ESTUDO DA QUÍMICA APLICADA AOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL: CIMENTO PORTLAND E ASFALTO

...

Visando enfatizar a expressiva importância deste conhecimento aplicado ao cimento e asfalto, ressaltando a expressiva utilização mundial destes na construção civil, este trabalho tem por finalidade aprofundar as questões que envolvem o domínio da química dos compostos e suas correlações com os fatores funcionais, de custos e ambientais. Também foi possível aprimorar informações sobre a composição, processos de fabricação, custos e manejo ambiental, assim como o acesso a novas tecnologias e soluções existentes no mercado aplicáveis às atividades que requerem compostos cimentícios e asfálticos.

- Objetivos

Diante das pesquisas realizadas e de suas conexões teóricas com a disciplina de química aplicada, têm-se como objetivos:

- Seguir um estudo frequente e contínuo

Buscar o conhecimento aprofundado sobre as composições do cimento e asfalto, sua importância e aplicações na construção civil.

- Conhecer os métodos de obtenção e o desenvolvimento de novas soluções construtivas

Conhecer o processo de fabricação, desde a obtenção das matérias-primas ao momento de aplicação, bem como os custos envolvidos e as pesquisas para o desenvolvimento de novas soluções econômico-ambientalmente sustentáveis.

- Assimilar as teorias desenvolvidas em sala de aula e aplicá-las ao estudo do cimento e asfalto na construção civil.

Identificar as conexões entre as teorias químicas descritas em sala de aula e aplica-las durante o estudo dos compostos presentes no cimento e asfalto, bem como durante a análise do comportamento destes materiais no meio-ambiente.

- Cimento Portland

2.1 – Definição

O cimento Portland, mais conhecido popularmente na construção civil como cimento, é um pó aglomerante hidráulico capaz de adquirir resistência físico-química e conferi-la às estruturas nas quais é empregado. A resistência física adquirida quando combinado com outros agregados adicionados confere a resistência física semelhante às rochas encontradas na ilha de Portland, na Inglaterra, as quais eram utilizadas em construções antigas, daí o nome histórico secular de “Cimento Portland”. (ABCP,2002)

2.2 – Composição

A composição básica do Cimento Portland engloba a cal ou óxido de cálcio (CaO), a sílica (SiO2), a alumina (Al2O3) e o óxido de ferro (Fe2O3), que correspondem de 95 a 96% da composição. Apresenta também certa proporção de óxido de magnésio (MgO) de 2% a 3% e algumas impurezas, como o óxido de sódio (Na2O), o óxido de potássio (K2O) e o óxido de titânio (TiO2). (BAUER,2000)

2.3 – Processo de produção

A fabricação do cimento Portland inicia-se com o extração da argila e do calcário. A argila é um produto da decomposição de rochas e minerais, composta basicamente por óxido de alumínio (AlO), sílica ou óxido de silício (SiO2) e água. O calcário é uma rocha sedimentar, composta principalmente pelo carbonato de cálcio (CaCO3), podendo também contar impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro. (ABCP,2002)

Após a extração, os materiais passam por um sistema de seleção, britagem, dosagem e homogeneização. O composto homogeneizado é composto em 90% de calcário e 10% de argila, e é triturado até formar micropartículas. Em seguida, é levado para o forno, tendo como produto final o clínquer. Este processo de aquecimento completo é chamado de clinquerização, e é nele em que ocorrem as principais reações químicas do processo de produção do cimento Portland. (ABCP,2002)

2.3.1 – Reações químicas envolvidas na produção

De acordo com BAUER (2000, p.53), as principais reações químicas que ocorrem durante a fase da clinquerização com as respectivas equações são:

- Vaporização da água livre: Ocorre em temperaturas próximas de 100 °C.

H2O(l) → H2O(v)

- Decomposição do carbonato de magnésio: Inicia-se em 340 °C, porém tem sua temperatura aumentada à medida que o teor de cálcio na mistura se eleva. Nesta etapa o MgO(s) não se combina com os outros óxidos.

MgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g)

- Decomposição do carbonato de cálcio: Este processo também é chamado de calcinação. Inicia-se em temperatura superior a 805 ºC.

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

- Formação do silicato dicálcico 2CaO.SiO2 - também conhecido por C2S: Tem início quando a temperatura atinge 900º C, onde a sílica (SiO2) e óxido de cálcio (CaO) já reagem lentamente. O ferro e o alumínio também catalisam esta reação.

2CaO(s) + SiO2(s) → 2CaO.SiO2(s)

- Formação do silicato tricálcico 3CaO.SiO2 - também conhecido por C3S: inicia-se quando a temperatura atinge entre 1200 ºC e 1300 ºC.

2CaO.SiO2(s) + CaO(s) → 3CaO.SiO2(s)

- Formação do aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 - também conhecido por C3A: inicia-se quando a temperatura atinge 1400 ºC.

3CaO(s) + Al2O3(s) → 3CaO. Al2O3(s)

- Formação do ferro aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 - também conhecido por C4AF: inicia-se quando a temperatura atinge 1400 ºC.

4CaO(s) + Al2O3(s) + Fe2O3(s) → 4CaO. Al2O3.Fe2O3 (s)

- Decomposições durante o resfriamento: Para concluir a produção do clinquer, é necessário o resfriamento da mistura, originando-se as pedras em formas de bolas de clínquer. Se ocorrer de forma lenta e prolongada, pode levar à decomposição dos cristais de C3S.

3CaO.SiO2(s) → 2CaO.SiO2(s) + CaO(s)

Ainda segundo BAUER (2000, p.36), é importante que se conheçam as proporções dos compostos constituintes do cimento Portland e a correlação destes com as propriedades finais. Cabe também ressaltar que a maior parte das ligações químicas que ocorrem são iônicas, destacando o aspecto duro e quebradiço