Relatório - Cimento Portland PDF

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Relatório sobre Cimento Portland...

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Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil e Ambiental

Nome - Matrícula

Relatório da Prática de Laboratório 05 Cimento Portland

Brasília Mês, Ano

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Nome - Matrícula

Relatório da Prática de Laboratório 05 Cimento Portland Relatório técnico apresentado para critério de avaliação da disciplina Materiais de Construção Civil 1 – Experimental do Curso de Engenharia Civil da Universidade de Brasília. Prof XXX

Brasília Mês, Ano

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Resumo Esse relatório apresenta o estudo de corpos-de-prova de cimento, conforme as normas técnicas NBR 7215:1996, NBR 11578:1991, NBR MB-3432:1991, NBR NM 43:2002 e NBR NM 65:2003, da Associação Brasileira de Normas Técnicas. Ele tem como objetivo relatar as três práticas que foram realizadas durante a aula: a determinação da resistência a compressão do cimento, a determinação do índice de finura por meio da peneira 75 μm e a determinação da pasta de consistência normal e do tempo de pega dos cimentos estudados. Primeiramente, é feita uma breve introdução sobre o material em estudo. Em seguida, apresentam-se os objetivos das práticas realizadas, como elas foram realizadas, seus resultados e sua análise. Para finalizar, uma conclusão é feita com base nos resultados, onde o lote vai ser aceito ou rejeitado conforme as referidas normas.

Palavras-chave: Relatório técnico. Cimento Portland. Compressão. Tempo de Pega. Finura. NBR 7480. NBR 6892-1. ABNT.

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Sumário 1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................4 2. DESENVOLVIMENTO...........................................................................................6 2.1. OBJETIVO.......................................................................................................6 2.2. PRÁTICA 1 – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CIMENTO.........................................................................................................6 2.2.1. APARELHAGEM E INSTRUMENTAÇÃO.............................................6 2.2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS..................................................6 2.2.3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS..............................7 2.3. PRÁTICA 2 – DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE FINURA POR MEIO DA PENEIRA 75 μm ..............................................................................................8 2.3.1. APARELHAGEM E INSTRUMENTAÇÃO.............................................8 2.3.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS..................................................8 2.3.3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS..............................9 2.4. PRÁTICA 3 – DETERMINAÇÃO DA PASTA DE CONSISTÊNCIA NORMAL E DO TEMPO DE PEGA..................................................................................9 2.4.1. APARELHAGEM E INSTRUMENTAÇÃO.............................................9 2.4.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS..................................................9 2.4.3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS............................10 3. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES...............................................................12 REFERENCIAS..........................................................................................................13 APÊNDICE.................................................................................................................14

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1. Introdução O Cimento Portland é definido como um aglomerante hidráulico. Para ser considerado um aglomerante, o material precisa apresentar propriedades ligantes. Por isso, eles são muito utilizados na construção civil para unir materiais como areia, pedras, blocos e tijolos. Os aglomerantes podem ser de dois tipos: de ação física ou química. Os de ação física são capazes de endurecer por simples secagem, enquanto que os de ação química endurecem, como o nome já sugere, por meio de reações químicas. Esses últimos ainda podem ser divididos em mais duas categorias: aéreos ou hidráulicos. Essa classificação leva em consideração as condições necessárias para a secagem e a manutenção das propriedades após a secagem. Os aéreos endurecem por meio de reações de hidratação e de ação química do CO2 e, após ocorrido esse endurecimento, não resistem satisfatoriamente quando submetidos à ação de água, mas conservam suas propriedades em presença do ar atmosférico. Já os hidráulicos endurecem apenas pela reação com a água. Logo, não necessitam do CO 2 e endurecem mesmo quando submersos em água. Após endurecido, esse tipo de aglomerante resiste satisfatoriamente à ação da água. Como dito previamente, esse é o caso do Cimento Portland. Após a água, o cimento é o material mais utilizado pelo homem. Esse fato ocorre por conta do cimento ser a matéria-prima básica para o concreto, e este se desenvolveu espantosamente nos últimos anos, chegando ao ponto de, em menos de um século, alcançar o domínio absoluto do mercado mundial. Isso pode ser explicado por vários fatores. Primeiramente, o concreto se adapta a qualquer tipo de forma e possui uma fácil execução, o que fornece total liberdade à concepção arquitetônica, estrutural e de método construtivo (fato que não é verdade para nenhum outro material). Além disso, ele é mais barato que o aço (previamente utilizado) na maioria dos casos, só perdendo em casos de vãos excessivamente grandes, casos de estruturas em que os problemas relativos a montagem sejam dimensionantes ou em casos de estruturas provisórias. Ele também apresenta conservação e manutenção praticamente nulas, associadas a uma grande durabilidade e resistência a efeitos atmosféricos, térmicos e a desgastes mecânicos. Por último, o concreto é uma excelente opção para se obter, de modo direto e sem necessidade de ligações futuras, uma estrutura hiperestática e monolítica, apresentando, assim, maiores reservas de segurança. O cimento Portland é formado basicamente de silicatos de cálcio hidratados. Logo, suas matérias-primas devem conter sílica e cálcio em proporções e formas adequadas. Para se obter o cálcio, são utilizados materiais de carbonato de cálcio. A pedra calcária, giz, mármore e conchas do mar são as fontes industriais mais utilizadas por ocorrerem naturalmente na natureza. Para a obtenção da sílica, usase argilas e xistos argilosos. As argilas possuem também Al 2O3 (alumina), podendo também conter álcalis e óxidos de ferro. A presença desses compostos ajuda na formação de silicatos de cálcio a temperaturas consideravelmente mais baixas do que quando comparadas a mesma mistura sem a presença deles. Logo, quando as matérias-primas principais não possuem quantidades suficientes de alumina e óxidos de ferro, a mistura é corrigida adicionando-os propositalmente por meio da

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adição de bauxita e de minério de ferro. Como resultado, o produto final contém, além dos silicatos de cálcio, aluminatos e ferroaluminatos de cálcio. O início da fabricação do cimento Portland se dá com a extração do calcário na pedreira. Este é britado e recebe a adição da argila e, se necessário, do minério de ferro. Em seguida, esses três compostos seguem para o moinho de bolas, onde são moídos e misturados, formando a farinha crua. Esta é estocada em silos, para garantir que sempre haja material para ser queimado. Essa farinha segue, então, para o pré-aquecimento e, depois, para o forno rotativo. Aqui ocorre a calcinação, a temperaturas elevadíssimas (aproximadamente 1450 oC) e a formação do clínquer. Assim que sai do forno o clínquer é submetido a um resfriamento brusco, o que o deixa extremamente reativo e garante, assim, suas propriedades aglomerantes. Depois disso, sulfato de cálcio é adicionado a mistura, na forma de gesso ou gipsita, para controlar as reações de início e fim de pega do cimento. Aqui também ocorre a adição de adições minerais e a mistura é novamente moída até que o material atinja a finura deseja. Por fim, temos a estocagem e a expedição do cimento. O tipo de cimento Portland fabricado é determinado pelas adições minerais que são introduzidas na fase final de fabricação. A tabela abaixo mostra e detalha cada um desses tipos:

Tabela 1 – Tipos de Cimento Portland

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2. Desenvolvimento 2.1 Objetivo O objetivo desse ensaio é verificar se os corpos-de-prova testados estão de acordo com as normas. Primeiramente a resistência à compressão do cimento será calculada e comparada com os limites da norma. Depois, determinaremos o índice de finura do cimento testado. Além disso, também será encontrada a porcentagem de água ideal para se realizar os testes de tempo de inicio e fim de pega, e seus resultados também serão comparados com os limites da norma.

2.2 Prática 1 – Determinação da resistência à compressão do cimento 2.2.1 Aparelhagem e instrumentação Para a realização dessa prática, segundo a norma, precisa-se de uma balança (foi utilizada uma balança com precisão de 0,1g), de um misturador mecânico, de quatro moldes cilíndricos com 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura (na aula foram utilizados 6 moldes), de um soquete e de uma máquina que seja capaz que aplicar uma força de compressão no corpo-de-prova em estudo. Para o preparo da argamassa, necessita-se de uma areia normatizada (nesse ensaio não utilizamos a areia normatizada por conta do seu custo; foi utilizada uma areia local com a mesma granulometria da normatizada), de água e do cimento em estudo.

2.2.2 Procedimentos experimentais Primeiramente, precisamos pesar as quantidades exatas de material que serão utilizadas no preparo da argamassa. A norma estabelece as seguintes quantidades:

Tabela 2 – Quantidades de materiais normatizados

Depois, preparamos a argamassa que será utilizada no teste. Inicialmente, colocamos toda a água e o cimento na cuba e misturamos com o misturador mecânico por 30 segundos. Essa mistura foi realizada as 9 da manha. Após decorrido esse tempo, adicionamos as areias com o misturador ainda ligado; esse processo deve durar também 30 segundos e deve ser realizado com cuidado para

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que não haja perda de material. Em seguida, colocamos o misturador na velocidade alta e misturamos por mais 30 segundos. Assim que esse tempo acabar, desligamos o misturador e temos 15 segundos para retirar com uma espátula o material que ficou aderido às paredes da cuba e à espátula e deixamos a mistura em repouso, coberta por um pano úmido para evitar a perda de água, por mais 1 minuto e 15 segundos. Depois disso, religamos o misturador em velocidade alta por mais 1 minuto. Agora, com a argamassa pronta, precisamos montar os moldes. Primeiramente os seis moldes foram untados com óleo para facilitar a retirada dos mesmos posteriormente. Em seguida, cada molde é preenchido em quatro camadas, cada uma recebendo 30 golpes uniformes e distribuídos homogeneamente sobre a superfície. Ao final das quatro camadas a superfície é uniformizada com a ajuda da espátula. Os moldes são levados para uma câmara úmida, local onde permanecerão por 24 horas. Depois disso eles são desenformados e submersos em água saturada de cal por mais 6 dias. No sétimo dia esses moldes são retirados da água e capeados, para que a força aplicada seja distribuída uniformemente por toda a superfície. Em seguida, eles são levados à máquina de ensaio de compressão e cada um é carregado até o seu rompimento.

2.2.3 Apresentação e Análise dos Resultados -

Cimento testado: CP II F 40

Corpo de Prova Massa (g) Diâmetro (mm) Altura (mm) Volume (mm3) Densidade (kg/m3) Carga (N) Tensão = F/A (MPa)

1 429,0 50 100 196349,5 2184,9 56800

2 438,4 50 100 196349,5 2232,8 60900

3 442,8 50 100 196349,5 2255,2 75100

4 441,6 50 100 196349,5 2249,1 68500

5 442,1 50 100 196349,5 2251,6 65900

6 440,7 50 100 196349,5 2244,5 71300

28,9

31,0

38,2

34,9

33,6

36,3

Tabela 3 – Apresentação dos resultados do ensaio

Para obtermos valores significativos, precisamos calcular a média dos valores encontrados para a tensão, e nenhum dos valores encontrados pode diferir mais de 6% da média. Se algum deles diferir, devemos desprezá-lo e refazer o cálculo. Esse processo pode ser repetido até ficarmos com 3 corpos-de-prova. Se tivermos que reduzir para dois ou menos o ensaio foi inconclusivo e deve ser repetido. Tensão = F/A (MPa) Média 1 Desvio Padrão

28,9

31,0

14,5

8,3

38,2 34,9 33,8 13,1 3,1

33,6

36,3

0,8

7,4

Tabela 4 – Primeira tentativa do cálculo da média

Tensão = F/A (MPa)

31,0

38,2

34,9

33,6

36,3

8

Média 2 Desvio Padrão

10,9

9,9

34,8 0,2

3,6

4,3

Tabela 5 – Segunda tentativa do cálculo da média

Tensão = F/A (MPa) Média 3 Desvio Padrão

38,2 7,5

34,9 33,6 35,6 1,9 5,6

36,3 2,1

Tabela 6 – Terceira tentativa do cálculo da média

Tensão = F/A (MPa) Média 3 Desvio Padrão

34,9 0,1

33,6 34,9 3,9

36,3 4,0

Tabela 7 – Cálculo da média

A norma estabelece que, para o CP II F 40, a resistência à compressão aos 7 dias de idade deve ser maior ou igual a 25 MPa. Logo, o lote foi aceito nesse quesito. É válido observar que um resultado de média só foi encontrado porque testamos 6 corpos-de-prova, e não 4, como estabelece a norma. Essa grande divergência entre os valores se dá pelo fato de que cada corpo de prova foi moldado por um aluno diferente, ou seja, com uma força de compactação diferente. Mesmo assim, todos os valores encontrados foram acima do que a norma institui. Podemos perceber também que os blocos mais densos são os que são capazes de suportar uma maior carga.

2.3 Prática 2 – Determinação do índice de finura por meio da peneira 75 μm 2.3.1 Aparelhagem e instrumentação Para a realização dessa prática, segundo a norma, precisa-se de uma balança (foi utilizada uma balança com precisão de 0,1g), de uma peneira 75 μm com tampa e fundo e de um pincel para ajudar na remoção do material que ficar retido embaixo da peneira.

2.3.2 Procedimentos experimentais Primeiramente, pesamos a peneira e separamos 50 gramas do cimento a ser peneirado. Em seguida, o material foi colocado na peneira com o fundo acoplado e o conjunto foi agitado por 5 minutos, tomando cuidado para que não houvesse perda de material durante o processo. Em seguida, o fundo foi retirado e, com a ajuda do pincel, a parte de baixo da peneira foi limpa, removendo-se, assim, o material que já passou pela peneira mas ficou aderido ao fundo. Depois, o fundo foi novamente acoplado e agitou-se novamente o conjunto por mais 10 minutos. Após decorrido esse tempo, a peneira foi limpa e pesou-se o conjunto peneira + cimento retido. O

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conjunto foi agitado por mais 1 minuto e o processo de limpeza e pesagem foi refeito. Isso foi repetido até que a diferença entre uma pesagem e outra não diferisse em mais de 0,05 gramas.

2.3.3 Apresentação e Análise dos Resultados -

Cimento testado: CP II F 40 Massa Inicial de Cimento (g) 50

Massa da Peneira (g) 379,86

Massa peneira + cimento retido (g) Pesagem 1 Pesagem 2 Pesagem 3 380,18 380,06 380,02

Tabela 8 – Apresentação dos resultados do ensaio

Nesse ensaio tivemos que realizar a pesagem três vezes, pois a diferença entre a primeira e a segunda pesagem foi de 0,12 gramas, maior do que os 0,05 gramas exigidos pela norma. Já a diferença entre a segunda e a terceira pesagem foi de 0,04 gramas, o que está de acordo com a norma. Com esse valor encontrado, podemos calcular o índice de finura F do cimento da seguinte forma: F=

R∗C ∗100 % M

onde R é o resíduo do cimento na peneira 75 μm , C é o fator de correção da peneira utilizada e M é a massa inicial do cimento. Logo, F=

(380,02−379,86 )∗1 ∗100 %=0,32% 50

A norma estabelece que o índice de finura do CP II F 40 deve ser menor ou igual a 10%. Portanto, nesse quesito, o lote está aceito.

2.4 Prática 3 – Determinação da pasta de consistência normal e do tempo de pega 2.4.1 Aparelhagem e instrumentação Para a realização dessa prática, segundo a norma, precisa-se de uma balança (foi utilizada uma balança com precisão de 0,1g), de um misturador mecânico, de moldes com 80 mm de diâmetro na base maior, 70 mm de diâmetro na base menor e 40 mm de altura, de um cronômetro, de uma espátula e do aparelho de Vicat, com as agulhas apropriadas para se medir pasta de consistência normal, tempo de início de pega e tempo de fim de pega. Para o preparo da argamassa, necessita-se de água e do cimento em estudo.

2.4.2 Procedimentos experimentais Primeiramente, devemos achar qual a porcentagem de água adequada para obtermos a pasta de consistência normal. Para isso, deve-se testar vários valores até chegarmos no certo. Inicialmente, o zero da escala do aparelho de Vicat foi ajustado na base do molde. Em seguida, devemos preparar a pasta. Para isso, foram pesados 500 gramas de cimento e o primeiro valor de água a ser testado foi

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chutado. A pasta foi preparada da seguinte maneira: adicionou-se a água a cuba, seguida do cimento e a mistura ficou em repouso por 30 segundos; o misturador foi ligado e permaneceu em velocidade lenta por 30 segundos; desligou-se o misturador e, com a ajuda de uma espátula, o material preso na parede da cuba foi raspado (essa operação foi realizada em 15 segundos); e misturador foi novamente ligado e permaneceu em velocidade alta por 1 minuto. Após o preparo da pasta, o molde foi preenchido e afixado no aparelho de Vicat. Nessa parte do ensaio, o aparelho de Vicat estava com a agulha usada para a determinação da pasta de consistência normal. Essa agulha foi levada até o topo do molde e presa a essa posição. Em seguida, a agulha foi solta e, após 30 segundos, foi presa novamente. Se a leitura no aparelho for de 6 ± 1 mm, a quantidade de água chutada inicialmente foi certa e esse será o valor utilizado no ensaio de tempo de pega. Se a leitura for diferente disso, todo o processo deve ser repetido com um novo valor de massa de água até que se obtenha a leitura desejada. Quando o valor adequado de água for encontrado, outro molde deve ser feito. Como o tempo de início de pega é grande, esse molde já havia sido feito previamente ao início da aula, para que o início de pega ocorresse durante o período de aula. Aqui repetiu-se o mesmo processo descrito anteriormente, só que agora foi utilizado o aparelho de Vicat com a agulha usada para a determinação do tempo de início de pega. O processo deve ser repetido a cada 5 minutos, até que a leitura do aparelho de Vicat seja de 4 ± 1 mm. Deve-se tomar o cuidado para que cada penetração da agulha ocorra há uma distância de 10 mm das penetrações anteriores e das bordas do molde. Agora, para o tempo de fim de pega, o molde foi virado, para que a penetração da agulha ocorra na outra face do mesmo. A agulha do aparelho de Vicat utilizada foi novamente trocada, sendo agora utilizada a agulha usada para a determinação do tempo de fim de pega. Todo o processo deve ser repetido, agora a cada 15 minutos, até que a agulha só penetre 0,05 mm no molde (momento em que a parte larga da agulha para de marcar a face do molde). Nesse ensaio o tempo de fim de pega ocorreu após o fim da aula, então o técnico realizou essa parte e nos passou posteriormente os valores encontrados.

2.4.3 Apresentação e Análise dos Resultados -

Cimento testado: CP II F 40 Cimento (g) 500 Leitura do aparelho de Vicat (mm) a/c

Água da pasta (g) 1 tentativa 2 tentativa 150 165 30

6

0,3

0,33

Tabela 9 – Apresentação dos resultados do ensaio de pasta de consistência normal

O...