Tema III.Ligantes

Prévia do material em texto

Pa
ge
1	
TEMA III. Ligantes hidráulicos 
 
3.1. Ligantes Definição 
 
A designação de ligantes deve-se à propriedade que têm de poder aglomerar uma 
proporção elevada de materiais inertes (areias, godos, pedra britada, etc.), conferindo ao 
conjunto grande coesão e resistência, o que os torna aptos a serem utilizados na 
construção como argamassas e betões. 
 
— Tipos de Ligantes 
 
Os ligantes podem ser: 
 
1) Hidrófilos 
2) Hidrófobos 
 
Os ligantes Hidrófilos são constituídos por pós muito finos que amassados com água 
formam uma pasta cujo endurecimento se dá apenas pela reacção química entre o pó e a 
água. 
 
Os ligantes Hidrófilos dividem-se em: 
 
a) Ligantes Aéreos – porque só endurecem ao ar, por acção do anidrido carbónico da 
atmosfera que os transforma em carbonatos. Ex.: Cal aérea, Gesso. 
 
b) Ligantes hidráulicos – porque além de endurecerem ao ar, são capazes de adquirir 
elevadas resistências debaixo de água, suportando perfeitamente a sua acção. Ex.: 
Cal hidráulica, Cimento. 
 
Os ligantes Hidrófobos são líquidos viscosos ou soluções resinosas que endurecem por 
aumento da viscosidade e formação de estruturas coloidais rígidas. Ex.: Betume e Asfalto 
(Vulgo alcatrão). 
 
a. Ligantes aéreos 
 
Ø Cal Aérea 
 
É o ligante que resulta da decomposição, pela acção da temperatura, duma rocha com 
percentagem não inferior a 95% de carbonato de cálcio, ou de cálcio e magnésio. 
 
As cais aéreas derivadas de calcários quase puros, com teores de carbonato não inferiores 
a 99%, são consideradas gordas e; as cais aéreas provenientes de calcários com teores de 
argila e outras impurezas compreendidos entre 1 a 5%, denominam-se magras. 
 
Quando ao teor de óxido de magnésio (dolomite), associado ao óxido de cálcio, excede 
em 20%, as cais aéreas denominam-se magnesianas (dolomíticas). 
 
O produto obtido pela cozedura destes calcários designa-se cal viva (óxido de cálcio) que, 
por reacção com água (extinção), fornece a cal apagada (ou cal hidratada). 
 
Pa
ge
2	
 
A reacção para obtenção da cal viva é: 
 
 
CaCO3 → CaO + CO2 (g) – 42,5 calorias 
 
 
Aspecto geral do calcário antes e depois de calcinado 
 
A reacção verifica-se a cerca de 894oC e o processo de cozedura denomina-se calcinação. 
 
Antes de aplicada, a cal viva tem de ser extinta por imersão ou aspersão com água, 
produzindo-se a seguinte reacção: 
 
CaO +H2O (l) → Ca (OH)2 +15,5 calorias 
 
 
O produto final: cal em pó e leite de cal 
 
Quando, depois de aplicação, a cal se carbonata, combinando-se com o dióxido de 
carbono da atmosfera, a reacção é: 
 
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (g) + 42,5 calorias 
 
A cal aérea pode ser aplicada no fabrico de blocos siliciosos; no fabrico de estuques 
misturada com o gesso; na execução de argamassas misturadas com areia siliciosa ou 
 
Pa
ge
3	
calcária; em argamassa adicionada ao cimento portland e/ou cal hidráulica; usada na 
caiação de muros e certas paredes sob forma de leite de cal. 
 
 
Ø Gesso 
 
O gesso é um aglomerante aéreo que se caracteriza pela presa rápida e é obtido a partir da 
gipsita (pedra natural do gesso - sulfato de cálcio desidratado). 
 
Depois de extraída a pedra das pedreiras, tritura-se e submete-se a coação para lhe extrair, 
parcial ou totalmente, a água de cristalização que contém no estado natural, convertendo-
se em sulfato de cálcio hemihidratado. Por fim, o produto final mói-se. 
 
CaSO4.2H2O → CaSO4.H2O + H2O (l) 
 
O gesso pode ser aplicado em alvenaria (confecção de argamassas simples ou compostas, 
construção de muros, tabiques e pilares, pavimentos, arcos e abóbadas, tectos lisos, etc., 
assim como para rebocos e estucagem); na fabricação de pedras artificiais e pré-
fabricados (ladrilhos e blocos, mosaicos, placas entalhadas para tectos falsos, paredes, 
muros, etc.); em decoração (artesanato, tectos, etc.). 
 
b. Ligantes Hidráulicos 
 
Ø Cal Hidráulica 
 
Quando o calcário que se sujeita a acção da temperatura (neste caso, entre 1200 e 
1500oC) tem quantidades de argila compreendidas entre 5 a 20%, além da formação do 
óxido de cálcio, há combinação de sílica e alumina com este, formando-se silicatos e 
aluminatos que, hidratando-se, dão origem a produtos que endurecem tanto na água como 
ao ar – são denominadas por cais hidráulicas. 
 
A preparação da cal hidráulica é feita como a da cal aérea, em fornos verticais de 
alvenaria, com revestimento refractário. 
 
Tendo em conta as suas características de resistência mecânica, as cais hidráulicas são 
utilizáveis na alvenaria corrente, betão em massa sujeito a tensões moderadas, fundações, 
rebocos, etc.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pa
ge
4	
Ø Cimento 
 
É um material inorgânico finamente moído, que convenientemente amassado com água, 
forma uma pasta que, devido a reacções de hidratação, faz presa, endurece e permanece 
mecanicamente resistente e estável, tanto ao ar como na água. 
 
O cimento aplica-se, basicamente combinado com outros materiais, na confecção de 
aglomerados, especialmente, argamassas e betões. 
 
O ligante hidráulico mais importante de todos é o cimento portland artificial. 
 
3.2. Cimento Portland 
 
O nome do cimento “portland” derivou de um comentário no qual se afirmava que com o 
tal cimento produzido se obtinha uma massa pétrea semelhante em cor, solidez e 
durabilidade ao então conhecido calcário da ilha de Portland. 
 
— Definição 
 
 É uma mistura devidamente proporcionada de calcário (carbonato de cálcio), 
argila (silicatos de alumínio e ferro) e, eventualmente, outras substâncias apropriadas 
ricas em sílica, alumina ou ferro, reduzida a um pó muito fino que se sujeita a acção de 
temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos rotativos. 
 
— Composição da matéria-prima 
 
A mistura das matérias-primas, calcário e argila, é doseada de tal modo que, depois de 
perder a água e o dióxido de carbono, devido à elevada temperatura atingida no forno, 
tenha uma composição química (centesimal) dentro dos limites seguintes: 
 
CaO – 60 a 68% 
SiO2 – 17 a 25% 
Al2O3 – 2 a 9% 
Fe2O3 – 0,5 a 6% 
 
Para além destes compostos principais, a matéria-prima contém ainda metais alcalinos, 
magnésio, manganês, titânio, fósforo, e, eventualmente, sulfatos: 
 
MgO – 0 a 2% 
K2O e Na2O – 0,5 a 1,5% 
 
Com o fim de obter produtos com a necessária regularidade de composição e de 
propriedades, é preciso que entre os óxidos elementares existam certas relações, 
denominadas módulos. 
 
Módulo Hidráulico 
2,3 a 1,7
OFeOAlSiO
CaOMh
32322
=
++
= 
 
Pa
ge
5	
 
Módulo Silícico 
3 a 2
OFeOAl
SiOMs
3232
2 =
+
= 
 
Módulo de Fundentes 
2,5 a 1,5
OFe
OAlMf
32
32 == 
 
Módulo do Grau de Saturação em Cálcio 
 
0,98 a 0,90
O0,65FeO1,18Al2,8SiO
CaOMgsc
32322
=
++
= 
 
 
 
— Fabricação, transporte e armazenamento do cimento portland 
 
O processo de fabricação do cimento portland consiste essencialmente em 3 etapas 
básicas: 
 
1) Preparação da mistura; 
2) Cozedura; 
3) Moagem. 
 
No preparo da mistura, esta deve ficar homogénea e dividida, com elevada superfície 
para permitir um maior contacto entre os componentes, de modo que a proporção entre os 
constituintes surge como factor básico da sua qualidade, procurando-se respeitar 
determinadas relações entre as percentagens de CaO, SiO2, Al2O3 e Fe2O3 (módulos). 
 
Há dois processos de fabrico do cimento: um em que a matéria-prima é moída e 
homogeneizada dentro da água (via húmida) e outro em que a moedura e 
homogeneização é feita a seco (via seca). 
 
Na cozedura as temperaturas atingidas no interior do forno (1400-1500oC) e o posterior 
arrefecimento são também de grande importância, para permitirem a formação dos 
compostos do clinquer (material duro e granulado com dimensões variáveis entre 2 mm e 
20 mm), que apresenta a composição característica do cimento. 
 
 
Pa
ge
6	
 
Vista parcial de um forno rotativo para fabricação de cimento. 
 
O arrefecimento do clinquer a saída do forno é rápida (até 180 a 125oC)e usa-se, 
correntemente, um dispositivo chamado planetário constituído por vários tubos 
arrefecedores que envolvem o forno. Armazenado, o clinquer arrefece até temperaturas 
ambientes. 
 
Na fase de moagem, dentro de um moinho de bolas procede-se à transformação do 
clinquer em pó (como se apresenta no nosso quotidiano), onde se controla a finura e a 
superfície específica conforme a qualidade do cimento pretendida, e se adiciona gesso (2 
a 3%) para regular a presa. Daí o cimento passa para grandes silos, onde é 
homogeneizado e depois distribuído, a granel ou em sacos. 
 
Sendo que cerca de 70 a 80% da matéria-prima é o calcário, normalmente a fabrica de 
cimento situa-se junto de uma formação calcária, ou preferencialmente, de calcário 
margoso. 
 
Pelo facto de o cimento ser um produto que não suporta grandes despesas de transporte 
(em geral não mais do que 100 km) é recomendável que a fabrica se situe próxima dos 
centros consumidores. 
 
No transporte e armazenamento do cimento, é necessário ter em conta a protecção contra 
a humidade e sobreposição de sacos com vista a evitar a respectiva presa antecipada e a 
perda de qualidade. 
 
Pa
ge
7	
 
Fabrica de Cimento 
 
 
Pa
ge
8	
 
— Hidratação do cimento portland 
 
Para se obter, a partir do cimento, um sólido com resistência necessária, é preciso 
misturá-lo com água, fazendo com que os sais minerais que o compõem reajam dando 
origem a um novo sistema de compostos hidratados estáveis que cristalizam, 
emaranhando-se e colando-se uns aos outros, o que confere ao conjunto uma resistência 
notável. 
 
A precipitação dos produtos da reacção dos componentes do clinquer com a água permite 
a dissolução de nova quantidade dos componentes anidros e assim sucessivamente, 
continuando a reacção até haver água suficiente para transformação integral do sistema 
anidro em hidratado. 
 
Na passagem ao estado sólido da mistura de cimento com água (pasta de cimento) 
distinguem-se dois períodos: a presa e o endurecimento. 
 
A presa consiste na perda progressiva da consistência pastosa da mistura de cimento com 
água. 
 
O instante em que a massa começa a perder a sua consistência pastosa é o início de presa. 
 
O instante em que a massa deixa de ser deformável, transformando-se numa massa rígida, 
é o fim da presa e o início do endurecimento. 
 
O endurecimento é o aumento de rigidez ao longo do tempo. Refere-se ao 
desenvolvimento de todas as características necessárias para que o material desempenhe 
o seu papel na construção. 
 
3.3. Principais propriedades físicas e químicas conferidas ao cimento portland pelos 
seus componentes minerológicos 
 
— Tensões de rotura 
 
O silicato tricálcico é o componente que reage mais rapidamente com a água, atingindo 
as maiores resistências. 
 
A reacção do silicato bicálcico é muito mais lenta embora, a longo prazo, este 
componente atinge tensões de rotura da ordem, de grandeza das do silicato tricálcico. 
 
O aluminato tricálcico contribui para as tensões de rotura até os 28 dias, praticamente. 
 
O papel do aluminoferrato tetracálcico tem menos interesse no desenvolvimento das 
resistências. 
 
 — Calores de Hidratação 
 
As reacções dos componentes do cimento com água são exotérmicas, dependendo do 
componente a quantidade de calor libertada. 
 
Pa
ge
9	
 
 
 
Os calores de hidratação têm particular importância quando se tratam de betonagens, de 
uma vez só, de grandes massas de betão (como é o caso de barragens), ou em peças em 
que qualquer das três dimensões é superior a 1 ou 2 metros. 
 
As principais características que se verificam na libertação de calor durante a hidratação 
do cimento são as seguintes: 
 
a) Período de pré-indução – um pequeno desenvolvimento de calor durante os 
primeiros minutos, devido à hidratação inicial do silicato tricálcico e à molhagem 
das partículas finas; 
b) Período de indução ou dormente – não há desenvolvimento de calor. Precede a 
reacção química da hidratação; 
c) Período de aceleração da hidratação – há um rápido desenvolvimento de calor que 
se inicia com o princípio de presa; 
d) Período de difusão controlada da hidratação – um desenvolvimento muito lento 
que continua durante semanas, meses e anos. 
 
— Resistência química 
 
A contribuição de cada componente para a resistência química do cimento também não é 
uniforme: há componentes como o silicato bicálcico e os que contêm ferro, que conferem 
maior resistência química do que os outros, como o silicato e o aluminato tricálcicos. 
 
O silicato tricálcico possui a menor resistência química pois necessita de estar em 
contacto com soluções saturadas de hidróxido de cálcio criando assim condições para a 
 
Pa
ge
10
	
formação de sulfoaluminato tricálcico expansivo, e para a reacção expansiva da sílica 
reactiva dos inertes com os álcalis do cimento. 
 
 
 
O aluminato tricálcico é indesejável no cimento, pois, contribui pouco para a tensão de 
rotura, tem um desenvolvimento grande de calor ao reagir com a água, e, quando o 
cimento é atacado pelo ião sulfato, a expansão devida à formação do sulfoaluminato de 
cálcio a partir do aluminato pode levar a desintegração completa do betão, quando a 
reacção se dá num meio saturado de hidróxido de cálcio. 
 
Mas a presença do aluminato é importante para e obter uma fase líquida durante a 
cozedura do clinquer (juntamente com o ferrato), o que permite a combinação da cal com 
a sílica. O que torna a fabricação mais económica. 
 
3.4. Especificações do cimento portland 
 
Para ser aplicado com segurança, o cimento portland tem de possuir determinadas 
características impostas por normas que, embora com muitas características comuns, 
diferem de país para país. 
 
Em Moçambique, temos vindo a usar as normas portuguesas, NP 2064 e NP 2065. As 
características fixadas são de natureza química e física: 
 
o Resíduo Insolúvel 
 
 
Pa
ge
11
	
Designa-se assim a parte de cimento que não é solúvel a quente, e, em determinadas 
condições, no ácido clorídrico (HCl). 
 
Este ensaio permite detectar o grau de combinação entre os diferentes componentes das 
matérias-primas (em princípio, calcário e argila) que entram na fabricação do cimento. 
 
O teor de resíduo insolúvel é limitado pelas normas, não só para garantir a melhor 
combinação possível, mas também para evitar fraudes, como adição de substâncias 
inertes ao cimento, que, de outro modo, seria difícil detectar. 
 
Portanto, a partir deste ensaio define-se o grau de adulteração do cimento. 
 
O resíduo insolúvel máximo admissível é igual a 3% da massa do cimento. 
 
o Perda ao Rubro 
 
É também uma característica limitada, a perda de massa a 1000oC. 
 
Como o arrefecimento do clínquer, a sua moedura, ensacagem e diferentes manipulações 
que o cimento sofre até ser utilizado na betoneira são feitas em contacto com o ar, o 
vapor de água existente neste (humidade) vai sendo fixado pelos componentes do 
cimento, provocando reacções incipientes de hidratação nos mais vulneráveis. 
 
Há dessa maneira, criação de pequenas percentagens de substâncias inertes que irão 
repercutir negativamente nas resistências a atingir. 
 
A limitação da perda ao fogo garante que se não utilizará cimento envelhecido, sujeito já 
a uma hidratação superior à que lhe confere a manipulação corrente na fabricação, 
transporte e armazenagem. 
 
O seu valor máximo admissível é igual a 5,5% da massa de cimento. 
 
o Óxido de magnésio 
 
O MgO pernicioso, devido a sua hidratação expansiva, está no estado livre e cristalizado 
(periclase), não podendo reagir de imediato com a água, demorando semanas, meses ou 
mesmos anos, dando-se depois a passagem a hidróxido sem dissolução prévia, o que 
torna expansiva a reacção. 
 
A expansão provoca a diminuição ou desaparecimento da coesão, pelo menos no local em 
que se dá, o que pode por em perigo a resistência total da argamassa ou betão. 
 
O teor de magnésia é limitado ao valor de 4,0%. 
 
o Trióxido de enxofre 
 
A reacção do aluminato tricálcico (C3A) com água é instantâneae muito violenta, 
levando imediatamente a pasta de cimento a uma presa rápida, com resistência baixa. 
 
 
Pa
ge
12
	
Com adição de gesso natural (CaSO4.2H2O) forma-se um sal insolúvel com o aluminato, 
antes deste reagir com a água e com o hidróxido de cálcio, proveniente da rápida 
hidratação inicial do silicato tricálcico e de alguma cal livre – o sulfoaluminato de cálcio 
– podendo-se regular o tempo de presa. 
 
Portanto, quanto mais rico é o cimento em aluminato tricálcico tanto maior é a 
quantidade de gesso que se lhe tende juntar. 
 
Não se pode todavia aumentar muito o teor de gesso porque poderá formar-se o 
sulfoaluminato de cálcio expansivo, perigando a estrutura do cimento hidratado. Por isso, 
o teor máximo do sulfato, expresso em trióxido de enxofre, é fixado em 3,0% na norma 
NP 2064. 
 
— Expansibilidade 
 
A presença da forma cristalizada do óxido de magnésio e da cal livre no cimento podem 
fragmentar e provocar a expansão do betão, dado que naquela forma não reagem com a 
água, hidratando-se apenas depois da presa do cimento. 
 
Com o fim de determinar presença de quantidades perigosas de cal livre e magnésia 
cristalizadas, Le Châtelier imaginou um processo de promover a sua hidratação forçada e 
acelerada colocando a pasta dentro de água a 100oC e medindo expansão respectiva. 
 
A expansão da pasta não deve exceder 4 mm, medida que representa a distância entre 
duas agulhas soldadas num cilindro onde se coloca a pasta. 
 
— Finura 
 
A operação final da fabricação do cimento é a redução do clínquer a pó, de modo a 
aumentar a superfície do material em contacto com a água. 
 
a) Resíduo de peneiração – é o resíduo (resto ou massa retida) no peneiro com 
malhas de 88 µm. O cimento não deve ter um resíduo superior a 10%. 
 
b) Superfície específica – é a área total das partículas por unidade de massa do 
cimento. Pode-se determinar por vários métodos mas, o mais popular é o de 
Blaine, em que obriga-se um volume de ar a atravessar uma camada de pó, sob 
uma pressão variável, cuja a variação é constante para todos os cimentos em 
estudo. Determina-se o tempo que tal volume de ar leva a atravessar a camada, o 
que permite o conhecimento do coeficiente de permeabilidade. Daí, a partir de 
uma fórmula empírica, acha-se a superfície específica (
( )2
3
e1P
e14S
−×
=
ηρ
). 
 
Um cimento com resistência 32,5 MPa tem S = 2500 cm2/g e, com 42,5 MPa tem 
S = 3000 cm2/g. 
 
— Presa e endurecimento 
 
 
Pa
ge
13
	
A determinação da presa do cimento é feita com base no Aparelho de Vicat. Neste 
ensaio, mede-se a resistência de uma pasta de cimento à penetração de uma agulha com 1 
mm2 de secção, sob acção de um peso de 300 g. 
 
Depois de o cimento ter sido misturado com água até a consistência normal (penetração 
da sonda de consistência igual a 6 ± 0,5 mm do fundo da taça que contém a pasta), enche-
se um molde tronco-cónico, e diz-se que se atingiu o início de presa quando a agulha já 
não atravessa a pasta até ao fundo, ficando a cerca de 5 mm. 
 
O fim de presa é determinado com uma agulha semelhante provida de um anel com 5 mm 
de diâmetro, de modo que a extremidade da agulha se projecta 0,5 mm além da aresta 
deste acessório. Atinge-se o fim de presa quando a agulha, poisada na superfície do bloco 
ensaiado, deixa a sua marca, sem que o acessório circular imprima qualquer sinal. 
 
Apenas se impõem (para cimentos portland) limites para o início de presa, que deve ter 
lugar entre 1 e 8 horas. 
 
— Massa volúmica 
 
É determinada com usualmente se mede a massa volúmica de um sólido, conhecendo a 
massa e medindo o seu volume através do deslocamento de um líquido (gasolina ou 
petróleo) num volumétrico apropriado (densímetro de Le Châtelier). 
 
O conhecimento desta grandeza permite detectar a existência de material inerte no 
cimento pois, sendo a sua massa volúmica superior a 3,0 e, a massa do inerte da ordem de 
2,6 e 2,7. Um valor da massa volúmica inferior a 3,05 indica um cimento adulterado, mal 
cozido, ou ainda parcialmente hidratado. 
 
— Tensões de rotura 
 
O valor do cimento é medido pela sua tensão de rotura, sendo a característica mais 
importante que deve possuir. 
 
Os ensaios do ligante, feito em argamassa para diminuir as elevadas tensões internas na 
pasta de cimento, são de flexão e compressão; nos de flexão usam-se prismas de 4 x 4 x 
16 cm3 e 10 cm de vão e uma carga concentrada de 1 a 5 kg, a meio vão, na máquina de 
Michaelis. Após a rotura por flexão, cada um dos pedaços do prisma é ensaiado à 
compressão. 
 
A norma preconiza a existência de duas classes de cimento, uma com resistência normal, 
com o mínimo de 30 MPa a 28 dias e à compressão, e outra de elevada resistência, com 
40 MPa de resistência mínima, também a 28 dias. 
 
 
Pa
ge
14
	
 Máquina de Michaelis 
3.5.Cálculo dos componentes principais do cimento portland 
 
— Formação dos componentes principais do cimento portland 
 
A acção da temperatura sobre os componentes da matéria-prima durante a cozedura 
traduz-se na formação de quatro (4) componentes que compõem o clinquer de acordo 
com a seguinte cadeia: 
 
1) Entre 900 e 1200oC, a cal reage com os silicatos e aluminatos formando-se o 
Silicato Bicálcico ( 2CaO.SiO2 ou C2S); 
 
2) Entre 1200 e 1300oC forma-se o Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3 ou C3A) e o 
Aluminoferrato Tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 ou C4AF), sendo que, a 
1260oC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação de 
parte do óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e ferro; 
 
3) Entre 1260 e 1450oC, o C2S já formado reage dando origem ao principal 
componente do cimento portland: o Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2 ou C3S). 
 
Normalmente, o clinquer do cimento portland normal contém tais componentes nas 
seguintes percentagens: 
 C3S - 20 a 65% 
 C2S - 10 a 55% 
 C3A - 0 a 15% 
 C4AF - 5 a 15% 
 
— Estrutura do Clinquer 
 
Na verdade os componentes do clinquer do cimento não são tão simples, pois não 
aparecem no estado puro. 
 
Existem no clinquer óxidos livres e outros componentes em solução sólida com estes, 
criando influências recíprocas muito importantes na composição e estrutura de tais 
componentes. 
 
 
Pa
ge
15
	
Daí que análises realizadas por vários cientistas (dos quais Le Châtelier), descobriram os 
cristais que compõem o clinquer: 
 
a) A Alite – é essencialmente constituída pelo silicato tricálcico com diferentes 
átomos estranhos, como o magnésio, alumínio ou ferro. A fórmula padronizada é 
a seguinte: 
 52 (3CaO.SiO2).6CaO.Al2O3.MgO 
 
b) A Belite – é constituída por silicato bicálcico β, com átomos estranhos, como 
potássio, fósforo, bário, etc.. Os grãos não têm forma cristalina definida 
mostrando cores brilhantes de interferência. 
 
c) A Celite – ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor 
amarelo-alaranjada escura. Constitui-se por uma solução sólida que geralmente é 
composta por: 6CaO.2Al2O3Fe2O3, na qual o aluminoferrato tetracálcico é um 
ponto importante. 
 
d) A Felite – é também constituída por silicato bicálcico β. 
 
Além destes quatro minerais, existe um material isótropo constituído por aluminatos 
(5CaO.3Al2O3 e 12CaO.7Al2O3) e por uma massa vítrea (sem cor e como o vidro), com 
elevado índice de refracção que parece como material de enchimento entre os grãos de 
alite e belite. 
 
As propriedades do cimento são dominadas pela natureza da estrutura do clinquer, a qual 
se pode dizer que varia de cimento para cimento devido às diferenças nas matérias-
primas e no modo de fabrico. 
 
Aspecto esquemático dos principais cristais do clinquer do cimento portland 
 
— Aplicação da “Fórmula de Bogue” 
 
 
Pa
ge
16
	
A fórmula proposta por Bogue (em 1929) é hoje universalmente aceite como a melhor 
aproximação através da ASTM, pois permite rápidasapreciações da qualidade do 
cimento. 
 
Parte-se da análise química do cimento em óxidos elementares, indicados pelos seus 
pesos em percentagens: CaO combinado (cal total subtraída da cal livre), SiO2 
combinado (sílica total subtraída do resíduo insolúvel), Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO livre, 
SO3, e ainda, eventualmente, TiO2, Na2O e K2O. 
 
Dois casos são considerados: 
 
a) Caso em que: 0,64
OFe
OAl
32
32 ≥ 
 
a1) 3323223 SO2,85-OFe1,43-OAl6,72-SiO7,60-CaO4,07SC ×××××= 
 
a2) SC0,754-SiO2,87SC 322 ××= 
 
a3) 32323 OFe1,69-OAl2,65AC ××= 
 
a4) 324 OFe3,04AFC ×= 
 
a5) 34 SO1,70CaSO ×= 
 
b) Caso em que: 0,64
OFe
OAl
32
32 < 
 
a1) 3323223 SO2,85-OFe2,86-OAl4,48-SiO7,60-CaO4,07SC ×××××= 
 
a2) SC0,754-SiO2,87SC 322 ××= 
 
a3) =AC3 Não se forma! 
 
Supõe-se que os compostos de alumina apenas existem na solução sólida de C4AF 
em 2CaO.Fe2O3 (ferrato bicálcico): 
 
a4) 32324 OFe1,70OAl2,10AFC ×+×= 
 
 a5) 34 SO1,70CaSO ×= 
 
A composição assim calculada chama-se “Composição Potencial”, supondo-se que não 
só todo o clinquer está cristalizado, não ficando nenhum material vítreo após o 
arrefecimento, mas também que os compostos formados são puros, sem inclusão de 
átomos estranhos. 
 
 
A ASTM (C-150) define o tipo de cimento de acordo com a composição potencial: 
 
Pa
ge
17
	
 
Tipos de Cimento 
Proporção dos Componentes (%) 
C3S C2S C3A C4AF 
Portland Normal 45 27 11 8 
Portland 
Modificado 44 31 7 13 
Portland de 
Elevada 
Resistência Inicial 
53 19 10 7 
Portland de Baixo 
Calor de 
Hidratação 
20 52 6 14 
Portland Resistente 
à Sulfatos 38 43 4 8 
 
Exercício de Aplicação 
 
Calcule a composição potencial do cimento portland a partir da seguinte composição 
centesimal obtida numa análise química e, diga qual é o tipo de cimento: 
 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 CaOlivre P.F. R.I K2O Na2O 
21.9 5.8 2.7 61.9 1.3 0.3 1.9 4.7 1.4 0.2 0.4 
 
Resolução: 
 
 
 
0,64
OFe
OAl
32
32 ≥
Tipos de Cimento 
Proporção dos Componentes (%) 
C
3
S C
2
S C
3
A C
4
AF 
Portland Normal 45 27 11 8 
Portland X 41,80 31,33 10,80 8,20 
Portland Modificado 44 31 7 13 
Portland de Elevada Resistência Inicial 53 19 10 7 
 
Pa
ge
18
	
 
 
C
3
S = 41,80 
C
2
S = 31,33 
C
3
A = 10,80 
C
4
AF = 8,20 
 
Portland de Baixo Calor de Hidratação 20 52 6 14 
Portland Resistente à Sulfatos 38 43 4 8