Como são feitos cimento e concreto

Se você pensa em tijolos como rochas artificiais, o cimento pode ser considerado lava artificial - uma pedra líquida que é derramada no local onde endurece em solidez.

Muitas pessoas falam sobre cimento quando querem dizer concreto.

• Cimento é um composto de grão fino que se transforma em sólido quando misturado com água. O cimento é usado para ligar misturas de materiais em um sólido compósito.
• Concreto é uma mistura de cimento, areia e cascalho. Ou seja, o cimento é a cola de concreto.

Agora que está claro, vamos falar sobre cimento. O cimento começa com o limão.

O limão é uma substância usada desde os tempos antigos para fazer coisas úteis como gesso e argamassa. O cal é produzido queimando ou calcinando calcário - e é assim que calcário recebe esse nome. Quimicamente, o cal é óxido de cálcio (CaO) e é produzido por torrefação calcita (CaCO₃) para eliminar o dióxido de carbono (CO₂). Esse CO₂, uma gás de efeito estufa, é produzido em grandes quantidades pela indústria de cimento.

O limão também é chamado de cal rápida ou calx (do latim, onde também temos a palavra cálcio). Nos antigos mistérios do assassinato, a cal é aplicada às vítimas para dissolver seus corpos porque é muito cáustica.

Misturado com água, o limão se transforma lentamente em portlandita mineral na reação CaO + H₂O = Ca (OH)₂. A cal é geralmente cortada, ou seja, misturada com um excesso de água, para que ela permaneça fluida. O limão picado continua a endurecer por um período de semanas. Misturado com areia e outros ingredientes, o cimento de cal triturado pode ser embalado entre pedras ou tijolos em uma parede (como argamassa) ou espalhar-se sobre a superfície de uma parede (como reboco ou gesso). Lá, nas próximas semanas ou mais, ele reage com o CO₂ no ar para formar calcita novamente - calcário artificial!

O concreto feito com cimento de cal é conhecido em sítios arqueológicos do Novo e do Velho Mundo, com mais de 5000 anos de idade. Funciona extremamente bem em condições secas. Tem duas desvantagens:

• O cimento calcário leva muito tempo para curar e, enquanto o mundo antigo tinha muito tempo, hoje tempo é dinheiro.
• O cimento calcário não endurece na água, mas permanece macio, ou seja, não é um cimento hidráulico. Portanto, há situações em que não pode ser usado.

Diz-se que as pirâmides do Egito contêm um cimento hidráulico à base de sílica dissolvida. Se essa fórmula de 4500 anos puder ser confirmada e revivida, seria ótimo. Mas o cimento de hoje tem um pedigree diferente que ainda é bastante antigo.

Por volta de 1000 aC, os gregos antigos foram os primeiros a sofrer um acidente de sorte, misturando cal com finas cinzas vulcânicas. As cinzas podem ser consideradas rochas naturalmente calcinadas, deixando o silício em um estado quimicamente ativo como o cálcio no calcário calcinado. Quando essa mistura de calcário e cinza é abatida, uma substância totalmente nova é formada: hidrato de silicato de cálcio ou o que os químicos do cimento chamam de C-S-H (aproximadamente SiCa₂O₄·xH₂O). Em 2009, pesquisadores que usaram modelagem numérica inventaram a fórmula exata: (CaO)_1.65(SiO₂) (H₂O)_1.75.

Atualmente, o C-S-H ainda é uma substância misteriosa, mas sabemos que é um gel amorfo sem estrutura cristalina definida. Endurece rapidamente, mesmo na água. E é mais durável que o cimento calcário.

Os gregos antigos colocaram esse novo cimento para usar de maneiras novas e valiosas, construindo cisternas de concreto que sobrevivem até hoje. Mas os engenheiros romanos dominaram a tecnologia e construíram portos marítimos, aquedutos e templos de concreto também. Algumas dessas estruturas estão tão boas como sempre hoje, dois mil anos depois. Mas a fórmula do cimento romano foi perdida com a queda do império romano. A pesquisa moderna continua a descobrir segredos úteis dos antigos, como o incomum composição de concreto romano em um quebra-mar construído em 37 AEC, que promete nos ajudar a economizar energia, usar menos cal e produzir menos CO₂.

Enquanto o cimento calcário continuou em uso durante toda a Idade Média e Escura, o verdadeiro cimento hidráulico não foi redescoberto até o final da década de 1700. Experimentadores ingleses e franceses aprenderam que uma mistura calcinada de calcário e argila poderia ser transformada em cimento hidráulico. Uma versão em inglês foi apelidada de "cimento Portland" por sua semelhança com o calcário branco da ilha de Portland, e o nome logo se estendeu a todo cimento feito por esse processo.

Logo depois, os fabricantes americanos encontraram calcários com argila que produziam excelente cimento hidráulico com pouco ou nenhum processamento. Esse cimento natural barato compôs a maior parte do concreto americano na maior parte do século XIX, e a maior parte veio do cidade de Rosendale no sul de Nova York. Rosendale era praticamente um nome genérico para cimento natural, embora outros fabricantes estivessem na Pensilvânia, Indiana e Kentucky. O cimento Rosendale fica na Ponte do Brooklyn, no edifício do Capitólio dos EUA, na maioria dos edifícios militares do século XIX, na base da Estátua da Liberdade e em muitos outros lugares. Com a crescente necessidade de manter estruturas históricas usando materiais historicamente apropriados, O cimento natural de Rosendale está sendo revivido.

O verdadeiro cimento Portland lentamente ganhou popularidade nos Estados Unidos, à medida que os padrões avançavam e o ritmo de construção se acelerava. O cimento Portland é mais caro, mas pode ser fabricado em qualquer lugar onde os ingredientes possam ser montados, em vez de depender de uma formação rochosa de sorte. Também cura mais rápido, uma vantagem ao construir arranha-céus um piso de cada vez. O cimento padrão de hoje é uma versão do cimento portland.

Hoje, calcário e rochas contendo argila são sinterizadas - torradas juntas a uma temperatura quase derretida - de 1400 ° a 1500 ° C. O produto é uma mistura irregular de compostos estáveis ​​chamados clinquer. O clínquer contém ferro (Fe) e alumínio (Al), além de silício e cálcio, em quatro compostos principais:

• Alite (Ca₃SiO₅)
• Belite (Ca₂SiO₄), conhecido pelos geólogos como larnita
• Aluminato (Ca₃Al₂O₆)
• Ferrita (Ca₂AlFeO₅)

O clínquer é moído em pó e misturado com uma pequena quantidade de gesso, o que atrasa o processo de endurecimento. Isso é cimento Portland.

O cimento é misturado com água, areia e cascalho para fazer concreto. O cimento puro é inútil porque encolhe e racha; também é muito mais caro que areia e cascalho. À medida que a mistura cura, são produzidas quatro substâncias principais:

• C-S-H
• Portlandite
• Ettringita (Ca₆Al₂(ASSIM₄)₃(OH)₁₂· 26H₂O; inclui algum Fe)
• Monossulfato ([Ca₂(Al, Fe) (OH)₆] · (ASSIM₄, OH, etc) ·xH₂O)

Os detalhes de tudo isso são uma especialidade complexa, tornando a tecnologia tão sofisticada quanto qualquer outra coisa no seu computador. No entanto, a mistura básica de concreto é praticamente à prova de estupidez, simples o suficiente para você e eu usarmos.