Aula 9 Cimentos I

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UNIDADE 3 – AGLOMERANTES 
 
 
 
 
 
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Unidade 3 – Aglomerantes 
 
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Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral pulverulento, cuja principal função é formar 
uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado. São utilizados na obtenção das 
argamassas e concretos, na forma da própria pasta e também na confecção de natas. As 
pastas são, portanto, misturas de aglomerante com água. São pouco usadas devido aos 
efeitos secundários causados pela retração. Podem ser utilizadas nos rejuntamentos de 
azulejos e ladrilhos. As natas são pastas preparadas com excesso de água. As natas de cal são 
utilizadas em pintura e as de cimento são usadas sobre argamassas para obtenção de 
superfícies lisas. 
 
1. Introdução aos Aglomerantes 
São substancias que se apresentam na forma pulverulenta e ao se misturar com a água 
ou o ar, tem poder cimentante. E ao endurecer, normalmente adere à superfície com a qual 
foi posta em contato. 
1.1. Classificação 
A classificação dos Aglomerantes se dá pela seguinte maneira, conforme os critérios 
apresentados na figura. 
 
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1.1.1. Quimicamente Inertes 
Não ocorrem reações químicas, o endurecimento da argila se processa pela perda da 
água adquirindo resistência, porém retorna a condição plástica pela adição de mais água. 
Foi o primeiro aglomerante utilizado pelo homem, inicialmente para a confecção de 
utensílios, posteriormente para execução de abrigos. As técnicas construtivas com terra 
mais comumente encontradas são: 
• Adobes; 
• Pau-a-pique; 
• Taipa de pilão; 
• BTC – Bloco de terra comprimida; 
• Terra – palha. 
1.1.2. Quimicamente Ativos 
São aglomerantes cuja atividade ligante se dá através de uma reação química ou 
conservam suas propriedades físicas através de reações químicas. Como exemplos deste 
tipo de aglomerante temos a cal, o gesso e o cimento. Os quimicamente ativos podem ser: 
• Simples: constituído por uma única matéria-prima e que depois de cozido não 
recebe outro produto; 
• Compostos: mistura de um aglomerante com materiais denominados 
hidraulites (escória de alto forno ou pozolana); 
• Mistos: mistura de 2 ou mais aglomerantes simples; 
• Com adições: são aglomerantes aos quais foram adicionados produtos fora 
das especificações. 
1.1.3. Quanto ao Endurecimento 
• Aglomerantes Aéreos: o endurecimento ocorre por combinação de seus 
constituintes com o gás carbônico da atmosfera, para que a reação ocorra, 
portanto, há necessidade da presença de ar; 
• Aglomerantes Hidráulicos: o endurecimento ocorre quase exclusivamente por 
reações químicas entre seus constituintes e a água. 
1.2. Propriedades 
As propriedades dos aglomerantes se dão conforme seu estado. Pedem elas, de 
acordo com as características naturais, serem: 
 
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1.2.1. Em estado Pulverulento 
a) Composição química: importante no caso de cimentos, onde as diferentes 
composições químicas resultam em cimentos com propriedades físicas e 
químicas variadas; 
b) Massa específica aparente: importante na dosagem de argamassas e 
concretos e no transporte; 
c) Finura: Influência na reatividade do aglomerante e na velocidade de 
hidratação dos grãos; 
d) Teor de impurezas: materiais inertes (sílica) ou impurezas orgânicas, além de 
não colaborarem nas reações de endurecimento, podem prejudicar a pega e 
aumentar a retração. 
1.2.2. Em estado de Pasta 
a) Tempo de início e fim de pega; 
b) Calor de hidratação: importante para estabilidade das formas, contrações 
térmicas, fissuras; 
c) Estabilidade volumétrica: verificar a presença de óxidos não hidratados no 
aglomerante. Estes óxidos podem hidratar-se de maneira tardia aumentando 
seu volume e provocando a desagregação da argamassa ou do concreto. 
1.2.3. Argamassa no estado Fresco 
a) Plasticidade: capacidade de, sob ação de uma força, deformar-se e conservar 
indefinidamente a deformação quando anulada a força (facilidade de 
espalhamento – trabalhabilidade); 
b) Retenção de água: (importante para cales): capacidade de fixação das 
moléculas de água nos cristais de di-hidróxido de cálcio Ca(OH)2 . Importância: 
evitará a perda abrupta de água para o componente de alvenaria ou base de 
revestimento, melhorando a aderência. 
c) Capacidade de incorporação de areia (cales): quantidade máxima de areia que 
pode ser misturada com a cal, sem prejudicar as características de 
trabalhabilidade da mistura. 
1.2.4. Em estado Endurecido (na forma de argamassa ou concreto) 
a) Resistência à compressão (em função do tempo); 
b) Aderência: capacidade de ligação com materiais porosos; 
c) Impermeabilidade, porosidade: estanqueidade do revestimento, durabilidade; 
d) Massa específica aparente; 
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e) Estabilidade dimensional. 
2. Cimentos 
Em geral são consideradas duas abordagens para classificar cimentos, uma em relação 
à composição e a outra relativa às propriedades correspondentes ao desempenho dos 
cimentos. 
Na área de construção e engenharia civil tem-se interesse os cimentos hidráulicos 
calcários - isto é, os cimentos hidráulicos em que os principais constituintes são compostos 
de cálcio. De fato, estes cimentos são constituídos sobretudo por silicatos e aluminatos de 
cálcio e de um modo geral podem-se classificar em 3 grandes Grupos que serão vistos 
adiante. 
2.1. Classificação dos Cimentos 
A depender do uso, podem ser divididos em três grupos principais: cimentos 
endurecidos ao ar (pela ação do CO2); endurecidos em água e resistentes a ácidos. 
2.1.1. Cimentos endurecidos ao ar 
Compreendem cimentos de cal aérea, gipsita, e cal magnesiana. Para construções e 
rebocos emprega-se a cal, artigos estruturais e decorativos o gesso e no papel sulfite a cal 
magnesiana. A cal é obtida do calcário, do mármore, dolomita (CaCO3, MgCO3), giz e ostras 
por ação do calor; CaCO3 → CaO (cal) + H2O e durante seu endurecimento, reage com a 
água formando o hidróxido de cálcio que ao absorver o gás carbônico do ar regenera o 
carbonato de cálcio. O gesso, por sua vez, é obtido a partir da gipsita também por ação do 
calor; CaSO4.2H2O → CaSO4.0,5H20 (gesso) + 1,5H2O. 
2.1.2. Cimentos hidráulicos 
São usados na fabricação de concreto reforçado pré-fabricado, partes de concreto 
estrutural e partes de concretos de edifícios, estruturas de subsolo e de engenharia 
hidráulica. Neste grupo incluem-se a cal hidráulica, cimentos Portland e cimentos 
compostos de várias misturas (cimentos de alumina, Trass e de escória). A cal hidráulica é 
obtida calcinando-se calcário com argila. 
Em construção, os cimentos são usados em diversos tipos de massas como: massa 
simples (cimento e água); argamassa de construção (cimento, água e areia fina); concretos 
(cimento, água, areia fina e cascalho) e concreto reforçado (possui vergalhões). 
As matérias primas para a fabricação de cimentos são geralmente materiais de 
ocorrência natural e, por vezes refugos industriais. Entre estes materiais temos: 
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• Gipsita: CaSO4.2H2O; 
• Anidrita: CaSO4; 
• Rocha calcária: calcário, giz, dolomita e mármore; 
• Argila: enxofre monoclínico, caulinita Al4Si4O10(OH)3 (branca), montmorilonita 
Al2(Mg, Fe)3Si4O10(OH)2.nH2O (rosada) e ilita KAl2Si4O10(OH)2 (branca); 
• Marga: rocha sedimentar constituída de carbonato de cálcio argiloso; 
• Bauxita: depósitos residuais aluminosos contendo argila, gibsita (H3AlO3 ou 
Al2O3.3H2O) e diásporo (Al2O3.H2O); 
Entre os refugos industriais temos a escória metalúrgica, lama da obtenção do NaOH 
(contém CaCO3),cinzas de pirita, e lama da manufatura industrial de alumínio. 
Dentro desta classe existe uma grande variedade de cimentos. Entre eles o Portland, 
que terá estudo detalhado nesta e na próxima aula. 
2.1.2.1. CIMENTO PORTLAND 
O estudo do cimento Portland será retomado mais adiante, em ponto específico. 
Porém, para situá-lo na classificação dos cimentos, faz-se necessária esta intervenção. O 
cimento Portland é um produto que se obtém pela pulverização do Clínquer constituído 
essencialmente por silicatos de cálcio hidráulicos, a que não se fizeram adições 
subsequentes à calcinação, exceto a de água e/ou a de sulfato de cálcio bruto, além da de 
outros materiais, que podem ser intercominuídos com o Clínquer, em teor que não exceda a 
1,0 %, à vontade do fabricante. O Cimento Portland pode ser fabricado de várias maneiras: 
 
• Tipo I – Cimentos Portland Comuns: produto usual para as construções de 
concreto; 
• Tipo II - Cimentos Portland com baixo calor de endurecimento e resistentes ao 
sulfato: pequeno calor de hidratação, 70 e 80 cal/g depois de 7 e 28 dias, 
respectivamente. Usado onde necessita-se de um calor de hidratação 
moderado ou construções expostas a uma moderada ação de sulfatos. ; 
• Tipo III - Cimentos de alta resistência inicial (ARI) ou endurecimento rápido: 
também conhecido como cimento HES (high early strength), neste cimento a 
razão de cal/sílica é maior que para o tipo I, possui maior proporção de C3S 
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que os cimentos comuns. Esta proporção juntamente com a moagem mais 
fina, provoca um endurecimento mais rápido e uma evolução de calor mais 
rápida; 
• Tipo IV - Cimentos Portland de baixo calor de hidratação: % menor de C3S e de 
C3A, uma vez que a quantidade de C4AF é aumentada pela adição de Fe2O3, o 
que diminui o desprendimento de calor. O calor desprendido não deve 
exceder a 60 cal/g depois de 7 dias, e a 70 cal/g depois de 28 dias, e é de 15-
30% menor que o calor de hidratação dos cimentos comuns ou dos cimentos 
do tipo III. 
• Tipo V - Cimentos Portland resistentes aos sulfatos: resistem melhor aos 
sulfatos que os outros quatro tipos. Tem menos C3A que os cimentos comuns. 
Por isso o teor de em C4AF é mais elevado. 
2.1.2.2. CIMENTO DE ARGAMASSA 
São misturas finamente moídas de cimento Portland, calcáreo e agentes Aeradores. 
Aeradores são agentes de arraste de ar (materiais resinosos, graxas ou sebos). 
2.1.2.3. CIMENTO POZOLANA (CIMENTO ROMANO) 
De duas a quatro partes de pozolana com 1uma parte de cal hidratada. As pozolanas 
naturais são tufos vulcânicos. Uma pozolana artificial importante é a moinha de cinzas. 
O cimento de Pozolana foi fabricado na Roma antiga com calcário calcinado, água e 
cinzas vulcânicas da região de Pozzuoli. Atualmente, este cimento é constituído por clínquer 
com aditivos hidráulicos adicionados em quantidades que variam entre 20 a 50% e que 
podem ser rocha vulcânica porosa, rochas sedimentares constituídas principalmente por 
sílica amorfa (diatomita e trípoli) ou sílica contendo resíduos industriais. O cimento de 
Pozolana é usado principalmente para estruturas submersas e de subsolo, mas não podem 
ser usados em locais onde ocorrem grandes variações de temperatura além de secarem 
lentamente. 
2.1.2.4. CIMENTO A ALTA ALUMINA 
Essencialmente um cimento de aluminato de cálcio é fabricado pela fusão de uma 
mistura de calcáreo e bauxita. Taxa muito rápida de endurecimento e resistência superior à 
água do mar e às águas portadoras de sulfatos. 
2.1.2.5. OUTROS CIMENTOS 
Podem ser citados ainda, a título de informação: 
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• Cimentos de argamassas especiais, resistentes à corrosão: cimentos de 
furano, os fenólicos, os de enxofre e os de silicato são os mais importantes; 
• Cimento Controlado: não se contrai nem fendilha durante a pega. 10 a 20% de 
sulfoaluminato de cálcio (proveniente da bauxita, do gesso e do calcáreo) com 
o cimento portland; 
• Cimento Ferrari: a razão entre Al2O3 e Fe2O3 é de 0,64 a 1, tem maior 
resistência ao ataque químico; 
• Cimento a prova d’água: clínquer normal com pequenas quantidades de 
estearato de Ca ou óleo não saponificável; 
• Cimento hidrofóbico: clínquer com ácidos graxos para reduzir a velocidade de 
deterioração na estocagem em local desfavorável ou no transporte; 
• Os cimentos de escória: onde adiciona-se escória siderúrgica (do alto forno) 
finamente dividida ao clínquer para conferir-lhe maior resistência à água e 
podem ser usados em estruturas de concreto, concreto reforçado que não 
sejam submetidos a altas temperaturas ou variações grandes de umidade. 
3. Cimento Portland 
O cimento Portland é feito pela mistura e calcinação de materiais calcáreos e argilosos. 
Os cimentos Portland constituem 50% de toda a produção mundial de cimentos. Feitos de 
matéria prima barata, objetos feitos com eles possuem alta resistência mecânica, 
resistência total ao ar e a baixas temperaturas, endurecem rapidamente tanto no ar quanto 
na água. Obtidos através da calcinação do calcário argiloso (1400 a 1450 oC) o produto 
calcinado chama-se clínquer e consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos que 
podem ser classificados em fases distintas: 
 
Por vezes associa-se a fabricação do cimento à de outros produtos como na França, na 
Inglaterra e na Alemanha, onde queima-se CaSO4 (anidrita ou gipso), argila, coque e areia 
com Fe2O3 para corrigir as proporções (CaSO4 + 3C → CaS + 2CO2 ∴ 3CaSO4 + CaS → 4CaO + 
4SO2). A cal liberada reage com a alumina, sílica e óxido de ferro para formar o clínquer. O 
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coque promove uma rápida decomposição do CaSO4 a 1400 oC. Os gases contém 9% de SO2 
que é transferido para uma planta onde, pelo processo de contato, é transformado em 
ácido sulfúrico. 
Quando a sílica e o calcário são aquecidos juntos, formam quatro compostos distintos: 
o metassilicato de cálcio (CaO.SiO2) que não faz parte do cimento Portland; a rankinita ou 
C3S2 (3CaO.2SiO2) que também não está presente nos cimentos; o ortossilicato de cálcio ou 
C2S, presente no cimento e o C3S que é o principal constituinte do cimento. 
O sistema cal e alumina apresenta quatro compostos estáveis: o 3CaO.Al2O3 (C3A) 
presente no cimento Portland; CaO.Al2O3 (CA) um dos principais constituintes do cimento 
aluminoso; CaO.2Al2O3 (CA2) presente no cimento aluminoso porém inativo e CaO.6Al2O3. 
Os sistemas que envolvem cal, sílica e alumina são fundamentais pois os três óxidos 
que o constituem são 90% dos cimentos Portland e 80% dos cimentos aluminosos. Estas 
fases podem ainda formar sub-fases com outros compostos presentes no cimento como o 
sistema binário que envolve C2S e 2FeO.SiO2 (F2S), forma-se uma olivina de cal e ferro 
(CaO.FeO.SiO2). O composto entra em solução sólida com C2S. 
As fases que podem ter alguma relevância na constituição dos cimentos Portland são 
CaO-C3S-solução sólida de FeO em CaO e C3S-C2S-solução sólida de CaO em FeO. Existem 
ainda os sistemas que envolvem MgO e o sistema quaternário CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 que 
constitui 95% ou mais da composição do cimento Portland. 
Os álcalis são encontrados em pequena quantidade na matéria prima dos cimentos. 
Ocorre alguma volatilização durante a queima e as cinzas da obtenção do cimento são ricas 
em álcalis. O cimento Portland possui aproximadamente de 0,5 a 1,3% de K2O + Na2O. 
A relação entre os componentes minerais básicos no clínquer é de 42-60% em peso de 
C3S, 15-35% em peso de C2S, 5-14% de C3A e 10-16% em peso de C4AF. Na prática, a 
composição da carga é calculada pela proporção dos óxidos no clínquer. Essas proporções 
são chamadas módulos. O módulo de sílica (n) e o de alumina (p) onde:A característica mais importante na composição mineral de um cimento Portland é o 
coeficiente de saturação de sílica com cal (KS), que expressa a proporção entre a quantidade 
de cal que permanece no clínquer após a formação dos silicatos e sulfatos e a quantidade 
de cal necessária para se combinar com a sílica para formar 3CaO.SiO2. 
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Este coeficiente tem utilidade no sentido em que tanto a queima quanto as reações 
podem ser incompletas, levando a um aumento da quantidade de cal livre no clínquer, 
diminuindo o teor de C3S e a quantidade de cal livre é uma medida da ineficiência da 
queima (do processo). De posse do valor desejado de KS e dos dados obtidos das análises 
químicas das matérias primas (rocha calcária e argila), calcula-se suas porcentagens na 
carga. Para o cimento Portland, o coeficiente de saturação está entre 0,8 e 0,95 e quanto 
menor o valor de KS, maior será o conteúdo de C2S no clínquer e menor a atividade do 
cimento. 
3.1. Fabricação 
A manufatura do cimento passa por duas fases, primeiramente a feitura do produto 
intermediário, seguido da pulverização, adição de cargas e aditivos, estocagem e 
empacotamento. Para a obtenção do produto intermediário existem dois métodos 
industriais, o método seco e o úmido. 
O método úmido inicia-se pela desintegração do calcário em moinho de bolas e sua 
mistura com uma pasta de argila e água, seguido de trituração fina em homogeneizador 
mecânico ou pneumático. Após esta etapa, a mistura é carregada em uma fornalha 
cilíndrica inclinada e giratória de tal modo que o material desce em contracorrente ao fluxo 
de calor. Durante esta fase ocorre a calcinação e a formação do clínquer. Ao final do forno, 
uma abertura permite ao material cair em recipientes onde será resfriado e, em seguida, 
estocado para extinção da cal viva presente no clínquer. 
O forno é aquecido com coque, gás ou óleo combustível. A interação resulta nos 
processos sucessivos de evaporação da água, desidratação mineral, dissociação do calcário 
e reações entre o óxido formado (CaO) e os compostos da argila (SiO2, Al2O3 e Fe2O3). Na 
zona de sinterização, o clínquer é finalmente formado a 1450 oC. Resfriado com ar até 50 a 
60 oC através de grades de resfriamento e estocado para extinção (hidratação) da cal livre, 
admissão de aditivos, para se combinar com a cal extinta, e gesso (controle do tempo de 
estocagem). Por fim, a moagem e embalagem do material. 
Vários aditivos são misturados ao cimento para dar-lhe propriedades específicas ou 
para diminuir-lhe o custo. Neste sentido, temos os aditivos hidráulicos como a sílica ativa, 
que aumenta a resistência de um cimento aos efeitos da água e permite seu endurecimento 
sob a água e os plastificantes, substâncias tensoativas que aumentam a elasticidade e as 
propriedades adesivas do cimento; as cargas inertes como a areia, calcário e dolomita; os 
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componentes resistentes a ácidos como a andesita e o granito e os aditivos de controle de 
estocagem (gesso). Um dos mais importantes aditivos é a sílica amorfa que, combinando-se 
com a cal extinta para formar hidrossilicato de cálcio, aumenta significativamente a 
densidade do concreto. Isto leva a um aumento da resistência do cimento à água e diminui 
a corrosão pelo CO2 dissolvido na água. Resumidamente, o processo como um todo pode 
ser descrito pela imagem abaixo.