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Cimento - conceitos basicos

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1
Cimento Portland
Conceitos básicos, fabricação, tipos, 
normalização, ensaios
Angelo Just da Costa e Silva (Dr.)
Maio, 2009
CONCRETO
Componentes
CONCRETO
Componentes
ESTADO 
FRESCO
ESTADO 
ENDURECIDO
CONCRETO
Componentes
CONCRETO
Componentes
Fase contínua
Pasta de cimento 
endurecida
Fase descontínua
Agregados
Zona de transição
Interface entre a 
pasta e o agregado
CONCRETO
Componentes
2
Pasta com a/c = 0,60
Para fck de 20 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,50
Para fck de 30 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,40
Para fck de 40 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,30
Para fck de 60 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Efeito do 
Super plastificante (1%)
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
3
AGLOMERANTES
• Componente cuja principal característica é 
endurecer quando misturado à água, 
aglutinando as partículas com coesão e 
capacidade de ser moldado (trabalhado)
• Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, 
quando misturados à água, formam pasta 
capaz de endurecer por simples secagem ou 
conseqüência de reações químicas, aderindo às 
superfícies com as quais foram postos em 
contato.
AGLOMERANTES
Classificação
• Quimicamente inertes - barro cru
• Quimicamente ativos:
▫ Aéreos - Após o endurecimento NÃO resistem 
satisfatoriamente quando submetidos à ação da 
água (gesso, cal aérea)
▫ Hidráulicos - Resistem satisfatoriamente à 
água após endurecimento (cimento, cal 
hidráulica)
AGLOMERANTES
Requisitos importantes
• Resistência mecânica - Capacidade de resistir 
a esforços de compressão, tração, cisalhamento. 
Importante também conhecer o comportamento 
deste ganho de resistência.
• Durabilidade - Capacidade de manter as suas 
propriedades durante o uso. A degradação pode 
ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, 
sulfatadas) ou internos (compostos no próprio 
aglomerante ou presentes na mistura na qual o 
mesmo está contido).
AGLOMERANTES
Propriedades fundamentais
• Solubilidade - Determina a capacidade de 
dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em 
meio aquoso, influenciada pelo tamanho das 
partículas, reatividade, temperatura etc.
• Reatividade - Facilidade do material de 
interagir quimicamente, tendo influência 
significativa na cinética das reações.
• Área específica - Corresponde à superfície 
efetiva de contato do sólido com o meio externo, 
sendo relacionada com a finura. 
CIMENTO
• Aglomerante hidráulico largamente utilizado 
para a composição de peças estruturais em 
concreto e revestimento devido à sua excelente 
capacidade resistente.
• Tipos: Cimento comum, Portland (comum, 
composto, de alta resistência, de moderada 
resistência a sulfatos, de alta resistência a 
sulfatos etc.)
CIMENTO PORTLAND
Compostos básicos
MATÉRIA PRIMA
 Pedra calcária 
▫ CaCO3
 Argila
▫ SiO2
▫ Al2O3
▫ Fe2O3
▫ Outros
CLÍNQUER
 C3S - 3 CaO . SiO2
 C2S - 2 CaO . SiO2
 C3A - 3 CaO . Al2O3
 C4AF - 4 CaO . Al2O3 . 
Fe2O3
 Outros – álcalis, CaO
~1.500ºC
4
CIMENTO PORTLAND
Processo de fabricação
• Extração e preparo da matéria prima
• Dosagem da mistura
• Clinquerização (fornos rotativos)
• Adições finais (gesso), moagem, ensilagem
CIMENTO PORTLAND
Processo de fabricação
1. Extração da
matéria prima
2. Britagem
3. Moagem da 
mistura crua
4. Homog. da
mistura crua
5. Calcinação
do clínquer
6. Moagem do 
clínquer com 
gesso
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
• C3S - 3 CaO . SiO2 (silicato tricálcico)
▫ Principal responsável pelas propriedades 
hidráulicas, tendo reação rápida com a água
• C2S - 2 CaO . SiO2 (silicato dicálcico)
▫ Reage lentamente com a água, apresentando 
pouca resistência mecânica inicial que tende a 
aumentar significativamente com o decorrer da 
hidratação.
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
• C3A - 3 CaO . Al2O3 (aluminato tricálcico)
▫ Reage instantaneamente com a água (elevada 
liberação de calor de hidratação), sendo, por 
isso, necessária adição de sulfato (gesso) para 
geração de produtos insolúveis na água.
• C4AF - 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 (ferro aluminato
tetracálcico)
▫ Apresenta pega muito rápida.
• Outros - óxido de cálcio livre (CaO), periclásio
(MgO), álcalis (Na2O, K2O), outros compostos
Propriedades dos compostos fundamentais
Compostos fundamentais do Cimento 
Portland Propriedades 
C3S C2S C3A C4AF 
Resistência 
 
boa boa
+
 fraca fraca 
Intensidade 
de reação 
média lenta rápida rápida
-
 
Calor de 
hidratação 
médio pequeno grande pequeno 
Estabilidade 
química 
grande
-
 grande baixa baixa 
 
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer - distribuição
75%
8%
8%
9%
silicatos combinados C3A C4AF Outros
5
CIMENTO PORTLAND
Reações de hidratação
• Silicatos de cálcio (C3S, C2S)
▫ 2 C3S + 6 H2O  C-S-H + 3 Ca(OH)2
▫ 2 C2S + 4 H2O  C-S-H + Ca(OH)2
• Principal componente formado:
▫ C-S-H - 3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O 
silicato cálcico hidratado - gel de tobermorita 
CIMENTO PORTLAND
Reações de hidratação
• Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF)
▫ Devido à adição do sulfato para regulação da 
pega, os aluminatos são analisados já 
combinados com este componente: 
▫ C3A + CaSO4 . 2H2O  etringita 
(C3A.3CS.32H)  C3A CS H + C4AH
▫ C4AF  C3(A,F).3CS.32H  C3(A,F) CS H + 
C4(A,F) H
•  reação imediata  reação lenta
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
DENOMINAÇÃO SIGLA NORMA
Portland comum CPI/CPI-S NBR5732
Portland composto
CPII-Z
CPII-E
CPII-F
NBR1157
Portland de alto forno CPIII NBR5735
Portland Pozolânico CPIV NBR5736
Portland de alta
Resistência Inicial
CPV-ARI NBR5733
Portland Resistente a
Sulfato
CP – RS NBR5737
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
TIPOS DE
CIMENTO
CLÍNQUER +
SULFATO
ESCÓRIA DE
ALTO-FORNO
MATERIAL
POZOLÂNICO
MATERIAL
CARBONÁTICO
CPI 100 0
CPI-S 99-95 1-5
CPII-E 94-56 6-34 0-10
CPII-Z 97-76 6-14 0-10
CPII-F 94-90 6-10
CPIII
Alto forno
65-25 35-70 0-5
CPIV
Pozolânico
85-45 15-50 0-5
CPV – ARI 100-95 0-5
• CP I e CP II 
• São empregados em obras de concreto, em geral, 
não apresentando propriedades específicas para 
um determinado uso. 
• CP III e CP IV
• São empregados em obras de concreto massa e 
em ambientes agressivos. 
• CP V ARI
• São empregados, especificamente, em situações 
que se desejam resistências iniciais elevadas, 
possuindo o inconveniente de gerar elevado 
calor de hidratação. 
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos
• RS são Cimentos Portland resistentes à 
sulfatos, devendo ser designados pela sigla 
original de seu tipo, acrescido de RS.
• Condições:
•C3A, no clínquer, inferior ou igual a 8 % e 
não possuir mais de 5% de CaCO3 e/ou
•Cimento Portland Pozolânico com 
percentual de pozolana entre 25% e 40% e/ou
•Cimento Portland de alto forno com 
percentual de escória entre 60% e 70% 
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos
6
• BC são Cimentos Portland de baixo calor de 
hidratação, devendo ser designados pela sigla 
original de seu tipo, acrescido de BC.
• Condições:
Valores máximos de calor de hidratação em 
Joules por grama (J.g-1) 
3 dias 260
7 dias 300
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos
Cimentos com finura elevada e ricos em C3S 
apresentam rápidas velocidades de hidratação, 
sendo empregados em situações que requerem o 
desenvolvimento de resistências iniciais elevadas. 
Pela rápida liberação de calor, não são 
recomendáveis para uso em concreto massa, 
devido aos problemas de fissuração de origem 
térmica 
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
O Ca(OH)2 e os aluminatos hidratados são 
componentes do clínquer hidratado, mais instáveis 
sob o ataque de sulfatos. Portanto, quanto à 
durabilidade em meio agressivo (sulfatos), clínquer
com percentualelevado de C2S e baixos percentuais 
de C3S e C3A são os mais recomendáveis. Estes 
clínqueres também possuem baixo calor de 
hidratação.
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais
São produtos minerais adicionados em certos 
percentuais ao Cimento Portland (clínquer + gesso), 
com a finalidade de melhorar determinadas 
propriedades, em empregos específicos, nos quais o 
Cimento Portland, sozinho, não possui. Também 
podem ser consideradas adições minerais, produtos 
que entram apenas como carga no Cimento Portland
ADIÇÕES MINERAIS
•Ativas
• Pozolanas (Z)
• Naturais 
• Artificiais
• Argilas calcinadas (Baixa reatividade)
• Metacaulim (Elevada reatividade)
• Subprodutos
• Sílica ativa (Elevada reatividade) 
• Cimentante
• Escória de alto forno (E)
• Inerte
• Calcário moído (F)
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais
São produtos minerais que possuem certa quantidade 
de minerais reativos, os quais possuem a capacidade 
de reagir com o Ca(OH)2, liberado na hidratação do 
clínquer, na presença da água, produzindo silicato de 
cálcio hidratado (CSH).
C3S+H20 CSH+Ca(OH)2
Poz+Ca(OH)2+H20 CSH 
Cimento Portland
Reação Pozolânica
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Pozolanas
7
• A reação pozolânica é lenta, sendo liberado menos 
calor de hidratação, principalmente, nas idades 
iniciais; 
• A reação pozolânica consome Ca(OH)2 em vez de 
produzí-lo; 
• A reação pozolânica induz o refinamento dos 
poros, pela nucleação dos cristais de hidróxido de 
cálcio. 
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Pozolanas
•São adições minerais que, por si só, possuem 
atividade hidraúlica, necessitando apenas da 
presença de água para o endurecimento. 
• Possuem propriedades semelhantes às pozolanas
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Cimentantes
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO 
FÔRNO (E)
São adições que não reagem com nenhum dos 
compostos do clínquer hidratado, entrando apenas 
como carga. 
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Inertes
FILLER CALCÁRIO (F)
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Resistência mecânica
• Endurecimento - resistência mecânica
▫ Processo de preenchimento progressivo dos espaços 
vazios da pasta com os produtos, com redução na 
porosidade e permeabilidade
▫ Importância:
 Determina a capacidade resistente do material aos diversos 
tipos de esforços (compressão, tração, cisalhamento).
• Determinação - NBR 7215:
 Resistência à compressão e tração na compressão diametral - cp
cilíndrico
 Tração na flexão - cp prismático
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Resistência mecânica
CP II E - 32
CP – Cimento Portland
II - Composto
E – Escória de Alto Fôrno
32 – Res. Mínima à compressão,
em MPa, nas condições:
•a/c=0,48
•Idade: 28 dias
•T.U.P.: 1:3 (cim:areia
padrão normalizada)
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Finura
• Finura
▫ Corresponde à área específica de contato dos 
grãos de cimento com a água da mistura, 
tanto maior quanto mais eficiente for a 
moagem do clínquer com gesso
▫ Determinação:
 Finura (NBR 11.579): peneiramento (nº 200 e 
nº 325)
 Área específica (NM 76): Permeabilímetro de 
Blaine
8
▫ Influência no comportamento do cimento:
▫ Aumento das resistências iniciais e finais;
▫ Aumento do calor de hidratação em um espaço 
de tempo menor;
▫ Aumento do consumo de água, isto é, 
necessita-se elevar relação água/materiais 
secos para manter a mesma trabalhabilidade;
▫ Melhora a estabilidade da mistura no estado 
fresco, reduzindo o fenômeno de exsudação.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Finura
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
• Pega
▫ Termo usado para descrever a solidificação da 
pasta plástica de cimento
 Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a 
pasta torna-se não trabalhável
 Fim de pega: Tempo necessário para a pasta se 
torne totalmente rígida
▫ Importância:
 Determina o período de tempo que o concreto 
pode ser trabalhado após o seu lançamento.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
• Pega
▫ Determinação: Aparelho de Vicat
 NM 43: Água da pasta de consistência normal
 NM 65: Tempo de pega
 Início de pega: Agulha penetra 36mm na pasta
 Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da 
pasta, sem penetrar
▫ Enrijecimento:
 Perda de consistência da pasta plástica do cimento -
está relacionada com a perda de abatimento do 
concreto.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Expansibilidade
• Expansibilidade - sanidade - estabilidade 
volumétrica
▫ Retrata a variação de volume do cimento após a 
pega, por conta de hidratação lenta ou reação 
expansiva com algum composto presente no 
cimento endurecido
 CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de 
etringita atrasada)
▫ Determinação (MB3435):
 Ensaios em auto clave.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Expansibilidade
9
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Calor de hidratação
• Calor de hidratação
▫ Representa o calor gerado pela reação 
exotérmica de hidratação do cimento
▫ Importância:
 Execução de peças com grande volume de concreto 
(concreto massa) - barragens, blocos de fundação
 Regiões com baixa temperatura ambiente
▫ Determinação:
 Calorímetro (difícil avaliação precisa - encontrado 
apenas em grandes laboratórios) 
Limites
Ensaios und
CP V RS CP II F 32 CP II Z 32 RS CP IV 32 RS
Adição de material carbonático % 0 - 5 6 -10 0- 10 0- 5
Adição de pozolana % 6 -14 15-50
Res. na peneira Nº 200 %  6  12  12  8
Finura
Área especifica m2/kg 300 260 260
Tempo de início de pega h 1 >1 >1 >1
Tempo de fim de pega h <10 <10 <10 <10
Resíduo insolúvel % <1 <2,5 <16
1 dia MPa 14
3 dias MPa 24 10 10 10
7 dias MPa 34 20 20 20
Resistência à
compressão
28 dias MPa 32 32 32
Cimentos comercializados na RMR
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - ensaios
CIMENTO PORTLAND
Água presente na pasta endurecida
• Água capilar - água presente nos poros de 
grande dimensão (> 50Å), livre das forças de atração 
exercidas pela superfície sólida (água livre ou retida 
por tensão capilar)
• Água adsorvida - refere-se àquela água próxima 
da superfície do sólido, sob influência das suas forças 
de atração
CIMENTO PORTLAND
Água presente na pasta endurecida
• Água intramolecular (água de gel) -
camada molecular de água presente ente as camadas 
de C-S-H, sendo perdida somente por secagem com 
umidade inferior a 11% (retração autógena)
• Água quimicamente combinada - é a água 
integrante da estrutura dos produtos hidratados do 
cimento (C-S-H, Ca(OH)2, sulfoaluminatos de cálcio 
hidratados)
CIMENTO PORTLAND
Vazios presentes na pasta endurecida
• Espaço intramolecular do C-S-H - vazio existente 
entre as camadas de C-S-H, não tendo influência quanto à 
resistência e permeablidade
• Vazios capilares - espaço não preenchido pelos 
componentes sólidos da pasta (cimento anidro + água = 
produtos de hidratação + vazios) - porosidade
▫ macroporos (>50nm) -  resistência e permeabilidade
▫ microporos (<50nm) - retração por secagem e fluência
• Ar incorporado - vazios obtidos por meio de aditivos 
(50 a 200m), a fim de incrementar a trabalhabilidade, ou 
durante a operação de mistura (até 3mm) -  resistência e 
permeabilidade

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