Cimento Portland

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O cimento Portland
 http://www.abcp.org.br
 http:www.snic.org.br
 MEHTA, P.K & MONTEIRO, P.J.M. Concreto: 
Estrutura, propriedades e materiais.São Paulo: 
PINI, 1994.
 ISAIA, G. C. Materiais de Construção Civil. 
IBRACON, São Paulo, 2007. v.1
 Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou
conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num
pó fino.
◦ A mistura após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras
empregadas nas construções utilizadas na ilha de Portland;
 O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades
aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação
de água.
 Produção: moagem do clínquer (nódulos de  5 a 25 mm) e com
uma ou mais formas de sulfato de cálcio;
 Na forma de concreto, torna-se uma pedra artificial, que pode
ganhar formas e volumes, de acordo com as necessidades de cada
obra.
 Segundo a SNIC existem hoje no Brasil cerca de 70 fábricas
de cimento Portland
Fonte:SNIC – Sindicato Nacional da Indústria do Cimento - 2010
Fabricação
Calcário (80%) Argila (10-20%)
Fe2O3, álcalis (K2O, Na2O)
SiO2, Al2O3,
Fe2O3, álcalis (K2O, Na2O)MgO
CaCO3, CaO, 
MgO
Farinha Crua
Clínquer
Cimento PortlandCimento Portland
Gesso (5 a 
6%)
Adições
Moagem < 45 
mm
7
Moagem
< 75 mm
1450°C
CP II-Z ou CPIV
Clínquer
Gesso
+ CP II-E ou CP III+
CP II-F 
CP I
Filer
Escória
Pozolana
 MgO < 6%
◦ cristalino (periclásio)
◦ expansão lenta
 CaO < 1%
◦ falha na formulação
◦ expansivo
• Na2O e K2O
– álcalis
– 0,3 a 1,5%
– reação álcali agregado
– eflorescências
Calcário
Argila
Clínquer
CaCO3 CO2
900ºC
+ CaO
Al2O3
Fe2O3
SiO2
4CaO.Al2O3.Fe2O3
3CaO . Al2O3
2CaO . SiO2
3CaO . SiO2
S
Nomenclatura 
química do cimento
CaO C
SiO2 S
Al2O3 A
Fe2O3 F
MgO M
SO3 ¯S
H2O H
 C3S - 3CaO.SiO2 Silicato tricálcico
 C2S - 2CaO.SiO2 Silicato dicálcico
 C3A - 3CaO.Al2O3 Aluminato tricálcico
 C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3Ferro aluminato tetra-cálcico
 Típico do Brasil
◦ C3S - 40 a 70 %
◦ C2S - 10 a 40%
◦ C3A - 2 a 15%
◦ C4AF - 3* a 15 % -< *5% para o cimento 
branco.
(Fonte: A. Battagin, ABCP)
 Ganho de resistência
 Calor de hidratação
 tensões internas
 Fissuras
 Durabilidade
 reações com agentes agressivos
 C3S - 3 CaO.SiO2 (silicato tricálcico)
◦ Principal responsável pelas propriedades
hidráulicas, tendo reação rápida com a água –
resistência no primeiro mês.
 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 –
resistência no primeiro ano.
 C3A - 3CaO.Al2O3 (aluminato tricálcico)
◦ Reage instantaneamente com a água (elevada
liberação de calor de hidratação), sendo, por isso,
necessária adição de sulfato (gesso).
 C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (ferro aluminato
tetracálcico)
◦ influencia similar, embora,menor que a apresentada pela fase
C3A.
Temperatura 
e finura 
constantes
Temperatura 
e finura 
constantes
Propriedade C3S C2S C3A C4AF
Resistência Mecânica Boa Boa Fraca Fraca
Intensidade de reação Média Lenta Rápida Rápida
Calor desenvolvido Médio Pequeno Grande Pequeno
CaO 61 a 67%
SiO2 20 a 23%
Fe2O3 2 a 3,5%
Al2O3 4,5 a 7%
MgO 0,8 a 6%
SO3 1 a 2,3%
Álcalis 0,3 a 1,5%
C3S 42 a 60%
C2S 14 a 35%
C3A 6 a 13%
C4AF 5 a 10%
 Difração de Raios –X
◦ A técnica de difração de raios-X é utilizada para a
identificação das fases constituintes do clínquer.
 Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura
◦ Observação morfológica das amostras.
 Ensaio de Lixiviação
◦ O ensaio de lixiviação visa simular as condições de
exposição do cimento ao meio ambiente.
 Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão
◦ A resistência à compressão é o controle de qualidade
fundamental do produto. Limites mínimos de
resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias
PRINCIPAIS TIPOS DE CIMENTO
 Cimento Portland Comum (CP I)
◦ Um tipo de cimento portland sem quaisquer adições
além do gesso (utilizado como retardador da pega).
◦ CPI S - Pode ter de 1 a 5% de escória
◦ Aplicações: É usado em serviços de construção em
geral, quando não são exigidas propriedades
especiais do cimento.
 Cimento Portland Composto (CP II) - é modificado
com adições (CP II-Z, CP II-E e CP II-F ).
◦ Aplicações: Recomendado para obras correntes de
engenharia civil : argamassa, concretos (simples,
armado e protendido), elementos prémoldados e
artefatos de cimento.
 Cimento Portland de Alto Forno – CP III: - Obtido a partir
da moagem do clínquer e escória granulada de alto
forno.
◦ Em obras de concreto-massa: como barragens, peças
de grandes dimensões, fundações de máquinas,
pilares. Em obras em ambientes agressivos, tubos e
canaletas para condução de líquidos agressivos,
esgotos e efluentes industriais. Concretos com
agregados reativos, pilares de pontes ou obras
submersas, pavimentação de estradas e pistas de
aeroportos.
 Cimento Portland Pozolânico – CP IV:
◦ Emprega de 15% a 50% de material pozolânico
◦ Possui maiores resistências em idades superiores a
90 dias
◦ Aplicações: É especialmente indicado em obras
expostas à ação de água corrente e ambientes
agressivos menor permeabilidade
 Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI)
◦ Com valores aproximados de resistência à compressão de
26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias.
◦ Elevado calor de hidratação
◦ Aplicações: Em blocos para alvenaria, blocos para
pavimentação, tubos, lajes, meio-fio...
 Cimento Portland Branco:
◦ Coloração obtida com a diminuição dos compostos
do ferro. (C4AF ≈ 1%)
◦ Aplicações: Fins estrutural: Em concretos brancos
para fins arquitetônicos. Não estrutural: Em
rejuntamento de azulejos e em aplicações não
estruturais.
 Cimento Resistente a Sulfatos – RS:
◦ Cimento com baixo teor de C3A (< 8%),
◦ Aplicações: Em ambientes submetidos ao ataque de
meios agressivos sulfatados, como estações de
tratamento de água e esgotos, obras em regiões
litorâneas, subterrâneas e marítimas.
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
Limites 
Ensaios und 
CP V RS CP II F 32 CP II Z 32 RS CP III 32 CP IV 32 RS 
Adição de material carbonático % 0 - 5 6 -10 0- 10 0-5 0- 5 
Adição de escória % 35-70 
Adição de pozolana % 6 -14 15-50 
Res. na peneira Nº 200 %  6  12  8  8  8 
Finura 
Área especifica m2/kg 300 260 260 260 
Tempo de início de pega h 1 >1 >1 >1 >1 
Tempo de fim de pega h <10 <10 <10 <10 <10 
Resíduo insolúvel % <1 <2,5 <16 <1,5 
1 dia MPa 14 
3 dias MPa 24 10 10 10 10 
7 dias MPa 34 20 20 20 20 
Resistência à 
compressão 
28 dias MPa 32 32 32 32 
 
Cimentos comercializados na RMR
PROPRIEDADES 
 Para uma dada composição, a taxa de reatividade e,
portanto, de desenvolvimento da resistência, pode ser
aumentada através de uma moagem mais fina do
cimento.
 O valor da finura pode ser determinado:
◦ resíduo em peneira padrão com malha 200 (75 μm →
0.075 mm) e a malha 375 (45 μm → 0,045mm).
◦ Área específica: Blaine (método de permeabilidade ao
ar)
 Tempo após a adição de água no qual
a mistura de cimento pode ser
trabalhada
◦ Início de pega: ponto em que a
pasta torna-se não trabalhável.
◦ Fim de pega: ponto em que a pasta
se torne totalmente rígida.
 Importância  Período de tempo que
o concreto pode ser trabalhado após
o seu lançamento.
◦ Pela norma: 1h < Pega < 10h
(facultativo).
 Determinada a partir da
ruptura de corpos-de-prova
de argamassa, cuja
consistência é padronizada
pela NBR 7215 (MB1).
 É o índice mais importante
do cimento, que vai definir
sua qualidade para
aplicação como material de
construção
 Caracteriza a sedimentação dos grãos de
cimento quando misturados coma água,
devido ao seu maior peso.
 A exsudação consiste no afloramento do
excesso de água da mistura.
 O hidróxido de cálcio é o material mais suscetível ao ataque
de agentes agressivos – podem sofrer lixiviação.
 São fenômenos agressivos as águas ácidas, águas
sulfatadas, água do mar e o solo contendo ácidos
 Ocorrência de expansões volumétricas indesejáveis
após o endurecimento provenientes da hidratação
lenta da cal e magnésia livres, presentes em grandes
quantidades.
 Ocorrência de miscrofissuração, que pode causar
desagregação do material
 é o calor liberado durante o processo de hidratação do
cimento.
◦ Pode provocar fissuração em obras com volume
considerável de concreto.
◦ As fissuras ocorrem devido a contração no final do
resfriamento da massa.
◦ Calor de hidratação dos constituintes do cimento:
C3S - 120 cal/g C4AF – 100 cal/g
C2S – 62 cal/g MgO (magnésia) – 203 cal/g
C3A – 207 cal/g CaO (Cal) – 279 cal/g
◦ Determinação:
 Calorímetro (difícil avaliação precisa - encontrado apenas 
em grandes laboratórios)
 Reação álcali-agregado:
◦ Reação expansiva decorrente da combinação dos álcalis
do cimento (Na2O e K2O) com a sílica finamente dividida,que pode estar presente nos agregados
 O transporte pode ser ensacada (sacos de papel) ou a
granel em reservatórios metálicos.
 Armazenamento: local seco para evitar a hidratação.
 Ideal: 1 mês
 HIDRATAÇÃO
 O termo hidratação (química do cimento) refere-
se à totalidade de mudanças que ocorrem
quando o cimento anidro, ou uma de suas fases
constituintes, entram em contato com a água.
 Nesta mistura, denominada pasta, ocorrem mudanças
químicas e físico-mecânicas no sistema, em particular
nos fenômenos de pega e endurecimento
 (TAYLOR, 1990.; ODLER, 1998). 
Reação química com a água
Reação exotérmica
Ocorre da superfície externa para a parte interna
aluminatos enrijecimento (perda de consistência)
pega (solidificação)
silicatos endurecimento (taxa de 
desenvolvimento da resistência).
Retração química
Hidratação do cimento
Dissolução
 Precipitação
 Topoquímico (ou
hidratação no estado
sólido)
Estágios iniciais da hidratação
Estágios finais – mobilidade 
iônica restrita.
 Cimento + água 
- Saturação rápida da fase líquida Ca2+ SO42- OH- AlO4-
minutos→ Etringita
horas → dissociação dos silicatos → Hidróxido de cálcio (CH) e 
C-S-H 
dias → SO42- /AlO4-→ monossulfato
 Sólidos na pasta do cimento hidratada
- C-S-H (silicato de cálcio hidratado) – 50 a 60%
- CH (hidróxido de cálcio) – 20 a 25%
- Aft, Afm – (Etringita) e (monossufato), respectivamente, 15 
a 20%.
50
 C3S (alita) 
2(3CaO. SiO2) (alita) + 6H2O  3CaO. 2SiO2. 3H2O + 3Ca(OH)2
 C2S (belita) 
2 (2CaO.SiO2) (belita) + 4H2O  3CaO. 2SiO2. 3H2O + Ca(OH)2
C3S (alita) Cerca de 70% reage até os 28 dias e o restante é consumido em 
1 ano.
βC2S (belita)  cerca de 30% reage aos 28 dias e 90% em 1 ano, porém
menos CH é formado e a reação de hidratação ocorre de maneira mais lenta.
(TAYLOR, 1990).
C-S-H CH
 CSH
◦ Responsável pela resistência mecânica
da mistura
◦ Proveniente da reação do C3S e C2S
(silicatos) com a água
 CH – Ca(OH)2
◦ Proveniente da cal livre (CaO)
◦ Responsável pelo aumento do pH do
concreto e formação de camada
passivadora da armadura (aumenta a
durabilidade)
CP III, 
a/c=0,70
[AlO4]- + 3[SO4] -2 + 6[Ca]+2 + aq  C6AS3H32
Aft (etringita)
[AlO4]- + [SO4] -2 + 4[Ca]+2 + aq  C3A(CS)H18 
Afm (monossulfato)
Devido à adição do sulfato para regulação da pega, os
aluminatos são analisados já combinados com este
componente.
 C3A(CS)3H32 Etringita (Aft)
 C3A(CS)H12 Monossulfolaluminato (Afm)
 Etringita
◦ Material expansivo sob a forma de cristais
◦ Provém dos aluminatos – C3A e C4AF
◦ Instável quimicamente – ocorre no início da
hidratação
 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
 Água intramolecular (água de gel) - camada
molecular de água presente entre 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)
 Espaço intramolecular do C-S-H (poro de gel):
◦ 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 ou poros capilares(<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
 Citar quais os compostos provenientes da fusão das
matérias-primas para a fabricação do cimento Portland
(clinquer) e quais as suas principais propriedades.
 Quais as categorias e tipos de cimentos existentes no Brasil,
quais as suas principais diferenças?
 Em que fase da fabricação do cimento Portland é
adicionado gipsita, e com que finalidade?
 Quais os principais cuidados que se devem ter na
armazenagem, em obra, de cimento em saco?
 Quais as principais propriedades da pozolana utilizada
como adição, em cimento Portland?
 Quais os produtos de hidratação do cimento, como são
formados e como interferem nas propriedades das pastas?
 Quais as principais formas que a água pode estar na pasta
de cimento? E comente as principais diferenças entre estas.