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AULA 5 Aglomerantes

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Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Aula 5: Aglomerantes aéreos e 
hidráulicos
Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental
Disciplina: Materiais de construção (CET 115)
1. Definição de aglomerantes
�Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral
pulverulento, cuja principal função é formar uma pasta,
que promove a união entre os grãos do agregado.
�São utilizados na obtenção das argamassas e
concretos, na forma da própria pasta e também na
confecção de natas.
2. Classificação dos aglomerantes
� aéreos: são os aglomerantes que endurecem pela
ação química do CO2 no ar, como por exemplo a cal
aérea.
� hidráulicos: são os aglomerantes que endurecem
pela ação exclusiva da água, como por exemplo o cal
hidráulica e cimento Portland, etc. Este
fenômeno recebe o nome de hidratação.
� poliméricos: são os aglomerantes que tem reação
devido a polimerização de uma matriz.
Ca CO3 Ca O + CO2
aquecimento até o início da fusão
perda de 44% do volume e 12 a 20% do peso.
CALCINAÇÃO 
calcário puro
calor de 900 oC
cal viva 
ou 
cal virgem 
Produção
2.1. Cales
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Processo de hidratação (extinção)
CaO + H2 O Ca (OH)2 + CALOR
Cal Hidratada (extinta)Cal virgem
aumento de volume.
� a reação é lenta (o teor de CO2 do ar é 0,04%)
� reação se dá do exterior para o interior
� necessita da presença de água para a reação.
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
Processo de endurecimento
Classificação
�Quanto a composição química, temos a cal cálcica
e a cal magnesiana.
�A primeira com um mínimo de 75% de CaO e a
segunda com no mínimo de 20% de MgO, devendo
sempre a soma de CaO e MgO ser superior a 95%.
Os componentes argilosos devem somar no 
máximo 5%
1 m de cal virgem fornece 
menos de 1,82 m de pasta 
Rendimento
Cal Gorda 1 m de cal virgem fornece mais de 1,82 m de pasta
Cal Magra
�Extinção Rápida - até 5 min
�Média - 5 a 30 min
�Lenta - mais de 30 min
Rapidez de extinção
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Propriedades
�Plasticidade: é a maior ou menor facilidade de
deformação.
�Retração: a carbonatação do hidróxido de cálcio
realiza-se com perdas de volume, podendo ocorrer a
retração, fazendo surgir trincas no revestimento.
� Para argamassas de revestimentos e 
assentamentos de alvenarias.
APLICAÇÃO
� Indústrias químicas, cerâmicas, siderúrgicas, 
vidros, tintas, colas.
� No tratamento de água, como adubos, na 
refino do açúcar, em pinturas (caiação).
� Em adições a pavimentos Betuminosos
Uso na produção de argamassas – NBR 7175
CH I CH IIICH II
Sacos de 20 kg 
fabricante, tipo da cal, 
massa líquida, massa unitária,
selo de conformidade - ABPC
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
�Em depósitos protegidos
�Evitar depósistos de madeira no caso de cal virgem 
ARMAZENAGEM
900 a 1100 kg/m3 - em torrões
MASSA UNITÁRIA
Cx: 25x40x20 cm
CH I e CH II ≤≤≤≤ 600 kg/m3
CH III ≤≤≤≤ 800 Kg/m3
500 a 590 kg/m3 - em pó
2.2 Gesso
�Dos aglomerantes utilizados na construção civil, o
gesso é o menos utilizado no Brasil. No entanto, ele
apresenta características e propriedades bastante
interessantes, dentre as quais, pode-se citar:
�O endurecimento rápido, que permite a produção de
componentes sem tratamento de aceleração de
endurecimento.
�A plasticidade da pasta fresca e a lisura da superfície
endurecida são outras propriedades importantes.
Sulfato de Cálcio com 2 moléculas de água
Produto resultante da desidratação total ou parcial da 
GIPSITA
Utilizado a mais de 4500 anos (Egito)
CaSO4.2H2O
CaSO.2H2 O Ca SO4 . ½ H 2 O + 1 ½ H2 O
Calor
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
HIDRATAÇÃO
CaSO.½ H2O + ½ H2O Ca SO4. 2 H2O
2(CaSO4.½ H2O) + 3 H2O 2(CaSO4.2H2O)
Pega rápida
PROPRIEDADES:
PEGA
início- 2 a 3 min
término - 10 a 40 min
Endurecimento rápido
Depende de:
� temperatura e tempo de calcinação.
� finura
� quantidade de água de amassamento (+ água>tempo)
� impurezas e aditivos. 
Aceleradores: alúmen, potássio.
Retardadores: álcool, açucar, bórax, fosfato.
ISOLAMENTO
Bom isolamento térmico e acústico
ADERÊNCIA
Boa : tijolo, pedra, concreto, ferro
Ruim : madeira
Ataca o aço
RESISTÊNCIA MECÂNICA
depende da quantidade de água + água < resistência
Compressão - 5 a 15 MPa 
Tração - 0,7 a 3,5 MPa
RESISÊNCIA AO FOGO
3 cm de recobrimento resiste a 1000 oC por 45 min.
MASSA UNITÁRIA γγγγ = 0.65 a 0,80 kg/l
MASSA ESPECÍFICA γγγγO = 2,57 kg/l
placas para forro
revestimento de paredes
divisórias e ornamentos
EMPREGO
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
2.3 – História do Cimento
Procurando segurança e durabilidade para as
edificações o homem foi levado à
experimentação de diversos materiais
aglomerantes.
•Babilônios: utilizavam argilas não cozidas
com fibras vegetais;
•Egípicios: usavam gesso impuro calcinado.
•Gregos e romanos: recorriam ao calcário
calcinado, porém, posteriormente, aprenderam
a misturar cal, água, areia e pedra britada,
combinação que pode ser considerada como o
primeiro concreto da história. Cúpula do templo de Phanteon, feita em 
concreto
2.3 – História do Cimento
Em 1756, John Smeaton (engenheiro), procurava um
aglomerante que endurecesse mesmo em presença de
água, de modo a facilitar o trabalho de reconstrução do
farol de Edystone, na Inglaterra.
Em suas tentativas, verificou que uma mistura
calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de
seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas
construções.
"caementum", termo que originou a palavra cimento, veio dos
romanos.
2.3 – História do Cimento
Joseph Aspdin (pedreiro) em 1824, patenteou a
descoberta, batizando-a de cimento Portland, numa
referência à Portlandstone, tipo de pedra arenosa muito
usada em construções na região de Portland, Inglaterra.
2.3 – História do Cimento
No Brasil
A primeira tentativa de produzir Cimento Portland no
Brasil, se deve ao Comendador Antonio Proost
Rodovalho, que em 1888 instalou uma fábrica em sua
fazenda, mas que não chegou a produzir regularmente.
Houve também outras tentativas, na Paraíba e no
Espírito Santo, mas sem sucesso.
A primeira fábrica a produzir normalmente, no Brasil, foi
a Cia Brasileira de Cimento Portland Perus, no ano de
1926.
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
É um aglomerante hidráulico, resultante da moagem do 
clinquer, obtido pelo cozimento até a fusão parcial, de mistura 
de calcário e argila
Após o cozimento é feita a adição de sulfato de cálcio (gesso), 
em proporção adequada para regularizar a pega, e em seguida 
é feita moagem. 
convenientemente dosada e homogeneizada, de tal forma que, 
após o cozimento não resulte cal livre em proporções prejudiciais
SiO2 Al2O3 Fe2O3 
Na2O K2OCaCO3
2.3.1 - Cimento
OBTENÇÃO DO CIMENTO 
PORTLAND
COMPOSTOS 
CÁLCICOS
COMPOSTOS
SILÍCICOS
+
SILICATOS 
DE CÁLCIO
Obtenção do Clínquer
Calcário 
+
Argila
calcinação a
1400oC
fusão parcial
Clínquer 
(silicatos, aluminatos, 
ferroaluminatos, cal 
livre, compostos 
alcalinos)
OBTENÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
Obtenção do Cimento 
Portland
Clínquer 
+ 
Sulfato de cálcio
Moagem 
em moinho 
de bolas
Cimento 
Portland
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
I:\Aulas UFRB\
Materiais de Construção\Aul
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO 
PORTLAND
ÓxidosÓxidos SimboloSimbolo CompostosCompostos SímboloSímbolo NomeNome
CaOCaO CC 3CaO. SiO2 C3S SilicatoSilicato tricálcicotricálcicoSiOSiO22 SS 2CaO. SiO2 C2S Silicato Silicato dicálcicodicálcico
AlAl22OO33 AA 3CaO. Al2O3 C3A AluminatoAluminato tricálcicotricálcico
FeFe22OO33 FF 4CaO. Al2O. Fe2O3 C4AF FerroFerro--aluminatoaluminato
tetracálcicotetracálcico
SOSO33 SS 3CaO.2SiO2.3H2O C3S2H3 --
HH22OO HH CaSO4.2H2O CS H2 --
MgOMgO MM 4CaO. Al2O3SO3 C4A3S3 --
COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA DO CIMENTO PORTLAND
Fusão e Temperatura de resfriamento
má formação de cristais
facilita a moagem
MgOMgO estabilidade de volume 
CC33AA ataque de sulfatos
menor tamanho dos cristais
melhora a durabilidade
Resfriamento rápido
Clinquer: 96%
silicato tricálcico: 20 a 70%
silicato bicálcico: 10 a 50 %
aluminato tricálcico: 5 a 20 %
ferro-aluminato tretracálcico: 5 a 15%
-- cal livre: cal livre: 0 a 2%0 a 2%
Impurezas -- magnésia:magnésia: 0 a 7 %0 a 7 %
-- álcalis:álcalis: 0 a 2 %0 a 2 %
-- outros óxidos (TiOoutros óxidos (TiO22, P, P22OO55, Mn, Mn22OO33): 0 a 3 %): 0 a 3 %
Sulfato de Cálcio: 4%
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
% C3S = 4,071. %C - 7,600.%S - 6,716.%A - 1,430.%F - 2,850.%S
% C2S = 2,867.%S - 0,7544.% C3S
% C3A = 2,650.% A - 1,692.% F
% C4AF = 3,042.%F
% CaSO4 = 1,7. % S
Previsão dos compostos do cimento (Bogue, 1955) Hidratação do Cimento
Reação química com a água
Reação exotérmica
Ocorre da superfície externa para a parte interna
aluminatos enrijecimento (perda de consistência plástica) e a pega (solidificação)
silicatos
endurecimento (velocidade de 
desenvolvimento da resistência).
Retração autógena
Mistura : cimento + água Instantes iniciais : hidratação externa
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Prosseguimento da hidratação externa
Coalescência entre os produtos de hidratação
Avanço da hidratação externa:
Encapsulamento dos agregados
Hidratação interna do cimento
Idades avançadas
a. Seção de um grão polimineral anidro
b. 10 minutos - Parte do C3A reage com sulfato de cálcio em solução. Forma-se um gel amorfo sobre a 
superfície rico em aluminato ocorrendo nucleação de pequenas agulhas de AFt
c. 10 horas - Reação do C3S produzindo C-S-H externo à superfície do grão ocorrendo nucleação a 
partir das agulhas de AFt
d. 18 horas - Hidratação secundária do C3A produzindo longas agulhas de AFt. Constata-se o início da 
formação de C-S-H interno através da continuidade da hidratação do C3S
e. 1 a 3 dias – C3A reage com algum AFt da região interna formando placas hexagonais de AFm. A 
contínua formação dos produtos internos reduz a separação entre a região anidra e a camada externa 
hidratada 
f. 14 dias - Suficiente C-S-H interno foi formado para preencher o espaço entre o grão e a camada 
externa. O C-S-H externo torna-se mais fibroso
3 
C-S-H
EXTERNO
GEL
AFt
AFt AFm C-S-H
INTERNO
C A C S3 3 
C-S-H
EXTERNO
C-S-H
EXTERNO
GEL
AFt
GEL
AFt
AFt AFmAFm C-S-H
INTERNO
C-S-H
INTERNO
C A C S3 3 
C A C S3 3 
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Hidratação do cimento
CIMENTO + AGUA => compostos hidratados + Ca(OH)2
PH basico e 
Reações 
pozolanicas
CSH – Resistências 
mecânicas do 
concreto
Hidratação do cimento
� C3S+H2O => C2Saq+Ca(OH)2 => C2S2H3
Resistência em todas as idades, especialmente nas primeiras, 
libera calor de hidratação
� C2S+H2O => C2Saq => C2S2H3
Crescimento da resistência a idades mais prolongadas
� C3A – contribui na resistência ao primeiro dia e calor de 
hidratação 
� C4AF – não contribui com resistência
EVOLUÇÃO DO GRAU DE HIDRATAÇÃO
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Atualmente, a maioria dos cimentos, tanto 
nacionais como estrangeiros, são produzidos com 
adições minerais com maiores ou menores 
propriedades pozolânicas
ADIÇÕES MINERAIS
São materiais mais ou menos silicosos finamente moídos com 
propriedades pozolânicas, adicionados ao cimento em 
substituição ao clínquer ou ao concreto em quantidades 
relativamente grandes, com o objetivo de modificar algumas de 
suas propriedades.
A substituição de clínquer por adições tem por objetivo:
� Resolver problemas ambientais
� Economia de energia
� Redução de custo
� Resolver problemas tecnológicos
Reação básica do cimento portland
C3S + H C - S - H + CH (rápida)
Reação pozolânica
SiO2 + CH + H C - S - H (lenta)
Materiais Pozolânicos
•Materiais naturais
Geralmente derivados de rochas minerais vulcânicas
� Cinzas vulcânicas
� Tufos vulcânicos 
� Argilas calcinadas
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Subprodutos Industriais
Escória granulada de alto forno
� Subproduto de produção 
siderúrgica
� A qualidade é função do 
resfriamento
� Moída com finura de 400 a 500 m2/kg tem 
propriedades pozolânicas e cimentantes satisfatória
� Pode ter elevado teor de 
cálcio o que lhe dá também 
propriedades cimentantes
Microssílica (sílica ativa)
• Subproduto de produção de silício metálico e ferro-
silício.
• Material com mais de 85% de sílica amorfa
• Altamente fino: superfície específica com 20.000 m2/g
• Altamente reativa
• Utilizada em concreto de alto desempenho
Cinza de casca de arroz
� Subproduto do beneficiamento de arroz ou termoelétrica
� Elevado teor de sílica amorfa ( > 80 %)
� Necessita ser moída para melhorar atividade pozolânica
� Em queima com temperatura controlada tem maior teor 
de sílica reativa
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Contaminação de rios por Cinza de casca de arroz
Cinza volante
� Gerada em usinas termoelétricas
� Partículas esféricas lisas 
extremamente finas com 
elevado teor de sílica amorfa
� Não necessita ser moída
Temperatura de queima
x
pozolanicidade
PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO CIMENTO 
1. Pega e Endurecimento
Cimento + água
Perda de plasticidade e 
possibilidade de manuseio 
após o inicio das reações 
de hidratação
Pega
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Inicio de pega
Tempo decorrido desde a adição de 
água até o inicio das reações com os 
compostos do cimento. 
Limita o tempo de trabalhabilidade 
dos concretos e argamassas
Tempo de fim 
de pega
Tempo decorrido desde a adição 
de água até a situação em que a 
pasta cessa de deformar sob a 
ação de cargas. 
A partir deste momento pode-
se iniciar novos serviços sobre 
a superfície do concreto.
Baixa resistência à 
tração e pouca 
deformabilidade
Mistura 
do 
cimento e 
da água
Início de 
pega
Fim de 
pega
~2 horas 4 a 16 horas
Crescimento 
da 
resistência
Pega
Endurecimento
Falsa pega 
Provocada pela desidratação do gesso 
ou erro no proporcionamento no 
processo de moagem
Fatores que influenciam a pega
Teor de C3A , SO3 e Fe2O3
Finura Quanto mais fino o cimento mais rápida 
a pega
Temperatura
Aumento – reduz 
Diminuição – aumenta
Quantidade de 
água
quanto mais água menor o 
tempo de pega
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Aditivos
Aceleradores (cloreto de cálcio, Cloreto de sódio, etc.)
Retardores (Gesso, açúcar, álcool, óxido de zinco)
Classificação quanto à pega
Normal > 1 h
Rápida < 1 h
Pega de cimentos comerciais
2 h 30 min
Determinação do tempo de pega: Aparelho de Vicat, com 
pasta de consistência normal)
Tempo de pega 1.mp4 tempo de pega - vicat automatico.mp4
Determinação da Finura
Peneiramento: índice de finura - % de massa que fica 
retida na peneira 200 com abertura de 
0,075 mm. (NBR 57 33)
Para os cimento normais: % retida < 12 %
Permeabilímetro de Blaine - Superfície específica
Baseado na velocidade de ar que 
passa por uma determinada 
amostra que é função do tamanho 
dos grãos. 
Blaine dos cimentos normais = 
2500 a 4000 cm2/g
Granulômetro a laser
Prof.MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Massa específica
A massa especifica do cimento γ0 = 3,10 a 3, 15 kg/l.
A determinação é feita através do frasco de Le 
Chatelier, usando querosene como líquido.
A massa unitária do cimento: γ = 1,5 Kg/l 
Resistência a esforços mecânicos 
(resistência à compressão)
Fatores que influenciam na resistência à compressão:
Direta
Inversa
direta
Principalmente C3S e C2S
Finura 
Quantidade de água
Composição química
Idade
Determinação da resistência à compressão (NBR 7215)
Corpos de prova cilindricos: 5 X 10 cm
Argamassa Normal: 1 : 3 : 0,5 
Areia Normal = Areia do rio Tietê
Ruptura aos 3, 7 e 28 dias.
CP 25 8 15 25
CP 32 10 20 32
CP 40 14 24 40
Classes de cimento (em MPa)
3d 7d 28d
Exsudação
é o fenômeno de segregação da água que ocorre na 
pasta de cimento antes do início da pega
Quanto mais fino o cimento menor a exsudação
É importante na tecnologia de concretos e argamassas
Pode provocar fissuração na superficie
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
PROPRIEDADES QUÍMICAS DO CIMENTO
1. Estabilidade de volume
A existência indesejável de cal livre (CaO) e óxido de 
magnésia (MgO), pode provocar expansão do 
concreto endurecido.
Determinação: Agulha de Le Chatelier com pasta de 
consistência normal
Ensaio a frio: evidencia a presença de MgO
Ensaio a quente: evidencia a presença de CaO
2. Calor de hidratação
É a quantidade de calor gerado pela hidratação 
completa dos compostos do cimento.
3 dias 41 a 90 cal/g - 50%
7 dias 46 a 97 cal/g 
28 dias 61 a 109 cal/g - 90%
60 dias 72 a 114 cal/g
180 dias 74 a 116 cal/g
3. Resistência a Agentes Agressivos
Influi diretamente na durabilidade e depende muito da 
porosidade (relação água/cimento)
Em contato com a água:
Retirada do Ca(OH)2 por dissolução
Ataque de águas ácidas aos silicatos hidratados
Ataque de águas sulfatadas ao C3A, formando etringita 
expansiva (sal de Candlot)
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Em contato com o ar:
Carbonatação do Ca(OH)2
Em atmosferas marinhas Corrosão de armaduras 
Corrosão de armaduras 
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
4. Reação álcali-agregado
Reação entre os álcalis do cimento e a silica ativa 
da areia (amorfa)
Só ocorre em 3 condições:
�Equivalente de Na2O: % Na2O + 0,658 (% K2O) > 0,6
�Ocorrência de sílica amorfa (Opala)
�Umidade
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Como evitar: 
�Limitar o equivalente alcalino (Na e K)
�Utilizar material pozolânico (consumo de C3A)
�Evitar umidade
Transporte armazenamento do cimento
Em saco:
Lugar limpo e seco
Estrado de madeira a 30 cm do chão
Cobertura 
Pilhas de, no máximo 10 sacos
A granel: 
Transportado em carretas e containers
Armazenagem em silos dotados de 
sistemas de abastecimento e dosados 
por gravidade, por parafuso sem fim ou 
elevadores de caneca
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
Tipos de cimento
Sigla Clínquer + 
sulfato de 
cálcio 
Escória 
granulada de 
alto-forno 
Material 
pozolânico 
Material 
carbonático 
CP I 100 0 0 0 
CP I-S 99-95 1-5 1-5 1-5 
 CP II-E 94-56 6-34 - 0-10 
CP II-Z 94-76 - 6-14 0-10 
CP II-F 94-90 - - 6-10 
 CP III 65-25 35-70 - 0-5 
 CP IV 85-45 - 15-50 0-5 
 CP V-ARI 100-95 - - 0-5 
 
Resistência dos tipos de cimento 
(ABCP) Terminologia do cimento
Cimento Portland (CP) : Tipo de cimento : Classe do cimento
Exemplo: CP II F 32:
•Cimento Portland
•composto de Filler 
•com 32MPa de resistência aos 28 dias
Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva
�Bauer, Elton. Notas de Aulas. Ciência dos materiais. UnB. 2009.
�GUIMARÃES, J. E. P.; A cal – Fundamentos e aplicações na engenharia civil. São Paulo: PINI.
1998.
�ISAIA, Geraldo Cechella; INO, Akemi (Coord.) Materiais de construção civil e princípios de
ciência e engenharia de materiais. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v. ISBN 9788598576183 (v.1)
�MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo:
Ibracon, 2008.
�Site: http://www.abcp.org.br (acessado em 15/09/2009).
�Site: http://www.uff.br/matconst/historia_do_cimento1.htm (acessado em 15/09/2009)
Bibliografia
97

Outros materiais