6 - Aglomerantes Hidráulicos P2 CP

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Cimento Portland
 Em 1824, em busca de inovações para suas obras, o
construtor inglês Joseph Aspdin queimou
conjuntamente pedras calcárias e argila,
transformando-as num pó fino e o resultado
apresentou uma mistura que, após secar, tornava-se
tão dura quanto as pedras empregadas nas
construções.
 Essa mistura, que não se dissolvia em água após o
endurecimento, foi patenteada pelo construtor no
mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que
recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades
de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha
britânica de Portland.
 O cimento Portland é um Aglomerante Hidráulico
comercializado em forma de um pó fino, que endurece
através de reação com água, formando uma pasta com
propriedades aglomerantes, aglutinantes e ligantes, e
que depois de endurecido, mesmo que seja novamente
submetido à ação da água não se decompõe mais.
 O cimento é o principal elemento dos concretos e é o
responsável pela transformação da mistura de materiais
que compõem o concreto no produto final desejado.
Matéria Prima
do Cimento Portland:
 Clínquer
 Gesso
Matérias Primas
do Clínquer:
 90,00% Calcário  CaCO3, SiO2, MgO
 9,50% Argila  SiO2, Al2O3, Fe2O3
 0,50% Minério de Ferro  Fe2O3
 CALCÁRIO
◦ O calcário é composto de carbonato de cálcio (CaCO3) que se apresenta
na natureza com impurezas como óxidos de magnésio (MgO).
◦ O carbonato de cálcio puro, sob ação do calor, decompõe-se do
seguinte modo:
CaCO3
100%
CaO + CO2
56% 44%
 ARGILA
◦ A argila empregada na fabricação do cimento é essencialmente
constituída de um silicato de alumíno hidratado, geralmente contendo
ferro e outros minerais, em memores proporções. A argila fornece os
óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3 necessários ao processo de fabricação do
cimento.
Pg 9 
No clínquer em pó está a essência do cimento, pois
é ele quem tem a característica de desenvolver
uma reação química, na presença da água, cujas
consequências físicas, são, primeiramente, tornar-
se pastoso, portanto moldável e, em seguida
endurecer, adquirindo elevada resistência e
durabilidade.
 GESSO
◦ O gesso é o produto de adição final no processo de
fabricação do cimento portland, com o fim de regular
o tempo de pega por ocasião das reações de
hidratação.
◦ É encontrado sob as formas de:
◦ Gipsita (CaSO4 . 2 H2O),
◦ Hemidrato (CaSO4 .
1/2 H2O),
◦ Ou anidrita (CaSO4).
Sequência de Produção do Cimento Portland
◦ preparo e dosagem da mistura crua;
◦ homogeneização;
◦ cliquerização;
◦ esfriamento;
◦ adições finais e moagem; e
◦ ensacamento.
Preparo da mistura crua
Calcário e as argilas, em proporções
predeterminadas, são enviadas ao moinho de cru
(moinho de bolas, de barras, de rolos) onde se
processa o início da mistura íntima das matérias-
primas e, ao mesmo tempo, a sua pulverização, de
modo a reduzir o diâmetro das partículas a 0,050
mm, em média.
Dosagem da mistura crua
A determinação da porcentagem de cada matéria-
prima na mistura crua depende essencialmente da
composição química das matéria-primas e da
composição que se deseja obter para o cimento
portland, quando terminado o processo de
fabricação.
 A matéria-prima sai do moinho já misturada,
pulverizada e seca.
 Os moinhos de cru do sistema trabalham com
temperaturas elevadas (300 - 400ºc) no seu
interior, o que permite levar a mistura a menos
de 1 % de umidade.
 A mistura moída de calcário e argila ao
atingir a fusão incipiente (±30% em fase
líquida), apresenta reações entre o carbonato
de cálcio (CaCO3), presente no calcário e os
diversos óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3, etc.)
presentes na argila, formando silicatos e
aluminatos, que apresentam reações de
hidratação conferindo resistência mecânica
ao material resultante.
Temperatura Processo
Até 100ºC Evaporação da água livre
500ºC  900ºC Desidroxilação dos minerais argilosos
900ºC  1200ºC Cristalização dos argilo-minerais
decompostos, Decomposição do 
Carbonato e Reação do CaO com os 
sílico-aluminatos
1250ºC  1280ºC Início de formação de fase vítrea
Acima de 1280ºC Clinquerização
 No forno, como resultado do tratamento sofrido, a
matéria-prima transforma-se em clínquer. Na
saída, o material apresenta-se na forma de bolas
de diâmetro máximo variável entre 1cm a 3cm. As
bolas que constituem o clínquer saem do forno a
uma temperatura da ordem de 1200ºC a 1300ºC,
pois há um início de abaixamento de temperatura,
na fase final, ainda no interior do forno.
 O clínquer sai do forno e passa ao equipamento
esfriador, que pode ser de vários tipos. Sua
finalidade é reduzir a temperatura, mais ou menos
rapidamente, pela passagem de uma corrente de ar
frio no clínquer. Dependendo da instalação, na
saída do esfriador o clínquer apresenta-se com
temperatura entre 50ºC e 70ºC, em média.
 O clínquer, após o esfriamento, é transportado e
estocado em depósitos.
 O esfriamento brusco do clíquer se destina,
sobretudo, a impedir a formação de cristais de
periclásio, que transformar-se em Mg(OH)2
(hidróxido de magnésio), quando o concreto que
os contenha for empregado em obras sujeitas à
presença de umidade cujas consequências serão
estudadas no capitúlo “Patologias do Concreto”.
 O cimento portland resultante da moagem do clínquer,
com os aditivos permitidos, é transportado mecânica e
pneumaticamente para os silos de cimento a granel,
onde é estocado.
 Após os ensaios finais de qualidade do cimento
estocado, ele é enviado aos silos para a operação de
ensacamento,operação feita em máquinas especiais que
automaticamente enchem os sacos e os soltam assim
que atingem o peso especificado de 50 Kg.
Resumidamente:
 A rocha calcária é primeiramente britada, depois moída e em
seguida misturada, em proporções adequadas, com argila e
minério de ferro, ambos também moídos.
 Essa mistura atravessa então, um forno giratório, cuja
temperatura interna chega a alcançar 14500C, atingindo uma
fusão incipiente.
 Esse calor é que transforma a mistura, no clínquer, que se
apresenta primeiramente na forma de pelotas.
 Na saída do forno, o clínquer ainda incandescente é bruscamente
resfriado, e finamente moído, transformando-se em pó.
Processo de produção do Cimento Portland segundo ABCP
 Os diferentes tipos de cimento têm uma nomenclatura
própria e são fabricados segundo as resistências à
compressão de 25, 32 ou 40MPa.
 O cimento Portland é embalado em sacos de papel
kraft, com 50 kg, com exceção para o cimento ARI
que é comercializado em sacos de 40 kg.
 No caso de usinas de concreto ou grandes obras onde
dispõem-se de silos para armazenamento, o cimento
é fornecido a granel em grandes quantidades.
tetra-calcário
bi-calcário
No interior do forno de produção de cimento, a sílica, a 
alumina, o óxido de ferro e a cal reagem dando origem 
ao clínquer, cujos compostos principais são os 
seguintes:
tri-calcário
tri-calcário
 As informações técnicas relacionadas à
hidratação do cimento portland são
quimicamente complexas, mas alguns
aspectos gerais nos proporcionam uma
idéia global sobre as principais reações
químicas que desenvolvem a sua
cristalização.
Os compostos anidros do cimento portland
reagem com a água (hidrólise), dando origem a
compostos hidratados de duas categorias:
a) compostos cristalinos hidratados;
b) gel.
 Quando os grãos de cimento entram em contato com a
água, inicia-se uma atividade química em sua supefície
formando cristais (em forma de agulhas de crescimento
lento) e gel.
 A mistura de cimento e água forma uma solução alcalina
de PH entre 11 e 13, onde os silicatos se solubilizam
formando cristais dehidratados insolúveis que se
entrelaçam, solidificando a mistura.
Responsável pela resistência nas primeiras horas (início de pega).
2
_
CaSO4.2(H2O)
Lixiviação  processo de extração de uma substância presente 
em componentes sólidos através da sua dissolução num líquido.
+3( )+26H  Etringita+300cal/g


2
_
 O retardamento do início de pega do cimento 
se deve à reação entre o C3A do Clínquer do 
cimento com os sulfatos adicionados ao 
Clinquer, na presença da água, formando a 
etringita (ou etringite).
 Para obter o maior tempo possível de início 
de pega, é necessário balancear as fontes de 
sulfato adicionadas ao clínquer do cimento. 
 Essas fontes de sulfato são:
 O retardamento do início de pega do cimento 
se deve à reação entre o C3A do Clínquer do 
cimento com os sulfatos adicionados ao 
Clinquer, na presença da água, formando a 
etringita (ou etringite).
 Para obter o maior tempo possível de início 
de pega, é necessário balancear as fontes de 
sulfato adicionadas ao clínquer do cimento. 
 Essas fontes de sulfato são:
• Pasta de cimento, 30 minutos após a mistura do cimento com a água.
• A dimensão de 2 µm, mostrada na figura, é a espessura aproximada da película 
de água que envolve cada grão de cimento.
 O sulfato de cálcio (gesso hemidrato), que se
dissolve na água, reage nos primeiros
minutos, com parte do C3A do grão do
cimento, formando a etringita na superfície
do grão.
Onde:
A expressão da etringita segundo a nomenclatura 
clássica da química seria:
O grão de cimento fica totalmente coberto pela etringita, e isso
impede entre 2 a 4 horas, a continuação da hidratação do grão
de cimento e esse tempo é chamado de período de dormência.
3
Fase 1: Hidrólise inicial – dissolução de íons na água.
 Ao primeiro contato com a água, os íons de Cálcio Ca++ e os íons
alcalinos Na+ e K+ são rapidamente liberados da superfície dos
grãos de cimento e/ou de gesso. O Ph da água sobe rapidamente
para 12, em poucos minutos. A solução fica fortemente alcalina.
 Quando a concentração de Cálcio e de hidróxidos alcança um
valor crítico, os produtos de hidratação C-H e C-S-H começam a
cristalizar, a partir da solução aquosa.
_
Fase 2 : Período de dormência.
Início da formação de etringita na superfície dos 
grãos de cimento.
_
Fase 3 : Retomada da hidratação.
Formação dos produtos da hidratação C-H e C-S-H.
_
Fase 4 : Redução da taxa de hidratação.
Difusão através dos grãos. Formação dos produtos 
da hidratação C-H e C-S-H.
_
Fase 5 : Hidratação lenta.
Formação lenta dos produtos da hidratação de
C-H e C-S-H.
_
água
ar
água
ar
 Além de existirem vários tipos de cimento,
existem, também, diferentes classes de
cimento.
 A classe do cimento define a resistência à
compressão que o cimento tem que atingir
aos 28 dias e, tal como os tipos de cimento,
também é expressa de forma abreviada, ou
seja, em siglas.
 A resistência mecânica dos cimentos é determinada
pela resistência à compressão apresentada por
corpos de prova produzidos com Argamassa
Normal1.
 A forma dos corpos de prova, suas dimensões,
características, dosagem da argamassa e os
métodos de ensaios, são definidos pela NBR 7215.
• 1Argamassa Normal: mistura de cimento, areia normal2 e água.
• 2Areia Normal: será apresentada a seguir.
 A areia normal brasileira é um material de
referência utilizado por todos os laboratórios
nacionais que realizam ensaios físico-mecânicos
de cimento Portland, seja no controle de
processo de produção dos fabricantes de
cimentos Portland, seja pelos laboratórios de
materiais de construção civil, em geral.
 A exigência do uso da areia normal brasileira
como material de referência está estabelecida na
norma ABNT NBR 7215: 1996 - Ensaio de
cimento Portland: Método de ensaio, sendo
empregada na moldagem de corpos-de-prova
visando classificar o cimento de acordo com sua
resistência mecânica à compressão, isto é, classe
25, 32 ou 40 MPa.
 A produção da areia normal brasileira demanda
controles específicos de materiais e de
processos, envolvendo ensaios que demandam
capacitação técnica e laboratorial e envolvem
áreas multidisciplinares relacionadas à
prospecção geológica, mineralogia e tecnologia
de produção de materiais de construção civil.
 A produção e fornecimento deste material são
atribuições do IPT desde 1982, conforme
estabelecido na ABNT NBR 7214: 1982 - Areia
normal para ensaio de cimento.
grossa (#16)
média grossa (#30)
média fina (#50)
fina (#100)
 Até o ano de 1986, a unidade em que se media a
resistência do corpo-de-prova padronizado era o
quilograma-força por centímetro quadrado.
 A partir do ano de 1987, a resistência à
compressão dos cimentos brasileiros passou a
ser expressa pela unidade internacional chamada
Mega Pascal, conforme determinação do
INMETRO.
 Essa nova unidade é abreviada como MPa e como
1 MPa é exatamente igual a 10,197 kgf/cm2, essa
relação é arredondada para 1 MPa ≅ 10 kgf/cm2.
No Brasil existem três classes de cimento e a
Tabela abaixo mostra como elas eram definidas e
codificadas até 1986 e como são agora.
NBR 7215 – Determinação da Classe do Cimento Portland
◦ Corpos de Prova Cilíndricos 50x100mm
◦ Traço  1:3(Areia Normal – IPT): 0,48 (a/c)
◦ Enchimento dos Moldes – 4 camadas com 30 golpes
◦ Rompimento – 1/3/7/28 dias
NBR 7215 – Determinação da Classe do Cimento Portland
NBR 7215 – Determinação da Classe do Cimento Portland
Resistências Obrigatórias:
 Com base em dados da Associação Brasileira
de Cimento Portland, a média de ganho de
resistência de alguns cimentos brasileiros,
pode ser apresentada segundo o gráfico a
seguir:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 7 14 21 28
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 (
M
P
a
)
Dias
CP V-ARI
CPII-E 40
CPII-E 32
CPII-E 25
 Nem todos os tipos de cimento Portland são
oferecidos nas três classes (25, 32 e 40).
 Na prática, o tipo de cimento mais disponível no
mercado é o composto com adição de escória na
classe 32  CPII E - 32.
 A classe 25 possui pouca comercialização.
 Os cimentos do tipo pozolânico são
comercializados apenas nas regiões onde se
encontram em grandes quantidades as matérias-
primas utilizadas em sua fabricação.
 Os cimentos do tipo alta resistência inicial e
resistentes a sulfatos geralmente são
disponibilizados por encomenda.
 A oferta de cimento segundo o tipo e a classe é
apresentada na Tabela a seguir.
Pg 10 
 As adições são outras matérias-primas, que
misturadas ao clínquer na fase de moagem,
fazem com que se obtenha os diversos tipos de
cimento Portland apresentados anteriormente.
 As principais matérias-primas adicionadas ao
clínquer são: o gesso, as escórias de alto-
forno, os materiais pozolânicos e os materiais
carbonáticos.
 A contribuição de cada uma destas adições, às
propriedades finais do cimento podem ser
resumidas da seguinte forma:
 Possui como função básica regular o tempo
de pega do cimento, através da formação
da etringita, conforme apresentado
anteriormente.
 A escória é o subproduto obtido durante a produção
de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas, resultante
do processo de fusão do minério de ferro, com cal e
carvão.
 A escória se separa do ferro gusa por diferença de
densidade.
 Quimicamente, é composta de uma série de silicatos
que ao serem adicionados ao clínquer do cimento, são
capazes de sofrer reações de hidratação e posterior
endurecimento.
 A adição de escória contribui para a melhoria de
algumas propriedades do cimento, como, por
exemplo, a durabilidade e a resistência à agentesquímicos
 São rochas vulcânicas ou matérias orgânicas
fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de
argilas queimadas em elevadas temperaturas e
derivados da queima de carvão mineral nas usinas
termelétricas, entre outros.
 Esses materiais, também apresentam propriedades 
ligantes, se bem que de forma potencial (para que 
passem a desenvolver a propriedade de ligante não 
basta a água, é necessária a presença de mais um 
outro material, por exemplo o clínquer).
 O cimento com adição desse material apresenta a 
vantagem de conferir maior impermeabilidade as 
misturas com ele produzidas 
 São minerais moídos e calcinados.
 Contribuem para tornar a mistura mais
trabalhável e agem como um lubrificante
entre as partículas dos demais componentes
do cimento.
As adições de componentes no cimento serão 
apresentadas a seguir pelo percentual em 
massa.
 O cimento Portland comum é aquele constituído
basicamente de clínquer, gesso e nenhuma ou
muito pequenas quantidades de materiais
carbonáticos e adições de escória de alto forno
ou materiais pozolânicos.
 Quando a quantidade de adição está em torno de
10% a Norma Brasileira classifica como cimento
Portland composto, com os três subtipos vistos
abaixo:
 O cimento Portland de alto-forno se caracteriza
por conter quantidades maiores de adição de
escória de alto-forno.
 A escória é o subproduto obtido durante a
produção de ferro-gusa nas indústrias
siderúrgicas, resultante do processo de fusão do
minério de ferro, com cal e carvão.
 A escória também possui a propriedade potencial
de ligante hidráulico, ou seja, em presença de
água e meio alcalino, desenvolve uma reação
química que a torna primeiro pastosa e depois
endurecida.
 A reação química da escória de alto-forno em
presença de água apresenta pequenas diferenças
em relação à desenvolvida pelo clínquer em pó
com essa mesma água.
 A reação química da escória de alto-forno com a
água se processa em velocidade um pouco
menor do que a do clínquer moído. Em
conseqüência disso, o cimento de alto-forno leva
mais tempo para endurecer.
 Mas, em compensação, esse tempo a mais
permite que os grãos e partículas que o
compõem se liguem melhor entre si, reduzindo,
também, os espaços vazios ou poros entre eles,
fato que proporciona uma maior durabilidade e,
principalmente, um ganho significativo de
resistência em idades mais avançadas.
 Além disso, o cimento de alto-forno produz
menos calor durante a hidratação. Este fato, em
geral, beneficia as argamassas e os concretos
confeccionados em grandes volumes com esse
tipo de cimento.
 O cimento Portland pozolânico se caracteriza por 
conter uma quantidade maior de adição de 
materiais pozolânicos. 
 Os materiais pozolânicos, como as escórias de 
alto-forno, apresentam propriedade potencial de 
atuar como ligante hidráulico.
 A reação dos materiais pozolânicos com a água só 
vai acontecer quando houver, também, a presença 
de clínquer em pó.
 Na realidade, a reação dos materiais pozolânicos
só começa depois que a reação entre o clínquer
moído e a água já estiver iniciada. 
 Mas, em compensação, uma vez iniciada, ela se 
processa em velocidade superior à do cimento de 
alto-forno (CP III), embora ainda um pouco menor 
que a do cimento Portland comum, de modo que 
continua havendo mais tempo para que as 
partículas e grãos que compõem o cimento 
pozolânico se liguem de forma mais íntima, através 
de um número maior de pontos de contato, 
reduzindo, assim, os espaços vazios ou poros 
entre eles, com o conseqüente aumento de 
durabilidade e menor calor gerado na reação, sobre 
as argamassas e os concretos. 
 O cimento Portland de alta resistência inicial não é 
propriamente um tipo de cimento que se diferencia 
dos demais pelas matérias-primas que são 
adicionadas ao seu clínquer moído com gesso.
 Trata-se, na realidade, de um tipo particular de 
cimento Portland comum, cuja principal diferença 
em relação aos demais tipos é atingir altas 
resistências nos primeiros dias.
 O que faz o cimento de alta resistência inicial 
desenvolver essas altas resistências nos primeiros 
dias é a utilização de uma dosagem diferenciada de 
calcário e argila na produção do clínquer, bem 
como a sua moagem mais fina, de modo que esse 
cimento, ao reagir com a água, adquira elevadas 
resistências, com velocidade muito maior. 
São considerados cimentos resistentes a sulfatos:
a) os que tiverem teores de C3A do clínquer e de
adições carbonáticas iguais ou inferiores a 8% e
5% (em massa do aglomerante total),
respectivamente;
b) os que tiverem antecedentes de resultados de
ensaios de longa duração em obras que
comprovem resistência a sulfatos;
c) os Portland de alto-forno que contiverem entre
60% e 70% de escória granulada e os Portland
pozolânicos com 25% a 40% de material
pozolânico.
 Nos dois primeiros casos o cimento deve 
atender, ainda, a uma das normas NBR 5732, 
5733, 5735, 5736 e 11578.
 Para Cimento Portland de ARI (NBR 5733), 
admite-se a adição de escória granulada de alto-
forno ou de materiais pozolânicos, para os fins 
específicos da NBR 5737. 
 O cimento Portland branco é um tipo de 
cimento que se diferencia dos demais tipos 
pela coloração. Trata-se de um cimento 
composto basicamente de clínquer e gesso, 
sendo que no processo de fabricação do seu 
clínquer é eliminado o ferro contido na argila, 
já que é esse mineral o responsável pela 
coloração cinza dos demais tipos de cimento 
Portland. 
 No Brasil, o cimento Portland branco é 
oferecido no mercado em duas versões:
 para uso em argamassa/pastas  cimento 
branco não estrutural,
 outra que pode ser empregada para fazer 
concretos  cimento branco estrutural. 
 O cimento branco estrutural, além de atender 
a uma possível estética de projeto, também, 
faz com que a superfície reflita os raios 
solares, transmitindo menos calor para o 
interior da construção. 
 As influências assinaladas na tabela anterior são
relativas, podendo-se ampliar ou reduzir o seu efeito
sobre as argamassa e concretos, através do aumento e
diminuição da quantidade de seus componentes,
sobretudo a água e o cimento. As características dos
demais componentes, também podem alterar a
dimensão dessas influências. Pode-se, ainda, usar
aditivos químicos para reduzir certas influências ou
aumentar o efeito de outras, quando desejado.
 Tudo isso leva a conclusão de que é necessário estudar
a dosagem ideal dos componentes das argamassas e
concreto a partir do tipo de cimento escolhido,
conforme será demonstrado posteriormente.
Recomendações para Aplicação de cada tipo de Cimento
CPI Concreto em geral sem exposição ao sulfato.
CPII Z - pozolânico obras civis em geral, subterrâneas, marítimas e industriais.
CP II E - escória de 
alto forno
baixo calor de hidratação. Resistente a sulfatos.
CP II F – Filer, 
material 
carbonático
Para aplicações gerais.
CP III AF – Alto 
Forno
baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-
agregado, além de ser resistente a sulfatos. obras de concreto-massa.
CP IV – 32 
pozolana
obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. baixo calor de hidratação.
CP V ARI resistência inicial elevada e desforma rápida.
CP RS redes de esgotos de águas servidas ou industriais e água do mar.
CP BC Baixo calor de hidratação; obras de concreto-massa.
CP B Branco. Estrutural de 25 a 40 MPa; Não estrutural rejuntes e aplicações sem 
responsabilidades estruturais.
 Quando fornecido em sacos, as embalagens 
são de marcação padronizada, contendo a 
marca, o fabricante, o tipo e a classe.
 Considerando que o cimento é um produto 
perecível, alguns cuidados são necessáriospara o armazenamento do cimento na obra, 
tais como:
 abrigar da umidade - o cimento não deve, 
antes de ser usado, entrar em contato com a 
água ou com a umidade, pois caso isto 
aconteça, empedrará, Devemos reservar um 
local para construção de um barracão 
coberto, e com estrados de madeira, para 
isolar o contato dos sacos com o solo; 
 não formar grandes pilhas - a pressão dos 
sacos superiores sobre os inferiores 
diminuem o módulo de finura do cimento. 
Recomenda-se não fazer pilhas com mais de 
10 sacos. 
 não estocar por muito tempo - o cimento 
deve ser estocado por um período máximo de 
um mês, mesmo assim tomando-se as 
precauções anteriores.