Cimento Portland: História e Fabricação

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ARGAMASSAS E CONCRETOS 
CIMENTOS 
DEFINIÇÃO 
O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglutinantes 
que endurece sob a ação da água, ou seja, é um aglomerante 
ativo hidráulico. 
 
HISTÓRICO 
O material, conhecido dos antigos egípcios, ganhou o nome atual 
no século XIX graças à semelhança com as rochas da ilha 
britânica de Portland. 
 
A palavra CIMENTO é originada do latim CAEMENTU, que 
designava na velha Roma espécie de pedra natural de rochedos e 
não esquadrejada. A origem do cimento remonta há cerca de 
4.500 anos. 
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 
1756 pelo inglês John Smeaton, que conseguiu obter um produto 
de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e 
argilosos. 
 
Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de 
Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele 
é considerado o inventor do cimento artificial. 
HISTÓRICO 
Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou 
conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num 
pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, 
tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas 
construções. A mistura não se dissolvia em água e 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. 
HISTÓRICO 
MATÉRIAS PRIMAS 
O cimento Portland é composto de 
Clínquer e de Adições. 
 
O Clínquer é composto por calcário 
e argila. 
 
Uma das adições colocadas no 
cimento é o gesso. 
 
 
 
MATÉRIAS PRIMAS 
O calcário é a matéria-prima básica, contribui de 85 a 95% na 
fabricação do cimento, é constituído basicamente de carbonato 
de cálcio (CaCO3) e, dependendo de sua origem geológica, pode 
conter várias impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro. 
A rocha calcária é extraída de jazidas com auxílio de explosivos. 
 
MATÉRIAS PRIMAS 
MATÉRIAS PRIMAS 
MATÉRIAS PRIMAS 
MATÉRIAS PRIMAS 
Para melhorar a qualidade do clínquer, o calcário recebe algumas 
correções complementares de: 
 FILITO (argila): este material colabora com o alumínio Al2O3; 
 QUARTZITO (material arenoso): este colabora com SiO2; 
 MINÉRIO DE FERRO: este colabora com Fe2O3. 
MATÉRIAS PRIMAS 
FABRICAÇÃO 
Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho 
vertical de rolos, em proporções pré determinadas, onde se 
processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização 
necessária, formando-se a farinha crua. 
MATÉRIAS PRIMAS 
FABRICAÇÃO 
A farinha crua moída é calcinada até fusão incipiente, a uma 
temperatura de 1450ºC em um forno rotativo, onde então 
obtém-se o clínquer. 
FABRICAÇÃO 
A sílica, alumina, ferro e cal reagem no interior do forno, dando 
origem ao clínquer, cujos compostos principais são os seguintes: 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
Para a obtenção do cimento Portland, faz-se a moagem do 
clínquer com diversas adições, como o gesso (até 5%), calcário, 
pozolana e escória, onde assegura-se ao produto a finura e 
homogeneidade convenientes, de acordo com as normas da 
ABNT. 
 
O processo de moagem do clínquer e de suas adições é um fator 
importante, pois irá influenciar em algumas características, como 
a hidratação e as resistências inicial e final do cimento. 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
Funções das adições 
 GESSO 
A gipsita, sulfato de cálcio di-hidratado, é comumente chamada 
de gesso. É adicionada na moagem final do cimento, com a 
finalidade de regular o tempo de pega, permitindo com que o 
cimento permaneça trabalhável por pelo menos uma hora, 
conforme ABNT. Sem a adição de gipsita, o cimento tem início de 
pega em aproximadamente quinze minutos, o que tornaria difícil 
a sua utilização em concretos. 
FABRICAÇÃO 
Funções das adições 
 FÍLER CALCÁRIO 
A adição de calcário finamente moído é efetuada para diminuir a 
porcentagem de vazios, melhorar a trabalhabilidade, o 
acabamento e pode até elevar a resistência inicial do cimento. 
FABRICAÇÃO 
Funções das adições 
 POZOLANA 
A pozolana é a cinza resultante da combustão do carvão mineral 
utilizado em usinas termoelétricas. A adição de pozolana propicia 
ao cimento maior resistência a meios agressivos como esgotos, 
água do mar, solos sulfurosos e a agregados reativos. Diminui 
também o calor de hidratação, permeabilidade, segregação de 
agregados e proporciona maior trabalhabilidade e estabilidade de 
volume, tornando o cimento pozolânico adequado a aplicações 
que exijam baixo calor de hidratação, como concretagens de 
grandes volumes. 
FABRICAÇÃO 
Funções das adições 
 POZOLANA 
FABRICAÇÃO 
Funções das adições 
 ESCÓRIA DE ALTO FORNO 
A escória de alto-forno, é sub-produto da produção de ferro em 
alto-forno, obtida sob forma granulada por resfriamento brusco. 
Em presença de meio alcalino, a escória vítrea reage com a água 
de maneira similar ao cimento Portland, formando produtos 
hidráulicos com poder aglomerante. 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
Os diferentes tipos e teores de adições usados na moagem do 
clínquer permitem que se obtenham cimentos de características 
diversas, possibilitando ao construtor conseguir sempre um 
cimento mais adequado ao concreto e argamassa a que se 
destina. 
FABRICAÇÃO 
FABRICAÇÃO 
CaO – é o componente essencial do cimento, as propriedades 
mecânicas aumentam com o teor de cal, desde que combinadas. 
 
SiO2 – é da sua combinação com a cal que resultam os principais 
compostos do cimento. 
 
Al2O3 – o composto formado por este óxido com a cal acelera o 
tempo de pega e reduz a resistência a sulfatos. 
 
Fe2O3 – em pequenas quantidades funciona como fundente. 
FABRICAÇÃO 
MgO – este elemento não se apresenta combinada, em grandes 
quantidades é expansivo. 
 
SO3 – em grandes quantidades é perigoso devido à formação de 
sulfoaluminatos. 
 
K2O e Na2O – atuam como fundentes e aceleradores de pega. 
 
TiO2, Mn3O4 e P2O5 – encontrados em pequenas quantidades e 
raramente são determinados separadamente. 
FABRICAÇÃO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
TIPOS DE CIMENTO 
COMERCIALIZAÇÃO 
COMERCIALIZAÇÃO 
DICAS 
DICAS 
DICAS 
DICAS 
DICAS 
DICAS 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
A composição química potencial dos cimentos brasileiros é: 
 
 
 
 
ELEMENTO PERCENTUAL 
C3S 18% a 70% 
C2S 11% a 30% 
C3A 2% a 20% 
C4AF 4% a 15% 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
O C3S, também chamado de Alita, é responsável pela resistência 
mecânica dos cimentos nas primeiras idades, possuindo uma 
velocidade de reação média e médio desenvolvimento de calor 
de hidratação. 
 
O C2S, também chamado de Belita, é responsável pela resistência 
mecânica dos cimentos nas idades avançadas, possuindo uma 
velocidade de reação lenta e pequeno desenvolvimento de calor 
de hidratação. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
O C3A possui moderada resitência mecânica, porém possui 
reação rápida e libera grande quantidade de calor de hidratação, 
sendo responsável pela retração do cimento. 
 
O C4AF possui baixa resistência mecânica, rápida reação e libera 
pequena quantidade de calor de hidratação.QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Os silicatos são praticamente os únicos responsáveis pelas 
características mecânicas medidas na pasta de cimento. Estes 
silicatos - C3S e C2S - perfazem cerca de 65 a 85 % da massa do 
cimento (Tipo I) e, na hidratação, formam o gel de Silicato 
Hidratado de Cálcio (C-S-H), o mais importante componente da 
pasta de cimento hidratada (MEHTA & MONTEIRO, 1994). 
 
Os aluminatos são responsáveis pela pega e endurecimento da 
pasta. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
É prática comum na indústria do cimento, calcularem-se os 
teores dos compostos a partir da análise dos óxidos usando uma 
série de equações originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. 
 
Cálculo da composição potencial do cimento pelas 
equações de Bogue: 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Esta equação é válida para teores de Al2O3/Fe2O3 ≥ 0,64. 
 
Quando são colocadas adições ao cimento está equação torna-se 
imprecisa. 
 
O componente C da equação se refere à quantidade total de 
CaO – CaO livre. 
 
Fazer exemplo. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Ao entrarem em contato com a água, os componentes do 
cimento iniciam um processo de hidratação, que pode ser 
dividido em 3 estágios: 
 
 
Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução 
dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis 
solúveis, Ca2+, SO4
2- e íons OH- em solução, resultando em um 
pH de 12 a 13. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Estagio II: Os íons Ca2+, SO4
2- e íons OH- reagem com os 
silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, 
formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não 
hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um 
período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser 
lançado e assentado. 
 
Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca2+ 
continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos 
grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de 
Ca2+, seguida da precipitação de Ca(OH)2 ocorre uma rápida 
hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e 
etringita. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
As duas reações mais importantes para a resistência são 
(MEHTA & MONTEIRO,1994): 
 - C3S + H2O → gel de C-S-H + hidróxido de cálcio 
(Ca(OH)2) + 120 cal/g de C3S . 
Propicia alta resistência inicial e forte desprendimento de calor 
de hidratação (cerca de 80 % em 10 dias); 
 
 - C2S + H2O → gel de C-S-H + hidróxido de cálcio + 60 
cal/g de C2S . 
Propicia lento e constante desenvolvimento de resistência e 
baixo calor de hidratação (cerca de 80 % em 100 dias). 
QUÍMICA DO CIMENTO 
 - C3A + H2O + gesso → etringita (C6A S 3H32), 
monossulfato (C4A S H18) mais vários hidratos cristalinos tais 
como: C3AH6 , C4AH9 e C2AH8 + 320 cal/g de C3A 
 
A reação do C3A com a água é instantânea e há forte 
desprendimento de calor de hidratação. A formação de 
monossulfato implica em baixa resistência ao ataque de sulfatos. 
Essa baixa resistência à sulfatos se deve à combinação de 
monossulfatos com sulfatos numa reação expansiva que forma 
etringita. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
 - C4(AF) + H2O + gesso → C6A(F) S 3H32, C4A(F) S H18 
mais vários hidratos cristalinos tais como: C3A(F)H6 , C4A(F)H9 e 
C2A(F)H8+ 100 cal/g de C4(AF). 
 
As reações produzem produtos de estruturas cristalinas 
semelhantes às produzidas na hidratação do C3A, onde o ferro 
pode substituir posições que seriam ocupadas pelo alumínio. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Gel de C-S-H 
Cristal de Ca(OH)2 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Durante a hidratação, os microcristais do C-S-H surgem na 
superfície do cimento como pequenos filamentos e se 
cristalizam. 
 
Dada a natureza da superfície de cristalização, os macrocristais 
aderem entre si e se entrelaçam, aderindo também aos cristais 
do agregado, formando assim uma estrutura sólida. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Estruturas Fibrilares: C-S-H 
 
 Cristais de C3S e C2S hidratados: 
 
 
 
 50 % a 60% do volume da pasta; 
 São as estruturas C-S-H - C=CaO, S=SiO2, H=H2O; 
 Estruturas unidas através de ligações de van der Waals; 
 Excelente resistência mecânica e química. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Estruturas Prismáticas: C-H - Portlandita 
 
 Cristais de grande tamanho; 
 Cristais com formas hexagonais; 
 Formados p/ hidróxido de cálcio - Ca(OH)2; 
 20 a 25% do volume de sólidos; 
 Responsáveis pH elevado da pasta (pH ≈ 13); 
 Ca(OH)2 é muito solúvel em água; 
 Ca(OH)2 é quimicamente muito reativo; 
 Cristais porosos com baixa resistência mecânica. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos 
 
 Cristais grandes e volumosos; 
 Formados por C3A + gesso hidratados; 
 
 Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, 
formando monossulfato: 
 
 Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; 
 São os primeiros cristais da pasta a se formar; 
 Podem causar falsa pega; 
 Representam 15 a 20 % do volume de sólidos. 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita 
recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Qual cimento devo escolher? 
 
 - Cimento com alta resistência inicial libera muito calor 
de hidratação, como consequência fissura mais facilmente. 
 
 - Cimento com baixa resistência inicial e baixo calor de 
hidratação não fissura. 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
QUÍMICA DO CIMENTO 
O desenvolvimento dos cimentos para os parâmetros atuais 
permite grandes resistências em baixas idades, acelerando o 
processo construtivo, porém apresenta como consequência uma 
diminuição na durabilidade das construções devido ao 
fissuramento que ocorre. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: 
 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Atualmente percebe-se um aumento do teor de C3S em 
detrimento do C2S, aumentando a geração de calor de 
hidratação e do grau de fissuração. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Variação do teor de C2S. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Variação do teor de C3S. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Variação do teor de C3A. 
QUÍMICA DO CIMENTO 
Variação do teor de C4AF. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
TEMPOS DE PEGA: 
 Início de Pega: é o tempo em que ocorre o início do 
endurecimento do cimento, após a adição da água. 
 
 Fim de Pega: é o tempo necessário para ocorrer o término do 
endurecimento do cimento. 
 
 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
Classificação de acordo com os tempos de pega: 
 
- Pega rápida: início de pega menor que 30min. 
 
- Pega semi-rápida: início de pega entre 30min e 60 min. 
 
- Pega normal: início de pega maior que 60min. 
 
 
 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
O ensaio é realizado com o Aparelho de Vicat. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
FINURA: 
 
O grau de moagem (finura) influencia nas propriedades do 
cimento. 
 
Quanto mais fino o cimento, mais rápida é a pega e maior a 
quantidade de calor de hidratação liberada. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
FINURA: 
 
Métodos de ensaio: 
 - Sedimentação – Lei de Stokes; 
 - Turbidímetro; 
 - Permeabilímetro Blaine; 
 - Granulometria a Laser;- Peneiramento. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
EXPANSIBILIDADE: 
 
É o aumento de volume da pasta devido à hidratação dos 
compostos. 
 
O MgO é o principal responsável por esse aumento de volume 
ao formarem cristais de Periclásio. 
 
O gesso também pode ocasionar a expansão. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
RESISTÊNCIA À SULFATOS: 
 
Teor de C3A menor que 8%; 
 
Teor de adições carbonáticas menor que 5%; 
 
60% a &0% de escória de alto forno; 
 
25% a 40% de Pozolana. 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
MASSA ESPECÍFICA: 
 
Varia de 2,9 g/cm3 no CP IV até 3,18g/cm3 no CP II 
PROPRIEDADES E ENSAIOS 
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO: 
 
É influênciada pela quantidade de água em relação à quantidade 
de cimento. 
 
Para ensaio prepara-se uma argamassa 1:3:0,48 com areia normal 
(IPT)