Hidratação e Microestrutura (Aula 3, Parte 1)

[Música] [Música] a primeira aula a gente viu generalidade não uma dizer assim o que é o cimento ea gente discutiu os seus impactos no ambiente na aula passada fundamentalmente é como e hoje a gente vai falar de como funciona o processo que envolve entre você e um pó partículas muito finas na água para se transformar num sólido que pode ter 300 metros de comprimento e altura sem de comprimento isso na temperatura ambiente é nem eu nem o antônio terminamos a parte das adições netão cimento que é começa com a extração de calcário e argila vai para o forno faz clínquer o clipe era misturado com o sulfato de cálcio gipsita am é isso é muíto isso é um tipo de cimento mas nós fazemos outros tipos de cimento misturando outros produtos como cinza volante escória granulada de alto forno que é o resíduo da produção do ferro gusa passado então nós temos uma quantidade grande de cimento que é resultado da mistura do clínquer porta com outras adições no brasil a gente tem talvez dez tipos de cimento na europa eles têm uns 30 são variantes do mesmo tema né aqui é como ler o gráfico eu não tive coragem de explicar isso aqui na aula passado acho que continuo sem coragem de explicar agora vocês não viram de infração de raio-x então não vamos aprender isso aqui agora o que é importante vocês entenderem é que os materiais quimicamente reativos escolhe a cinza volante pozolana as fumos de silício que é em português pelas chamas fica ativa são produtos que são amorfos que não são cristalinos sei que muitos acreditam no poder enorme dos cristais que em certo né mas do ponto de vista termodinâmico os cristais são as estruturas com o menor nível de energia são as mais estáveis os materiais que a gente que as reações químicas sempre apontam levo um material de um alto nível de energia para o material para baixo nível de energia então os cristais são pouco reativos a menos que eles têm uma composição química que eu faço solúvel os materiais suplementares que a gente mistura conhecimento eles são essencialmente amorfos nós não deixamos eles cristalizando a escolha de alto forno na saída líquida é resfriada rapidamente e vira amorfo não tem tempo disso assumir uma forma cristalina né o alto-forno cela 90 metros de altura aqui embaixo 1. 500 graus eu tenho ferro usa líquido que é um ferro com alta de carbono e nadando em cima dele eu tenho uma lava vulcânica líquida e resfria rapidamente ela continua sem uma estrutura cristalina lá congela a estrutura do material único então o segredo dos materiais suplementares é que eles são sempre materiais que têm uma estrutura é amorfa ou uma estrutura cristalina muito desorganizada a escolha por exemplo ela é muito talvez o melhor material que a gente tem para misturar com o clipe mas ela ainda é lento um cimento com história não vai ter uma grande resistência em 24 horas ou três dias ele cresce mais lentamente a resistência vai ter uma durabilidade normalmente um pouco maior por causa da natureza dos compostos químicos formados e têm uma movimentação hidrotérmica quando perde água ele encolhe mais tem uma tendência a fissura então todos os materiais sementes são misturados são feitos com água quando a água que sobrou vai embora uma tela encolhe de tamanho quando nicole de tamanho suas intenções imagine o prédio ele está cravado nas fundações o solo é muito rígido ea estrutura que está em cima está encolhendo mas as fundações estão fixas surgem sempre tensões pois o lanus naturais vêm divulgam a gente não tem muito não tem todo natural no brasil é pouquíssima pozolana atuam no brasil têm outras fontes têm micro organismos que têm um action esqueleto de silício já thomaz yes que entra na internet tem fotos maravilhosas e esse é o esqueleto de silício silício amorfo e silício amorfo pode ser usado no cimento também a gente também fabrica pozolana calcinando argila é como se a gente fizesse cerâmica cerâmica o que é a cerâmica vermelha é uma argila que foi um forno e perdeu a sua estrutura cristalina para fazer uma argila calcinada para misturar conhecimento eu só não faço ela no formato de tijolo eu levo o pó ao forno e ele perde a sua estrutura cristalina e fica reativa a gente usa muito resíduo industrial é a quinta preto mas as cinzas de casca de arroz é um produto o a casa da roça em 20 por cento dela é silício na casca de arroz tira do solo quando eu queima casca para gerar energia sobra o silício e silício ele é amor foi também porque ele estava depositado dentro das células não é um quartzo ele é um silício amorfo não tem espaço cativo é resíduo produzido é na fabricação de ferro silício o mais importante de silício metálico silício metálico são os chips de computador e do celular para fazer chips de computador e celular eu encontro muito silício natureza oxidado é preciso fazer silício metálico se ele isso é feito há 3500 graus há 3. 500 graus o silício parte do silício vira vapor ele sobe ele condensa como se fosse água só que a sílica e forma uma cínica amor fala também né ela tem a cinza volante que é produzida em termelétricas a cinza volante e o silício ativas como eles são líquidos que são modificados no ar são sempre ferinhas muito bonitinhas é muito conveniente mas é é a meta que o link é uma argila calcinada tem forma de plaquinhas a reatividade deles também depende da área específica e área específica que é muito maior crescimento via de regra então são materiais que reagem com o cimento eles são mais lentos e o trabalho bastante com a área específica só pra isso aqui é um um gráfico que mostra eu tô quer um cimento e vou trocando klink por uma cinza neste caso a cinza vegetal acho que a bagaço de cana que também tem silêncio dentro dele é a resistência num primeiro momento começa a subir a cinza melhor desempenho chega a um ponto nesse caso aqui por volta de 30 35% que se eu colocar mais cinza vegetal que é uma sílica dentro do meu cimento no segmento começa a perder resistência então essas adições elas têm um ponto a partir do qual o resultado não é muito bom e esse ponto ele é vai variar de produto a produto pra encerrar é tem uma coisa que talvez seja o que a gente vai mais usar no futuro e que é trocar parte do cimento por uma partícula inerte não reativa chamado filé filé alguma coisa que phil em inglês é preenchido é qual é o problema que tem a pergunta que foi feita uma colega de vocês porque ela foi minha estagiária é assim quanto cimento eu preciso para fazer o metro cúbico de concreto quanto à reação química eu preciso para fazer o metro cúbico de concreto ea gente tá chegando à conclusão que muito menos cimento do que a gente usa hoje em dia é nós vamos desenvolvendo aqui na escola concretos que usam 25% do cimento usado no mercado e têm um comportamento similar tem algumas diferenças no geral o comportamento é igual com um quarto do segmento do mercado na verdade o que se chegou à conclusão que eu não preciso que todo o pó todo o fino que vai no concreto seja quimicamente reativa eu posso ter uma parcela grande de filmes que não são reativas se eu fizer as coisas certas de uma forma geral a indústria já usa no brasil 17 por cento do segmento é filho de calcário já usa isso então o que nós estamos propondo agora é que a indústria passe para de usar 7% de filme e talvez vá usar em alguns segmentos 70% de filas um saco de cimento vai ter muito mais produto inerte do produto reativa é perfeitamente possível em muitas aplicações têm muitas vantagens ele não tem reação química significativa ele está ocupando espaço em chengdu volume eu preciso do cimento que vai estar lá o cliente vai dissolver e vai colar esses grandes vinhos de calcário formando um maciço isso pode ser feito é o filme funciona assim esse é o meu cimento e eu vou colocar micro grãos mais finos entre os grandes de cimento quando esse cimento dissolver ele vai preencher todo o espaço o que é interessante é que eu consigo hoje o que não era possível há 20 anos atrás colocar esses finos e ao mesmo tempo reduzir a água e aqui eu tirei o filho entrou no lugar da água isso é possível porque eu tenho produtos químicos que a gente chama de dispersante a gente então com os fillers a gente reduz a quantidade de água tornando o sistema é um pouco mais eficiente aqui não vou fazer agora mas só pra vocês vocês podem depois dá uma olhada o brasil produziu em 2015 63 milhões de toneladas de cimento temos uns 20 milhões 27 mil toneladas de ferro gusa é produzir os 8 milhões de toneladas de escória por ano no brasil então a escória no de alto forno no brasil pode ser 12% do cimento em alguns segmentos a escola é a 70% em outros é zero na média não pode passar de 12 porque não tem mais escolhe clínquer a indústria cimenteira fácil quanto precisar escolha ela precisa que a indústria do aço ou do ferro gusa forneça ea indústria de ferro gusa não fabrica escola fábrica ferro gusa a escolha é aquilo que ela faz o que sobra quando ela faz o ferro gusa então nós temos 12 milhões de toneladas de escória no brasil e não vamos ter mais um pouco mais talvez 8 milhões ea gente consegue então colocar 12% da história é nascimento mais do que isso não é possível tem no livro do meta um bom capítulo da edições mas tem esse capítulo aqui da avenida uma linha no livro de braga ontem nossa 20 cópias em baixo que também é bem legal que então só para vocês entenderem escória cimento vai ser líder sempre tem jipe cita que a nossa fonte de sulfato vai ter fila calcário no brasil até 10 por cento na europa até 35 pode ter escolha granuladas e ao forno e pode ter pozolana que a mais comum é cinza volante é cinza volante porque ela voa ela queima em suspensão sai pela chaminé e ela é capturada na saída da chaminé então o cimento sempre tem dia de regra têm esses três aqui e alguns segmentos vão ter esses 13 escória outros esses 13 cinzas volantes algo muito raramente não vai ter fila de uma forma geral sempre tem um pouquinho de fila e calcário é o material mais barato pra colocar e ele melhora algumas propriedades nascimento e melhor o custo que é sempre importante combinando essas matérias primas eu faço um monte de cimento cpe 5 75 têm klink egípcio tem um pouco de filas a cp 3 cp4 que tem pozolana e é cada um de cimento tirando 65 ele pode ser feito em duas resistências mecânicas 32 e 40 mega passado eu tenho uma variedade de matérias primas que eu combino para fazer uma variedade de cimento e cada segmento tem como as matérias primas têm composição embora tudo seja silício alumínio cálcio né que as suas matérias primas fundamento a composição fundamental de tudo que está aqui a proporção entre essas fases é diferente o meu cimento vai meu conhecimento tem uma composição química diferente um comportamento diferente nem todo segmento é igual vocês não podem cair na história que todo o cimento é igual porque não é alguém tem alguma dúvida sobre cimento foi bom ter uma tabela mas o cpt 4 têm até 50% de pozolana que é um produto extremamente lento desvantagem então se não tá precisando disso está com pressa precisa remover as formas do concreto depois de sete dias talvez dê para usar um c4 mas se ele tiver um ciclo de produção que tem que rever suas com três dias quatro dias cp4 não vai ser a solução nascimento lembra tem baixo valor de natação vai para uma barragem ou por um concreto massa de uma fundação os mp4 um cimento excelente tem grande durabilidade por causa da composição química a ambientes marítimos uma obra marítima é uma boa opção o cp3 ele pode ter até 70% de escolha o calor da estação um pouco mais alto 74 mas ele é um pouco mais rápido mas funciona igualmente também é bom para obras marítimas e aí tem os 65 que é o mais comum mas como mais reativo ele é um segmento extremamente rápido em três dias ele já tem 75% da resistência aos sete dias ele já tem uns 90% a existência agora não é durável numa obra marítima não posso usar para fazer um grande bloco de fundação porque ele vai ter problema de excesso de calor hidratação literatura você tem uma consulta lá vão precisar entender um pouco de como essas histórias esse tipo de cimento em cima vamos entrar agora de como funciona o cimento o nome do processo que leva ao endurecimento do cimento chama-se hidratação não essa caixa reação com a água nascimento só endurece se tiver água pra que ele reaja quimicamente no contrário o desempenho final é de que a hidratação a hidratação vai formar uma microestrutura que é o que governa o desempenho do segmento porta a idéia é que vocês entendam o que é a hidratação e qual é a cinética como mas rolando por exemplo afetam a entender que a hidratação vai gerar uma pasta que tem uma microestrutura que envolve uma fase muito importante que são os poros porque esporte é importante alguém tem um chute que os poros interessam por unidade sempre influencia na resistência ele também influenciou na permeabilidade não tem transporte de massa por meio do sólido é muito lenta difusão pelos poros são avenidas é ea gente vai procurar então entender no final como a microestrutura que decorre da hidratação influencia no comportamento dos concretos essa aqui é a primeira ea mais importante pergunta que vocês precisam entender como as micropartículas dentro de uma suspensão estão lá na água deixo de ser partículas individualizados e passam a ser um sólido e contínuo porque é esse o milagre na cerâmica o processo passa por fusão eu vou aquecendo lá a cerâmica tem uma temperatura elevada seguiram se fundem e olic do sol dá um grão no outro vai ser um processo de sermos interiorização nós usamos isso o clínquer a diferença do cimento que esse processo ocorre a temperatura ambiente e literalmente em qualquer lugar com temperatura acima de 3 graus centígrados acima de 34 graus centígrados misturada ao cimento com a água e ele vai os grãos vão desaparecer ele vai formar um sólido só tem aquele programa desaparecer o ele é fundido o que a temperatura ambiente não acontece ou ele de sol no caso do cimento ele vai dissolver os grãos e cimento expostos à água de sol vem a mesma coisa ocorre com os grãos de escória cinza volante eles vão desaparecer só pode dissolver enquanto tiver água os grãos de sol vem a concentração de íons de cálcio silício que fazem parte do cimento e alumínio na água aumenta quando a concentração fica muito alto o que acontece começa a precipitar chega na concentração crítica o material começa a precipitar satura e precipita e aí mais grãos e cimento vão dissolver satura e precipita precipita o que um novo produto esse produto foi formado no meio aquoso esse novo produto vai incorporar água então o meu sólido que era anidro não tinha água dentro dele saiu de um forno a 1.

500 graus a história também são 1. 500 graus argila calcinada alcinei tirei água combinada ele o sólido que era anidro incorpora a água ele aumenta de volume então o processo de solução saturação precipitação um novo sólido e aí esse novo sólido ele está precipitando no líquido ele vai ocupando formato que o líquido estava ocupando um cristal começa a crescer coladinho no outro do lado do outro e eu tenho a forma da minha forma é assim que a coisa funciona ea resistência ocorre surge porque o volume de sólidos aumenta parte da água deixa de ser líquido e passa a se incorporar novamente ao solo num certo sentido eu tô revertendo o que se fez no forno ok então todo o material se me todo todo elegante todos absolutamente todos gigante hidráulico vai à liga e vai acontecer isso então olhando eu tenho as partículas do ligante na água passou um certo tempo a parte de fora da parte kula dissolveu e precipitou um produto hidratado que têm um volume um pouco maior do que o volume dos sólidos originais se quiserem um número o volume de solo aumenta os 20% conta com mais precisão então o volume de soja aumenta 20% o volume d'água diminui porque a água sai do líquido ela passa e para o solo aí operário olha para o concreto e fala que o concreto está secando não é exatamente verdade se você botar misturar o cimento com água e secar ele no micro ondas ele não vai fazer um solo de forma solta porque trata então ou o volume de sólidos inicial é menor que o volume de soja afinal o volume externo aparente é constante é o volume na nossa forma é assim que o sistema funciona é bem simples isso funciona o procedimento funciona projeção certa medida funciona pra cá todos os ligantes funciona desse jeito quanto mais fino foram o ligante mais rápida é a dissolução então a área específica tamanho de partícula são todas as substâncias muito finas se eu fizesse mento grosso 11 10 milímetros de diâmetro vai dissolver vai vai precipitar e hidratados vai numa velocidade geológica em um milhão de anos eu terei uma pedra pico isso em partículas finas a reação rápida ok entendido isso aqui é a foto de grãos a cimento no microscópio eletrônico de varredura é isso aqui é meio micrômetro e aqui tem uma curva de distribuição de tamanho de partícula típica de um cimento são familiarizados com um tamanho de partícula como é que alguém pode saber que eu tenho dois por cento de partículas com um micrômetro consegue imaginar uma forma de medir o tamanho de partilha e distribuição de tamanho de partícula te dá mais ou menos enquanto as partículas eu tenho pra cada tamanho tamanho aqui numa escala logarítmica se fosse fazer com areia nós usamos uma peneira agora uma peneira de um micrômetro a gente não tem né então existe equipamentos que permitem por eu posso fazer isso por microscopia ótica ou microscopia de varredura mas eu posso fazer por infração de leis e tudo mais então o que é que olhando para essa curva aqui qual é a maioria das partículas está abaixo de 30 micrômetros nascimento a maioria talvez a metade das partículas têm alguma coisa esteja abaixo de 15 micrômetros mais ou menos é extremamente fino e por ser extremamente fino ele vai reagir rapidamente e por ser fino é que a mistura do cimento com a água não é sopa de pedra é como é a farinha na água em uma grande área específica e uma ao grão tem uma massa pequena e por isso que a suspensão fica um creme conhecimento são partículas finas aqui a gente tem nosso cimento que nós estamos vamos falar sempre o cimento portland mas vocês precisam saber que existem outros tipos de cimento e cimento de iluminado de cálcio ele é o cimento utilizado para revestimento de fóruns e cimento para trabalhar a 1200 e 1500 2000 graus de temperatura então o forno de cimento usam um revestimento de alumínio nato eu tenho magnésio também de magnésio tem várias tecnologias e conhecimento político e ultimamente pessoal andou desenvolvendo alguns segmentos que ao endurecer eles endurecem primeiro com a águas de sol endurece rapidamente com água mas eles vão de fato ganhar resistência reagindo com o co2 e se solidifique tá tem muita cobertura ao cimento com balanço de co2 negativo ele absorve em tese mais co2 do que é usado para fazer o produto nem sempre isso é verdade e não infelizmente esse momento dificilmente vai ser um sentimento de grande escala mas tem muita coisa sendo desenvolvido nessa área então hoje tem muita pesquisa em novos gigantes e alguns certamente chegarão ao mercado brasileiro nós vamos nos concentrar em cimento não sei se vocês lembram do que eram as fases presentes no clicrbs que entra dentro do fornecimento foi de clínicas calcário que o co2 vai sair pela chaminé e sobra óxido de cálcio óxido de cálcio é 60 66% da do clipe então as fases do cimento não tem um monte de horas de caos depois vêm silício silício vem da argila argila tem silício alumínio e ferro cálcio silício alumínio e ferro é o grosso da composição química do vencimento mais de 90% quatro espécies químicas que são as mais abundantes na crosta terrestre o produto mais comum sc-303 cálcio para o silício depois vem você 2 é 2 calças para um silêncio de três a três calças para o alumínio e o c4 f é cálcio ao c3 a mais um pouco de ferro ferro é um pouquinho todos esses compostos químicos vão ser dissolvido eu faço isso vai para a água o cálcio saia daqui saia daqui é cálcio sai calça daqui também ea água fica uma sopa de íons a pegada é que esse produto de sol e mais rapidamente do que esse mas no final cálcio é cálcio a água tá cheia de íons esses rios vão reagir quimicamente entre si com água e vamos precipitar a fase mais importante é o sindicato de calça hidratado que é uma combinação dos das duas espécies químicas mais comuns que é o cálcio e o silício é a forma é csh e ele não tem uma composição química estável a proporção entre calças silício e água é variável o que é muito interessante porque dá muita flexibilidade sobra um pouco de hidróxido de cálcio os aluminato vão ser combinar com o que está faltando aqui sulfato formando transita e outras coisas então sem querer entrar muito no detalhe essas espécies químicas aqui vão desaparecer e vão resultar numa água saturada por isso e essa água dessa água vamos precipitar uma quantidade grande de novas fases cristalinas começando pelas coisas menos importantes se eu fizer um cimento sem adição de gipsita nascimento que foi inventado pelo senhor asp e não tinha egípcio era clinton coloquei na água imediatamente ele começa a reagir primeiro sistema reagir o que dissolve mais rápido é o 3 a 3 calços em alumínio ele vai combinar com a água formando uma dessas espécies químicas dependendo da disponibilidade de cálcio e de alumínio relativa entre alcione e essa reação ela é imediata misturei o cimento na água e começou a endurecer na hora isso é muito inconveniente a sorte é que alguém você sabe muito bem como decidiu misturar na no clínquer gipsita gipsita minério do qual ele fazia isso gipsita tem é um cálcio sulfato s.