros álcalis no cimento). Descobriu-se que eles reagem com alguns agregados, de modo que os produtos dessa reação provocam a desintegração do cimento e também constatou-se que eles influenciam a velocidade de aumento de resistência do cimento.

O processo escolhido para uma determinada fábrica de cimento Portland é usualmente adaptado às matérias-primas locais e às condições de trabalho regionais. As matérias-primas podem ser escolhidas de vários minérios; porém de um modo geral a escolha é feita em função do calcário existente e as complementações, geralmente a argila, são escolhidas dependendo da composição química do calcário.

TIPOS DE PROCESSO

Dois são os processos comumente empregados na fabricação do cimento tipo portland comum: via úmida e via seca – ambos operando em sistema contínuo.

Via Úmida

O calcário é extraído por detonação, britado, geralmente em dois britadores com tamanhos decrescentes, e depois levado para um moinho de bolas com a argila dispersa em água. Nesse moinho, se completa a trituração do calcário (até a finura da farinha) e a pasta resultante é bombeada para tanques de armazenamento, onde depois passa por um forno rotativo (grande cilindro de aço revestido com material refratário, girando lentamente em torno de um eixo inclinado em relação à horizontal). A pasta é conduzida para a extremidade mais alta enquanto carvão pulverizado é levado por ar soprado na extremidade inferior do forno, onde a temperatura atinge até cerca de 1450ºC. Também são usados óleo ou gás natural.

A pasta no seu movimento forno abaixo, encontra temperaturas progressivamente mais elevadas. Inicialmente, a água é eliminada e o CO2 liberado, em seguida, o material seco sofre uma série de reações químicas até que, na parte mais quente do forno , 20 a 30% do material se funde e o calcário, a alumina e a sílica se recombinam. A massa se funde em pelotas com diâmetro entre 3mm e 25mm, conhecidas como clínquer. O clínquer cai em resfriadores, que podem ser de diversos tipos e, em muitas instalações, com troca de calor, com o ar que vai ser em seguida usado para a combustão de carvão pulverizado. O forno deve ser operado ininterruptamente para assegurar um regime contínuo e, portanto, a uniformidade do clínquer, bem como para reduzir a deterioração do revestimento refratário. a chama pode atingir temperaturas de até 1650ºC.

Na saída do forno, o clínquer é resfriado. O clínquer frio, que é caracteristicamente preto, brilhante e duro, é moído conjuntamente com gesso para evitar a pega instantânea do cimento. A moagem é feita em moinho de bolas constituído por vários compartimentos com bolas de aço progressivamente menores. O cimento descarregado do moinho passa por um separador, sendo as partículas menores removidas para o armazenamento por fluxo de ar, retornando-se as maiores ao moinho. Usam-se pequenas quantidades de agentes de moagem como etileno-glicol ou propileno-glicol. O cimento está pronto para ser transportado a granel desde que moído satisfatoriamente, quando tenha cerca de 1,1.1012 partículas por kg.

( O calcário e a argila após passarem separadamente pelas unidades preliminares de moagem, são levados a uma outra seção de moagem, onde a adição de água à mistura causa a diminuição do tamanho das partículas. A lama formada é conduzida aos espessadores, e depois armazenados convenientemente. No decorrer da operações, são feitas correções na mistura, antes de ser introduzida no forno rotativo (1300 a 1500º), que atinge 210m de comprimento e 7,5m de diâmetro. ao produto que sai do forno e que é denominado clínquer, adiciona-se o gesso e mói-se suficientemente, até ser atingido um grau granulométrico, que é específico para cada país. Em geral, a média é de cerca de 5% retidos na peneira de 170 mesh ASTM (mesh é o número de aberturas existentes entre os fios de uma malha, sendo uma polegada a distância entre os centros dos fios; cada 5 mesh correspondem a 4mm; e o restante até 300 mesh. O altíssimo custo da moagem, principalmente na etapa final, acarreta um encarecimento no produto acabado. O diâmetro da partícula de clínquer é, em média, 0,32 a 1,91mm).

Via Seca

As matérias-primas (calcário e argila) são fragmentadas e conduzidas nas proporções adequadas a um moinho, no qual são secas e moídas até um pó bem fino. O pó seco, denominado farinha crua, é bombeado para um silo de mistura onde se faz o ajustamento final nas proporções requeridas para a fabricação do cimento.

A farinha crua, que tem uma umidade cerca de 0,2% passa através de um pre-aquecedor, onde é aquecida até cerca de 800ºC antes de ser introduzida no forno rotativo. Como a farinha crua não contem umidade para ser retirada, por já ter sido pré-aquecida, o forno pode ser mais curto do que no processo via úmida. O pré-aquecimento usa os gases que saem do forno. A farinha crua é introduzida diretamente no forno.

A partir da entrada no forno rotativo, o processo via seca e via úmida são iguais.

O processo a úmido, embora o primitivo, está sendo deslocado pelo processo a seco principalmente nas novas usinas, em virtude da economia de calor, do controle acurado e da misturação da matéria-prima que ele proporciona.

(As etapas são as mesmas do processo anterior, salvo quanto à adição de água. Após anos de emprego nos E.U.A., o processo vem sendo substituído, devido à implantação de novas técnicas de controle e moagem. No entanto, o menor consumo de combustível ainda o faz utilizado em outros países. A escolha do processo, via seca ou via úmida, depende de uma série de fatores, que , reunidos, representam maior economia. No processo via úmida, onde é maior o consumo de combustível a fim de se evaporar a água, o balanço térmico-econômico do sistema tem sido melhorado pela redução do teor de água na lama (de 35 a 45% para 20 a 30%), pelo aproveitamento do calor tanto dos gases de saída, quanto do clínquer, e pelas dimensões do forno.

TIPOS DE CIMENTO

Tipo I: Cimentos portland comuns que constituem o produto usual para construções de concreto.

Tipo II: Cimentos Portland com baixo calor de endurecimento e resistentes ao sulfato, onde necessita pequeno calor de hidratação.

Tipo III: Cimento de alta resistência inicial, tem a razão cal / sílica aumentada e granulometria mais fina, isso provoca um endurecimento mais rápido.

Tipo IV: Cimentos portland de baixo calor de hidratação, com percentagem menor de C3S e de aluminato tricalcio ( C3A ), o que diminui o desprendimento de calor.

Tipo V: cimentos portland resistentes aos sulfatos são os que, pela sua composição ou processamento, resistem melhor aos sulfatos que os outros quatro tipos. O tipo V é adotado quando se precisa de uma grande resistência aos sulfatos..

Areadores: O emprego de agentes de arraste de ar é importante. Eles aumentam a resistência do concreto, contra o congelamento e o descongelamento alternados, e o uso de fundentes de gelo. Cimentos de argamassa são cimento portland, calcário e agentes aeradores moidos , contendo cal extinta, terra de diatomáceas estearato de cálcio, e petróleo ou de argilas coloidais.

Cimento pozolana : os italianos empregavam desde a era cristã, sendo que se obtiam pela moagem de 2 a 4 partes de pozalona com 1 parte de cal hidrata, a pozalona não é um material cimentífero.

Cimento a alta alumina: cimento de aluminato de cálcio, que é a fusão de mistura de calcário e bauxita, contendo óxido de ferro, sílica, magnésia e outras impurezas, é caracterizado por taxa rápida de endurecimento e a resistência superior à água do mar.

Cimento e argamassa especiais são resistentes a corrosão, são usados na fabricação de revestimento, para o equipamento químico, como os reatores de tijolos, tanques de armazenamentos, torres de absorção, canais de fumaça e chaminés.

A Permanente Cement e a Medusa, no mercado já tem um cimento controlado, que não se contrai nem fendia durante a pega. A o cimento pode rachar e ser completamente eliminada pela combinação de 10 a 20% de sulfoaluminato de cálcio, com o cimento portland.

COMPOSTOS DO CIMENTO

Os cimentos portland contém uma mistura de compostos em quantidades que dependem, em parte, do grau de equilíbrio atingido durante a queima, originando uma média de 102 cimentos comuns .

Grosseiramente a composição do cimento portland se aproxima do sistema CaO – SiO2 e, dos sistemas CaO – SiO2 – Al2O3, CaO-SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 .

Conhecendo as relações de equilíbrio na região de alto teor de cal dos sistemas envolvidos de dois até cinco componentes proporciona o entendimento completo do cimento portland .

Em 1946,parte do sistema a cinco componentes, CaO – MgO – Al2O3 – Fe2O3 –SiO2, foi estudada por Swayzer .

Pode – se observar, nas composições dos cimentos comuns, uma modificação na percentagem de CaO, de 61,17 para 66,92, altera a percentagem de C3S, de 35,3 para 70,6 e a do C2S, de 0 para 33,2 .