Aula 3 - Asfalto e Cimento
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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
AGLOMERANTES: MATERIAIS BETUMINOSOS E CIMENTO
Prof.ª Camila Vieira
Curso de Arquitetura e Urbanismo
• Definição
• Características
• Histórico
• Propriedades
• Classificação
• Principais aplicações
MATERIAIS BETUMINOSOS
DEFINIÇÃO
Betume é um aglomerante orgânico, sólido, semi-sólido ou líquido, que pode ocorrer na natureza ou ser
obtido por processo industrial.
Fontes de betume
• Rochas asfálticas: rochas sedimentares impregnadas com 10%
a 30% de asfalto;
• Asfaltos naturais: lagos ou depósitos de asfalto;
• A partir de óleos solventes removidos do petróleo cru, por
destilação ou evaporação, obtém-se o asfalto (fonte mais
utilizada hoje em dia).
CARACTERÍSTICAS
São adesivos e aglomerantes que dispensam o uso da água. Possuem uma viscosidade e certa rigidez
à temperatura ordinária, podem aglutinar e fazer aderir agregados formando argamassas e
concretos.
São hidrófugos, isto é, repelem a água. Isto
possibilita seu emprego em impermeabilização,
mas exigem agregados secos para garantirem a
aderência.
São sensíveis à temperatura, sendo facilmente fundidos e solidificados.
São termoplásticos, ou seja, não possuem ponto de fusão, amolecendo em temperaturas variadas.
• Vantagem: tornam-se ligantes simplesmente
aumentado a temperatura.
• Desvantagem: limita sua utilização em locais
com grande variação térmica.
CARACTERÍSTICAS
• São quimicamente inertes (inócuos), isto é, não interagem quimicamente com os agregados minerais
que lhe são adicionados como material de enchimento em diversas aplicações;
• São recicláveis, isto é, podem ser reaproveitados após o uso;
• Têm ductilidade variável e que pode ser afetada por exposição direta à luz solar;
• São materiais duráveis;
• Podem ser obtidos em grande quantidade por um preço relativamente barato.
CARACTERÍSTICAS
HISTÓRICO
O betume é um dos mais antigos materiais usados pelo homem, com utilização registrada por volta de
3000 a.C
Preparação das múmias: materiais de
base asfálticas eram predominantes.
Primeiras estradas na França, EUA e
Inglaterra – Século XIX.
Utilizadas em embarcações fenícias e na
construção de pirâmides.
HISTÓRICO
Civilizações asiáticas Romanos
Material cimentante em alvenarias,
colagem de objetos, impermeabilização
de pisos sagrados. Impermeabilização de piscinas.
PROPRIEDADES
Dureza
Um betuminoso muito duro, provavelmente terá pouca ductilidade e pode trincar sob baixas
temperaturas. Se for de baixa dureza, provavelmente, escorrerá em clima quente. Essa característica
é decisiva na fabricação ou uso de materiais betuminosos para impermeabilização.
Ponto de amolecimento
É uma temperatura de referência para preparo ou utilização dos betuminosos. Em geral, se situa na
faixa de 36ºC a 62ºC e acompanha a progressão da dureza.
Viscosidade
Chama-se viscosidade à resistência posta por um fluido à
deformação sob a ação de uma força. Como o ponto de
amolecimento, é propriedade de interesse à fabricação e aplicação
dos betuminosos.
Ductilidade
É uma propriedade relacionada à capacidade de deformação sem
fissuras.
PROPRIEDADES
Ponto de fulgor
• É importante para o manuseio dos betuminosos, porque logo acima do ponto de fulgor há o ponto
de combustão e, portanto, o perigo do material inflamar.
• No ponto de fulgor, os gases desprendidos do material e adjacentes à superfície se inflamam,
mesmo que seja temporariamente.
• Para segurança dos operários envolvidos na aplicação de materiais betuminosos, é recomendado
que a temperatura de aplicação seja sempre bem inferior à temperatura do ponto de Fulgor,
tendo como ordem de limite inferior 20ºC abaixo da referida temperatura.
PROPRIEDADES
CLASSIFICAÇÃO
Asfaltos – Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
Aglutinante betuminoso obtido pela refinação de petróleo, com características termoplásticas e
consistência variando de firme a duro.
Os CAP necessitam de aquecimento para
liquefazerem e permitirem operações de
mistura (concreto asfáltico), impregnação
(macadames) ou espalhamento.
Asfaltos – Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
CLASSIFICAÇÃO
• Muito utilizados em revestimentos viários;
• São aplicados como material aglomerante em concretos asfálticos e como matéria-prima dos mais
diversos produtos para impermeabilização e pavimentação;
• Atualmente, os CAP mais usados em impermeabilização são os CAP com dureza 85-100, 50-60 e
30-40, todos com ponto de amolecimento na faixa de 40-50ºC.
Asfaltos – Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
CLASSIFICAÇÃO
• A maioria das rodovias no Brasil são de revestimentos
asfálticos;
• ƒO CAP representa de 25 a 40% do custo da construção
do revestimento;
• ƒQuase sempre é o único elemento industrializado usado
nas camadas do pavimento;
• ƒEntre as razões da deterioração prematura de alguns
pavimentos, pode estar o uso de materiais inadequados
ou inutilizados no processo de construção (efeitos
térmicos, p. ex.).
Asfaltos modificados por polímeros
• Propriedades superiores aos CAP: menos sensibilidade à temperatura ambiente, maior
flexibilidade, trabalhabilidade e coesão;
• Em pavimentação são utilizados em situações extremas de magnitude, volume de tráfego e
condições ambientais;
CLASSIFICAÇÃO
Amostra de borracha moída
padrão de incorporação do asfalto
Amostra de Polímero SBS
(estireno, butileno, estireno)
Asfaltos líquidos
A Imprimação consiste na aplicação de uma camada de material betuminoso sobre a superfície de uma
base concluída, antes da execução de um revestimento betuminoso qualquer, objetivando:
• Aumentar a coesão da superfície da base, pela penetração do material betuminoso empregado;
• Impermeabilizar a base;
• Promover condições de aderência entre a base e o revestimento.
CLASSIFICAÇÃO
• A fase semi-sólida encontra-se dissolvida em óleos de grau de
volatilidade variado, conforme a cura (evaporação do solvente);
• Utilizados como imprimação de bases granulares de pavimentos.
Emulsões asfálticas
Aplicação de emulsão asfáltica sobre brita graduada
CLASSIFICAÇÃO
Misturas homogêneas de cimento asfáltico e
água com pequena quantidade de um agente
emulsificador, apresentando partículas
carregadas eletricamente ou neutras;
Facilidade e flexibilidade de aplicação em
temperatura ambiente, o que viabiliza a
aplicação do asfalto a frio;
Utilizados em substituição ou complemento ao
CAP.
Piches
CLASSIFICAÇÃO
• São asfaltos oxidados;
• Utilizados em serviços de impermeabilização devido à sua elevada viscosidade - pisos, degraus,
telhados, coberturas; selagem de juntas; fabricação de blocos para isolamento acústico.
Alcatrões
CLASSIFICAÇÃO
• Destilação de combustíveis sólidos originários de matéria
orgânica, madeira, carvão e turfa;
• Encontram emprego em misturas com outros polímeros ou fibras,
para uso como mastique (material de calafetação) ou material
de enchimento de juntas em saneamento, com excelente
resistência a agentes agressivos;
• Altas concentrações de hidrocarbonetos cancerígenos;
• Praticamente fora de uso.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Pavimentação de rodovias
Concretos asfálticos a frio Empregado em emulsões asfáslticas
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Pavimentação de rodovias
Concreto asfáltico usinado
a Quente - CAUQ (ou
CBUQ)
Mistura de pedras britadas, areia, material de enchimento,
CAP ou asfaltos modificados por polímeros;
Os materiais são aquecidos e misturados em usinas;
Após a redução da temperatura adquire resistência e
durabilidade compatíveis com seu emprego como camada
de rolamento e base de pavimento;
Impermeabilização
Mantas asfálticas
• São produtos à base de asfalto modificados com ou sem
armadura (véu ou tecido de reforço), impermeáveis,
fabricados em rolos, obtidos por calandragem, extensão ou
outros processos, destinados à impermeabilização.
• Podem ser aplicadas de forma aderida ou não ao substrato
(conforme a natureza das movimentações previstas para a
obra e características da manta).
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Mantas asfálticas
As mantas possuem armaduras diversas (véu de fibra de vidro, polietileno, lâminas metálicas, filme de
polietileno externo, para evitar pegajosidade da manta enrolada) e acabamentos especiais para
proteção solar (escamas de ardósia ou lâmina de alumínio, em locais não transitáveis), bem como
resistência elevada para resistirem à penetração de raízes de árvores e outras solicitações
desfavoráveis.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Impermeabilização
Membranas asfálticas
São sistemas impermeabilizantes, moldados "in loco", com ou sem armadura e que têm o asfalto como
material impermeabilizante básico.
Podem ser feitas com asfaltos oxidados, soluções ou
emulsões asfálticas, sendo as duas últimas mais
utilizadas, pela facilidade de aplicação.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Membranas asfálticas
A absorção de água é maior nas membranas de emulsão asfáltica do que nas membranas de CAP.
A porosidade remanescente na membrana de emulsão, pela evaporação da água, é mais interligada
do que a remanescente em uma membrana de solução asfáltica ou de CAP endurecidos.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Membranas asfálticas
O local de aplicação pode
restringir o uso de um tipo de
membrana.
Em reservatórios de água o contato permanente com a água
pode reemulsionar a emulsão da membrana.
A solução asfáltica pode liberar voláteis nocivos ou a sua
concentração, pode causar incêndio, dependendo das
características de ventilação do reservatório
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
• Definição
• Constituintes
• Propriedades Físicas
• Propriedades Químicas
• Propriedades Mecânicas
• Classificação
CIMENTO PORTLAND
DEFINIÇÃO
Cimento Portland é o produto obtido pela pulverização do clinker constituído essencialmente de silicatos
hidráulicos de cálcio, com uma certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente,
adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego.
Clinker é um produto de natureza granulosa,
resultante da calcinação de uma mistura
daqueles materiais, conduzida até a
temperatura de sua fusão incipiente.
CONSTITUINTES
Os constituintes fundamentais são:
• Cal (CaO)
• Sílica (SiO2)
• Alumina (Al2O3)
• Óxido de ferro (Fe2O3)
• Certa proporção de magnésia (MgO)
• Pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3)
95 a 96% do total de óxidos
Constituinte
fundamental
Origem % Papel desempenhado
CaO Calcário 60 a 67 • Principal componente
• Cal combinada: resistência mecânica
Sílica Argilas 15 a 17 • Combina com a cal resultando em
compostos mais importantes
Alumina Argilas 3 a 8 • Fundente, acelera pega e
reduz resistência a sulfatos
Óxido de ferro Argilas 0.5 a 6 • Fundente
Anidrido sulfúrico Gispsita 3 • Retardar a pega
Magnésia Calcário ou
Argila
0.1 a 6 • Não combinada é prejudicial
Álcalis (óxidos de
sódio e de potássio)
Calcário ou
Argila
0.5 a 1.3 • Fundentes e retardatores de pega
CONSTITUINTES
PROPRIEDADES FÍSICAS
Aspectos
Produto em pó: condição natural
Mistura de cimento e água: pasta
Mistura de pasta e agregado: argamassa
PROPRIEDADES FÍSICAS
Propriedades Físicas
Densidade
Finura
Tempo de pega
Resistência
Exsudação
Finura
• Relacionada com o tamanho dos seus grãos;
• Governa a velocidade de reação do cimento e influi em outras qualidades;
• Pode ser determinada durante o processo de fabricação, e também em
ensaios de recepção.
NBR 11579
Tamanho máximo dos grãos
Superfície específica dos grãos
Avaliação
PROPRIEDADES FÍSICAS
Finura
PROPRIEDADES FÍSICAS
Aumento da finura
• Melhora a resistência, principalmente nas 1ª idades
• Diminui a exsudação e outros tipos de segregação
• Aumenta a impermeabilidade
• Aumenta a trabalhabilidade
• Aumenta a coesão dos concretos
• Diminui a expansão em autoclave
PROPRIEDADES FÍSICAS
Finura
A exsudação é a separação espontânea da água da mistura, que naturalmente aflora devido à
diferença de densidade entre o cimento e a água e, também, pelo grau de permeabilidade da
pasta.
Conduz a uma heterogeneidade indesejável.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Finura
A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos,
antes do início da pega, e é medida pelo valor de resistência do cisalhamento.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Tempo de pega
Evolução das propriedades físicas da pasta em consequência do
processo químico de hidratação
Inicia no momento em que a pasta adquire certa consistência que a
torna imprópria para um trabalho
PROPRIEDADES FÍSICAS
Tempo de pega
Processo de hidratação
Aglutinação dos grãos de cimento em suspensão
Floculação
Formação de um esqueleto sólido
Estabilidade da estrutura geral
Endurecimento responsável pelas qualidades mecânicas
A pega é a primeira fase do processo de hidratação, sendo o endurecimento a segunda.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Caracterização determinar o tempo de início e fim da pega
Importância tempo de aplicação do material (argamassas e concretos).
Cimento composto
Início: no mínimo 1 hora
Fim: no máximo 10 horas
Tempo de pega
PROPRIEDADES FÍSICAS
Tempo de pega
Os ensaios são feitos com o aparelho de Vicat, que mede a resistência à penetração de uma agulha
na pasta de cimento.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Pasta de cimento
Quando se deseja acelerar ou retardar o tempo de pega usa-se aditivos químicos.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Resistência
Determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa.
Os corpos-de-prova são cilindros de 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Propriedades Químicas
Estabilidade de volume
Calor de hidratação
Resistência aos agentes agressivos
Reação álcali-agregado
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Estabilidade de volume
Ligada a expansões volumétricas indesejáveis que possam ocorrer após o endurecimento, sendo
resultado da hidratação da cal e da magnésia livres e expansão do C3A.
A presença de CaO livre resulta de temperaturas superiores a 900°C durante a fabricação do
clínquer, sendo resultante de excesso deste composto ou falta de controle durante o processo de
fabricação.
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Calor de hidratação
É importante o estudo do desenvolvimento do calor
durante a hidratação do cimento em obras de
grande volume de concreto.
A elevação de temperatura pode levar a fissuras de
contração ao ocorrer o resfriamento da massa de
concreto.
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Resistência aos agentes agressivos
O concreto e as argamassas podem estar em contato com água, solo ou ar contendo elementos
nocivos ao cimento.
• águas puras dissolvendo o hidróxido de cálcio;
• águas ácidas atacando a cal, enfraquecendo o cimento;
• água do mar: o sulfato cálcio reage com o aluminato e o
cloreto de sódio aumenta a solubilidade da cal.
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Reação álcali agregado
• É uma reação envolvendo os álcalis do cimento e sílica hidratada presente em alguns agregados;
• Esta reação resulta em produtos gelatinosos com aumento de volume, trazendo fissuras e grande
risco para a durabilidade do concreto.
Barragem Fundação
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
A resistência mecânica do cimento pode ser traduzida pela resistência à compressão, obtida pela
ruptura de corpos de prova de argamassa.
Varia com a forma e dimensões do corpo-de-prova, o traço da argamassa, a consistência da
argamassa e o tipo de areia.
No Brasil é adotado o corpo-de-prova em forma cilíndrica com 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura.
O traço da argamassa é de 1:3 em massa, com a quantidade de água também determinado em
norma técnica (150 ml para 312 g de cimento).
Os corpos-de-prova ficam 24 h nos moldes, em
câmara úmida, após são desmoldados e imersos
em água até a idade de rompimento. Esta pode
ser: 1 dia; 3 dias; 7 dias; 14 dias; 28 dias. A
idade de referência para os cimentos é de 28
dias.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
CLASSIFICAÇÃO
Hoje o cimento portland é normalizado e existem onze tipos no mercado:
• CP I – Cimento portland comum
• CP I-S – Cimento portland comum com adição
• CP II-E– Cimento portland composto com escória
• CP II-Z – Cimento portland composto com pozolana
• CP II-F – Cimento portland composto com fíler
• CP III – Cimento portland de alto-forno
• CP IV – Cimento portland Pozolânico
• CP V-ARI – Cimento portland de alta resistência inicial
• RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos
• BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação
• CPB – Cimento Portland Branco
CLASSIFICAÇÃO
Cimento Portland comum (CP-I)
O CP-I, é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não
requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição à águas
subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos.
A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos
de cimento Portland).
O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento.
A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.
CLASSIFICAÇÃO
Cimento portland composto com escória (CP II-E)
Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica
(clínquer+gesso), a adição de outro material.
O CP II-E, contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de
baixo calor de hidratação.
O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente
lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578
CLASSIFICAÇÃO
Cimento portland composto com pozolana (CP II-Z)
O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere
ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com
presença de água, inclusive marítimas.
CLASSIFICAÇÃO
Cimento portland de alto-forno (CP III)
O cimento portland de alto-forno contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que
lhe confere propriedades como: baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade.
Recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de
máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos,
esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de
estradas, pistas de aeroportos, etc) como também para aplicação geral em argamassas de
assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc.
CLASSIFICAÇÃO
Cimento portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)
O CP V-ARI assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material
carbonático).
O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se
comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção
confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades,
podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o
seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma
brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.
FIM DA AULA