Aulas 01 e 02 - Aglomerantes - Cal, Gesso e Cimento

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Universidade Federal do CearUniversidade Federal do Cearáá
Curso de Engenharia CivilCurso de Engenharia Civil
Aulas 1 e 2: Aglomerantes Aulas 1 e 2: Aglomerantes ––
Cal, Gesso e CimentoCal, Gesso e Cimento
Prof. Eduardo CabralProf. Eduardo Cabral
Definições
• Aglomerantes
É o material ligante, ativo, geralmente pulverulento, cuja a principal 
função é unir os agregados inertes. 
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Tipos
• Hidráulicos
⇒ cal aérea
⇒ cimento
⇒ cal hidráulica
• Aéreos
⇒ gesso
⇒ polímeros 
⇒ asfalto
• Poliméricos
Cal
A cal é um aglomerante inorgânico ou mineral, isto é, com constituintes
minerais, produzido a partir de rochas calcárias, composto basicamente de cálcio e 
magnésio, que para a sua aplicação, apresenta-se sob forma pulverulenta; em
mistura com a água, forma uma pasta com propriedades aglomerantes, como
resultado da reação com o anidrido carbônico (CO2) presente na atmosfera; após
endurecimento, não resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água.
O endurecimento da cal ocorre por reação com o CO2.
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⇒ Cal hidratada
Tipos de cal
• Quanto à extinção
• constituída predominantemente de óxidos de cálcio e magnésio.
• além dessas fases principais, carbonatos de cálcio e magnésio
também estão presentes.
• produto industrial oriundo do calcário argiloso (marga) e se hidrata
de maneira semelhante ao cimento
• constituída de principalmente de hidróxidos de cálcio e magnésio, 
além de uma pequena fração de óxidos não hidratados.
⇒ Cal virgem
⇒ Cal hidráulica
Tipos de cal
⇒ Cal magnesiana
• Quanto ao teor de óxido de cálcio (cal virgem)
• teor de CaO ≥ 90%
• 65% ≤ teor de CaO < 90%
⇒ Cal cálcica
⇒ Cal dolomítica
• teor de CaO < 65%
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Tipos de cal
⇒ CH – II – Cal hidratada comum
• Quanto ao grau de hidratação (cal hidratada)
• óxidos totais (na base não volátil) > 96,8% e CO2 no máximo 5%
• óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 13%
• óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 5%
⇒ CH – I – Cal hidratada especial
⇒ CH – III – Cal hidratada comum com carbonatos
CaCO3.MgCO3 CaO + MgO + 2CO2
CaCO3 CaO+CO2
Processo de fabricação
∆
∆
CaO + H2O Ca(OH)2 + CALOR
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3+ H2O
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Requisitos e critérios de qualidade da cal hidratada
• Retenção de água (NBR 9290)
• resultado da elevada área superficial da cal
• importante para argamassas
• auxilia na hidratação do cimento
• auxilia na retenção de água quando a argamassa é aplicada sobre uma base
absorvente
• consequência → melhor resistência de aderência
Cal residual da produção de acetileno
• Cal de carbureto
• resíduo da produção do gás acetileno a partir do carbureto de cálcio
• processo eletrotérmico → produção elevada
• pode ser utilizada na construção civil
• contém elevado teor de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2
• reatividade mais baixa que a cal industrial
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Cal hidráulica
Endurecimento análogo ao do cimento
Aplicações
• Tinta à base de cal
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Aplicações
• Bloco sílico-calcário
Aplicações
• Adição ao concreto
• uso de pozolanas → redução do Ca(OH)2 do concreto → redução do pH
• adição de cal hidratada → manter o pH → durabilidade
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Gesso - Definições
• Gipso
É o minério mais comum dos sulfatos, encontrado extensivamente em
muitos lugares do mundo, contendo gipsita (CaSO4.2H2O), anidrita
(CaSO4) e algumas impurezas. É a matéria-prima de produção do gesso de 
construção.
• Gipsita
É o mineral composto de CaSO4.2H2O, mineral essencial do gipso. 
• Hemidrato β
Produzido a partir da calcinação do gipso, com fórmula química
CaSO4.0,5H2O. 
• Evaporito
É uma rocha sedimentar formada pela precipitação química dos sais 
dissolvidos em um meio aquoso, devido a um processo de evaporação. Seu 
precipitado gera depósitos de carbonatos, sulfatos, boratos e cloretos. 
Gesso - Definições
• Anidrita III
Também chamada de anidrita solúvel; é a fase intermediária ao hemidrato
e à anidrita II, de fórmula química CaSO4.εH2O. Sua fórmula indica que
esse produto pode conter um teor de água de cristalização variável. Reage
rapidamente com a água.
• Anidrita II
Produzida a 350ºC, é também chamada de anidrita insolúvel ou
supercalcinada. Reage lentamente com a água.
• Anidrita I
Obtida pela calcinação da gipsita à 1.200-1.100ºC, também é chamada de 
anidrita de alta temperatura. A presença de CaO a diferencia da anidrita II. 
Tem pega e endurecimento lentos.
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Gesso - Definições
• Gesso de construção
É o material conhecido na literatura como “gypsum calcined”ou “plâtre de 
Paris”, produzido por calcinação do minério natural gipso, constituído
essencialmente por sulfatos de cálcio (hemidrato, anidritas solúvel e 
insolúvel) e a gipsita procedente da matéria-prima.
Processo de fabricação
• extração da matéria-prima 
• calcinação
• moagem e seleção da granulometria 
• armazenamento em silos e estabilização
• ensacamento e comercialização
• britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização
• secagem → 10% de umidade
• 1 forno → produz hemidrato puro ou contendo também gipsita ou
anidrita
• 2 fornos → produzem hemidrato e anidrita em separado
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Processo de fabricação
OHOHCaSOOHCaSO Ca 224
160140
24 5,15,0.2.
0 +⎯⎯⎯ →⎯
Gipsita Hemidrato
OHOHCaSOOHCaSO Ca 224
190160
24 .5,0.
0 δε +⎯⎯⎯ →⎯
Hemidrato Anidrita III
Processo de fabricação
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400350
24
0
5,0. CaSOOHCaSO Ca ⎯⎯⎯ →⎯
Hemidrato Anidrita II
CaOSOCaSOOHCaSO Ca ++⎯⎯⎯⎯ →⎯ 341200110024 05,0.
Hemidrato Anidrita I Cal livre
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Processo de fabricação
Matéria-prima
O gesso pode ser produzido a partir da matéira-prima natural (gipso ou sulfatos
naturais) ou de sulfatos de cálcio oriundo de resíduos industriais.
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Matéria-prima
Matéria-prima
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Hidratação, pega e endurecimento
• Hidratação
Fenômeno químico no qual o material anidro em pó é transormado em
dihidrato. As reações de hidratação são inversas às da formação dos produtos.
• Mecanismos de hidratação
Hidratação, pega e endurecimento
• Mecanismos de hidratação
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Hidratação, pega e endurecimento
• Mecanismos de hidratação
Hidratação, pega e endurecimento
• Mecanismos de hidratação
Velocidade de reação:
- Anidrita III
- Hemidrato
- Anidrita II
- Anidrita I d
ec
re
sc
en
te
O início de pega depende o constituinte de pega mais rápida, e o endurecimento, do 
mais lento.
Do ponto de vista prático, a pega do gesso se encerra em até 45 minutos mas o 
mesmo continua ganhando resistência por até 20 horas.
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Hidratação, pega e endurecimento
• Com o crescimento dos cristais e seu devido rearranjo
geométrico, há uma expansão do volume do gesso durante
sua hidratação, em torno de 0,2%, caindo para 0,1% após a 
evaporação da água excedente.
Hidratação, pega e endurecimento
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Propriedades físicas e mecânicas
• Especificações físicas do gesso em pó
• NBR 13207/94
- gesso de revestimento
- gesso para componentes de construção
Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades químicas do pó (NBR 13207)
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Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades físicas do pó (NBR 13207)
• Granulometria (NBR 12127/91)
- Peneiramento na série padrão de peneiras sob água corrente: 
0,840mm; 0,420mm; 0,210mm; 0,105mm 
• Massa unitária (NBR 12127/91)
Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades da pasta
• Teor de água para consistência normal (não normalizado)
35g
Penetração de 30mm
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Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades da pasta
• Tempo de pega (NBR 12128/91)
300g
Ø 1,13mm
Tinício: 1mm da base
Tfim: não penetra mais
Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades da pasta
• Tempo de pega (DIN 1168)
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Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades da pasta• Resistência à compressão
Propriedades físicas e mecânicas
• Propriedades da pasta
• Porosidade e densidade
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Aditivos retardadores de pega
Aditivos retardadores de pega
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Aplicação
• Revestimento em gesso
Aplicação
• Gesso acartonado
• Bom desempenho na proteção de estruturas diante de incêndios.
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Aplicação
• Gesso acartonado
Aplicação
• Gesso acartonado
• Absorção de água por superfície protegida por papel em chapas de gesso
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Aplicação
• Placas e outras utilizações
Cimento - Definições
• Clínquer
Material sinterizado e peletizado resultante da calcinação a 
aproximadamente 1450 ºC de uma mistura de calcário (75 a 80%) e argila
(20 a 25%) e eventuais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa
ou ferrífera, empregados de modo a garantir o quimismo da mistura dentro
de limites específicos.
• Sulfato de cálcio
Empregado em porções que variam em massa de 3% a 5%, 
aproximadamente, com o objetivo principal de regular o tempo de pega ou
endurecimento inicial da mistura.
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Processo de fabricação
• extração da matéria-prima (argila e calcário)
• calcinação → processo de clinquerização
• clínquer + gesso → moagem
• armazenamento em silos
• ensacamento e comercialização
• britagem, pré-homogeneização, moagem, homogeneização → farinha
• via úmida → moagem e homogeneização com água, gerando uma
pasta
• via seca → conjunto de pré-aquecedores, pré-calcinador, forno
propriamente dito e resfriador
Processo de fabricação
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Processo de fabricação
Processo de fabricação
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Processo de fabricação
Processo de fabricação
Para a produção de 1 tonelada de cimento 
(20 sacos), são utilizados, em média:
? 1.200 kg de calcário
? 300 kg de argila
? 14 kg de minério de ferro
? 40 kg de gesso
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1450 ºC
Mineralogia do clínquer Portland
• Pedra calcária → CaO + CO2
• Argila → SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
Mineralogia do clínquer Portland
• Ca3SiO5 (C3S) - alita
• principal constituinte – 40% a 70% do clínquer
• importante papel no endurecimento e na resistência nas primeiras idades
• Ca2SiO5 (C2S) - belita
• 10% a 20% do clínquer 
• importante papel na resistência para idades mais avançadas
• Ca3Al2O6 (C3A) – aluminato tricálcico
• componente mais reativo → responsável pela pega
• alto calor de hidratação
• Ca4Al2Fe2O10 (C4AF) – ferro aluminato tetracálcico
• importante papel na resistência química do cimento
• juntamente com o C3A correspondem de 15% a 20% do clínquer
• CaO – cal livre
• teor máximo de 2%
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Outros constituintes do cimento Portland
• Adições minerais
• escórias de alto forno
• pozolanas
• fíler calcário
• Razões para uso das adições
• técnicas
- melhora propriedades específicas
• econômicas
- redução de custos
- diminuição de resíduos poluidores
• ecológicas
- aproveitamento de resíduos
- preservação das jazidas naturais
Outros constituintes do cimento Portland
?Diminuição da permeabilidade
?Diminuição da porosidade capilar
?Maior resistência a sulfatos
?Redução do calor de hidratação
? Inibição da reação álcali-agregado
RAZÕES TÉCNICAS
MAIOR DURABILIDADE
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Hidratação do cimento
Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é.
Hidratação do cimento
Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é.
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Hidratação do cimento
Hidratação do cimento
[ ] [ ] [ ] 3262244 363 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−−
etringita
[ ] [ ] [ ] 1842244 343 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−−
monossulfato
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Hidratação do cimento
CHHSCHSC 362 3233 +⎯→⎯+
alita silicato de 
cálcio hidratado
hidróxido de 
cálcio
CHHSCHSC +⎯→⎯+ 3232 42
belita C-S-H portlandita
água
água
Hidratação do cimento
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Hidratação do cimento
Propriedades do cimento Portland
• Finura
A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 
(0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. 
Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência.
NBR NM 76/98 – Método de Blaine
NBR 11579/91 – finura pela peneira 200
• Expansibilidade
A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, 
provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio 
ou CaO livre é elevado.
NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier
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Propriedades do cimento Portland
• Finura
A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 
(0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. 
Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência.
NBR NM 76/98 – Método de Blaine
NBR 11579/91 – finura pela peneira 200
• Expansibilidade
A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, 
provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio 
ou CaO livre é elevado.
NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier
• Pasta de consistência normal (NM 43/03) 
Propriedades do cimento Portland
• Tempo de pega
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O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação 
adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de 
plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é
adicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle é
feito através do teor de SO3. 
NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega
FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, 
em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), 
perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova 
remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre 
quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, 
provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas 
características do seu efeito retardador de pega.
Propriedades do cimento Portland
• Tempo de pega
O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação 
adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de 
plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é
adicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle é
feito através do teor de SO3. 
NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega
FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, 
em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), 
perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova 
remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre 
quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, 
provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas 
características do seu efeito retardador de pega.
Propriedades do cimento Portland
• Tempo de pega
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No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor 
de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do 
volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição 
química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. 
NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método da
garrafa de Langavant
Propriedades do cimento Portland
• Calor de hidratação
No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor 
de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do 
volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição 
química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. 
NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método da
garrafa de Langavant
Propriedades do cimento Portland
• Calor de hidratação
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Propriedades do cimento Portland
• Resistência à compressão
A resistência à compressão do cimento é medida através decorpos de 
prova cilíndricos ∅ 50mm x 100mm, com um traço normalizado, com 
areia padrão do IPT. Diversos tipos de cimentos, com suas características 
de finura e composição têm curvas de resistência x idade distinta, que 
normalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações.
NBR 7215/96 – resistência à compressão 
Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levado a uma 
temperatura em torno de 950 °C em uma mufla, em função da diferença do 
peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material 
carbonático. 
NBR NM 18/04 – determinação da perda ao fogo
Propriedades do cimento Portland
• Massa específica
A massa especifica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela é
utilizada para o cálculo de dosagens de concretos e argamassas. 
NBR NM 23/01 – determinação da massa específica 
• Perda ao fogo
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Tipos de cimento Portland brasileiro
CP XXX RR
Cimento
Portland
Resistência
(MPa)
Composição
Adições
Ex: CP II Z 32
Tipos de cimento Portland brasileiro
? NORMALIZAÇÃO
• Cimento Potland Comum _________NBR 5732 
CP I, CP I-S
• Cimento Portland Composto_______NBR 11578 
CP II-E, CP II-Z, CP II-F
• Cimento Portland de Alto-Forno____NBR 5735 
CP III
• Cimento Portland Pozolânico ______NBR 5736 
CP IV
• Cimento Portland de Alta _________NBR 5737
Alta Resistência Inicial – (CP V-ARI)
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Tipos de cimento Portland brasileiro
? Cimentos Resistentes a Sulfatos (RS) – NBR 5733
? Cimento com baixo calor de hidratação (BC) – NBR 13116
? Cimento Portland Branco (CPB) – NBR 12989
OUTROS TIPOS DE CIMENTO
Tipos de cimento Portland brasileiro
6 – 10
0 – 10
0 – 10
1 – 5
0
Carbonato
5732
11578
Norma
0094 – 90
25
32
40
CP II-F
6 – 14094 – 76
25
32
40
CP II-
Z
06 – 3494 – 56
25
32
40
CP II-
E
Composto
99 – 95
25
32
40
CP I-S
100
25
32
40
CP I
Comum
PozolanaEscóriaClinquer+ GessoClasseSigla
Cimento 
Portland
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Tipos de cimento Portland brasileiro
0 – 5
0 – 5
0 – 5
Carbonato
Alta 
resistência 
inicial
Pozolânico
Alto-forno
Cimento 
Portland
5733--100 – 95-CP V-ARI
573615 – 50085 – 45
25
32
40
CP IV
5735035 – 7065 – 25
25
32
40
CP III
NormaPozolanaEscóriaClínquer + GessoClasseSigla
Tipos de cimento Portland brasileiro
Tipo x resist. compressão
40
Tipos de cimento Portland brasileiro
PadrãoMaiorMaiorPadrãoDurabilidade
MenorMaiorMaiorPadrão
Resistência aos agentes 
agressivos (água do mar e 
de esgotos)
PadrãoMenorMenorPadrãoPermeabilidade
MaiorMenorMenorPadrãoCalor gerado na reação do cimento com a água
Muito maior 
nos primeiros 
dias
Menor nos 
primeiros dias 
e maior no 
final da cura
Menor nos 
primeiros dias 
e maior no 
final da cura
PadrãoResistência a compressão
Alta 
Resistência 
Inicial
PozolânicoAlto-FornoComum e CompostoPropriedade
Tipo x outras propriedades
Tipos de cimento Portland brasileiro
Exigências físicas
41
Tipos de cimento Portland brasileiro
Exigências químicas
Fornecimento do cimento
? Sacos de papel tipo kraft (papel extensível) com 25kg e 
50kg;
? Granel;
? Containers (big-bag).
42
Armazenamento do cimento
30 cm
Altura máxima :
• 10 sacos; ou
15 sacos quando o
período de 
armazenamento for
inferior a 15 dias
30 
cm
Armazenamento do cimento
? O Cimento deve ser utilizado obedecendo-se a ordem de 
sua entrada no depósito;
? Caso o cimento seja pouco afetado pela umidade, ele ainda 
poderá ser aproveitado em serviços onde não sejam 
necessárias grandes resistências, devendo ser previamente 
peneirado em malha de pequena abertura.