Cimento Portland

Prévia do material em texto

18/5/2010
1
CIMENTO CIMENTO PORTLANDPORTLAND
Escola Politécnica de PernambucoEscola Politécnica de Pernambuco
ProfProf. Dr. Arnaldo Cardim de Carvalho Filho. Dr. Arnaldo Cardim de Carvalho Filho
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 O Cimento portland é um dos mais
importantes materiais de construção a
serviço da engenharia, com um vastíssimo
campo de aplicação.campo de aplicação.
Exemplos de aplicações como solo‐cimento, a 
pavimentação de estradas, as habitações pré‐
fabricadas, tubos de concreto, pavimento 
intertravado, etc.
0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 Seu nome técnico é “cimento portland”,
pois assim foi batizado pelo seu inventor há
mais de 150 anos, inspirado na cor dasmais de 150 anos, inspirado na cor das
pedras da ilha de Portland ሺInglaterraሻ, que
eram muito usadas nas construções da
época.
18/5/2010
2
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 O Cimento Portland, ou simplesmente
cimento, é fabricado com calcário, argila,, , g ,
gipsita e outros materiais denominados
adições.
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 O processo de fabricação do cimento
consiste basicamente na extração do
calcário da jazida ሺminaሻ, com auxílio de
máquinas e explosivos, seguindo‐se a sua
britagem emistura com argila.
18/5/2010
3
Jazida de Matérias Primas: Calcário + Argila
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 Essa mistura passa por um moinho, onde
é reduzida a pó e a seguir por um possanteé reduzida a pó, e a seguir por um possante
forno giratório, onde é cozida a 1450ºC,
transformando –se em pelotas de clínquer.
COMPOSIÇÃO DO CLINQUER PORTLAND
18/5/2010
4
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
9 Finalmente este clínquer é moído e
misturado a gipsita e outras adições,
transformando‐se no cimento, que agora
está pronto para ser entregue ao consumo,
em sacos ou a granel.
Matérias‐Primas ‐ CALCÁRIO
O calcário é o carbonato de cálcio
ሺCaCO3ሻ, que se apresenta na natureza, com
impurezas como óxido de magnésio. O
carbonato de cálcio puro ou calcita, sob
ação do calor , decompõe‐se do seguinte
modo:
CaCO3  ሺ100%ሻ  → CaO ሺ56%ሻ ൅ CO2 ሺ44%ሻ
18/5/2010
5
Calcário Æ CaCO3 (CaO + CO2)
Vê‐se que uma tonelada de calcário dá
origem a 560 Kg de cal, que é verdadeiramente a
matéria‐prima que entra na fabricação do
cimento, no entanto os 440 Kg de CO2 são
perdidos sob a forma de gás, que sai pelas
chaminés.
A dolomita é o carbonato de cálcio e
magnésio CaMgሺCO3ሻ2, que encerra apenas 30,4%
de CaO, não sendo utilizado na fabricação de
cimento.
18/5/2010
6
A argila empregada na fabricação do
cimento é essencialmente constituída de um
silicato de alumínio hidratado, geralmente
Matérias‐Primas ‐ ARGILA
contendo ferro e outros minerais, em menores
porcentagens.
A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e
Fe2O3 necessários a fabricação do cimento.
A gipsita é o sulfato de cálcio hidratado
– CaSO4.H2O . É um produto de adição final
Matérias‐Primas ‐ GIPSITA
no processo de fabricação do cimento
portland, com a finalidade de regular o
tempo de pega.
PLC PLC –– Moagem de FarinhaMoagem de Farinha
18/5/2010
7
PLC PLC –– Forno e Torre de CiclonesForno e Torre de Ciclones
PLC PLC –– Moagem de Coque CarvãoMoagem de Coque Carvão
PLC PLC –– Dosagem de CombustívelDosagem de Combustível
18/5/2010
8
CaO
Fe2O3Al2O3
SiO2
C4AF
1ª Fase
Fluxograma Esquemático da Formação das Quatro Fases Fluxograma Esquemático da Formação das Quatro Fases 
Constituintes do Constituintes do ClínquerClínquer PortlandPortland..
C3A
C2S
C3S
2ª Fase
3ª Fase
4ª Fase
C4AF ⎬
C3A ⎬
C2S - Belita
C3S – Alita
Clínquer Portland
Fase Líquida
Cinética Química do Forno de Clinquer:
1. Secagem, eliminação da água livre, e evaporação da água 
adsorvida;
2. Decomposição da argila com formação de metacaulinita;
3. Decomposição da metacaulinita e outros compostos, com 
formação de uma mescla de óxidos reativos;
4. Decomposição do Calcário com formação de Silicatos cálcicos 
(CS) e Aluminatos cálcicos (CA);
5. Fixação da cal por meio do CS e CA com formação do Ferro‐
aluninato tetracálcico (C4AF);
6. Nova fixação da cal por meio do CS.
18/5/2010
9
SiO
São numerosos métodos de controle da composição química da mistura crua,
dentre eles as mais empregadas são:
São numerosos métodos de controle da composição química da mistura crua,
dentre eles as mais empregadas são:
32322 65,018,18,2
100
OFeOAlSiO
xCaOSaturação ++=
Importante !
3232
2
OFeOAl
SiOSílicadeMódulo +=
32
32
OFe
OAlAlumíniodeMódulo =
Importante !
O conhecimento prévio das 
propriedades físico‐
químicas e mineralógicas, é 
extremamente importante 
para o domínio da 
operação do sistema.
PLC PLC –– ResfriadorResfriador
RESFRIAMENTO 
é submetido a um processo controlado de esfriamento através da injeção de
O clínquer uma vez formado, abandona a zona mais quente do forno, e
é submetido a um processo controlado de esfriamento através da injeção de
ar.
11ºሻºሻ ResfriamentoResfriamento ሺሺ14501450 ºCºC –– 12501250 ºCሻºCሻ
Ocorre ainda no interior do forno entre a
zona de descarga de material e o início da chama
ሺ d ሻ É á l l lሺponta do maçaricoሻ. É responsável pela cristalização
da fase líquida e estabilidade dos cristais
constituintes de ferro e alumínio ሺC4AF e C3Aሻ
22ºሻºሻ ResfriamentoResfriamento ሺሺ12501250 ºCºC –– 100100 ºCሻºCሻ
Ocorre no resfriador industrial, e é responsável pela estabilidade morfólogica
dos cristais de C3S e C2S.
O clínquer após resfriado é transportado e armazenado em
depósito coberto para posterior uso.
O clínquer após resfriado é transportado e armazenado em
depósito coberto para posterior uso.
18/5/2010
10
MOAGEM DE CIMENTO
A moagem de cimento é uma das fases ou estágios do processo em que o
clínquer juntamente com o gesso ሺ3 – 6 % em massaሻ, argila e calcário é submetido
através de equipamentos apropriados a um processo de afinamento ou moagem,
transformando‐se em um pó ultra‐fino, denominado Cimento Portland.
CimentoCimento PortlandPortland
ÉÉ um aglomerante hidráulico, 
constituído basicamente por 
óxido de silício ሺSiO2ሻ, alumínio 
ሺAl2O3ሻ, e ferro ሺFe2O3ሻ e, 
secundariamente por Mg, S, K, Na 
e outros elementos em menor 
proporção.
0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?0 que é cimento ?
Cimento Portland: é um aglomerante
hidráulico constituído de óxidos de cálcio
ሺCaOሻ, silício ሺSiO2ሻ, alumínio ሺAl2O3ሻ e ferroሺCaOሻ, silício ሺSiO2ሻ, alumínio ሺAl2O3ሻ e ferro
ሺFe2O3ሻ. Quando misturados com água,
adquire consistência pastosa de fácil
modelagem. Após certo tempo, o cimento
endurece apresentando grande resistência.
Tipos de 
Cimento 
Portland
Código de 
Identificação 
do tipo 
(Sigla)
Classe de 
Resistência
Código de 
Identificação 
na Sacaria 
(Tipo e Classe)
Materias-primas 
utilizadas 
(Composição)
Resistência mínima à 
compressão em MPa a 
idade de 3, 7, 28 dias 
segundo a Classe.
Comum 
NBR-5732 
Rev. -jul/91
CP I
25
32
40
CP I - 25
CP I - 32
CP I – 40 
100 % Clínquer + Gesso 
(Gesso = 3 – 6 %)
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Comum com 
adição 
NBR-5732 
Rev. -jul/91
CP I-S
25
32
40
CP I – S - 25
CP I - S - 32
CP I – S - 40
95-99 % Clínquer + Gesso
1 – 5 % Calcário
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Composto 
com escória 
NBR-11578 
R j l/91 
CP II-E
25
32
40
CP II – E - 25
CP II - E - 32
CP II – E – 40
94 – 58 % Clínquer + Gesso
0 – 10 % Calcário
6 – 34 % Escória Alto Forno
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Tipo, Classes e Composição dos Cimentos Fabricados no BrasilTipo, Classes e Composição dos Cimentos Fabricados no Brasil
Rev. -jul/91 40 CP II – E – 40 6 – 34 % Escória Alto Forno ≥ 15 ≥ 40
Composto 
com Pozolana 
NBR-11578
CP II-Z
25
32
40
CP II – Z - 25
CP II - Z - 32
CP II – Z – 40
94 – 76 % Clínquer + Gesso
0 – 10 % Calcário
6 – 14 % Pozolana
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Composto 
com Fíler 
NBR-11578CP II-F
25
32
40
CP II – F - 25
CP II - F - 32
CP II – F – 40
94 – 90 % Clínquer + Gesso
6 – 10 % Fíler Calcário
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Alto Forno 
(AF) 
NBR-5735 
Rev. -jul/91
CP III
25
32
40
CP III - 25
CP III - 32
CP III - 40
65 – 25 % Clínquer + Gesso
35 – 70% Escória Alto Forno 
0 – 5 % Calcário
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 25
≥ 32
≥ 40
Pozolânico 
NBR-5736 
Rev. -jul/91
CP IV
25
32
CP IV - 25
CP IV - 32
CP IV – 40
84 – 45 % Clínquer + Gesso
15 – 50 % Pozolana
0 – 5 % Calcário
≥ 8
≥ 10
≥ 15
≥ 20
≥ 25
≥ 32
ARI 
NBR-5733 
Rev.-jul/91
CP V ARI
Alta 
Resistência 
Inicial
CP V - ARI
95 – 100 % Clínquer + Gesso
0 – 5 % Calcário
1 dia
≥ 14
3 dias
≥ 24
7 dia
≥ 34 
18/5/2010
11
C O M P O N E N T E S D O C IM E N T O
ÕXIDOS FORMULA FORMULA ABREVIADA
OXIDO DE CÁLCIO CaO C
SÍLICA SiO2 S
ALUMINA Al2O3 A
OXIDO FERRICO Fe2O3 F
TRIOXIDO DE ENXOFRE SO3 s
AGUA H2O H
SILICATO TRICÁLCICO 3CaO.SiO2 C3S
SILICATO DICÁLCIO 2 CaO.SiO2 C2S
ALUMINATO TRICÁLCICO 3CaO.Al2O3 C3A
FERRO ALUMINATO TETRACÁLCICO 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
SULFATO DE CÁLCIO DIHIDARATADO CaSO4.2H2O CSH2
18/5/2010
12
18/5/2010
13
18/5/2010
14
18/5/2010
15
18/5/2010
16