Cimento propriedades (1)

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FTC – ENGENHARIA CIVIL 
Disciplina: Química 
Professor: Paulo S. M. Mascarenhas 
A procura por segurança e 
durabilidade para as edificações 
conduziu o homem à 
experimentação de diversos 
materiais aglomerantes. Os 
romanos chamavam esses materiais 
de "caementum", termo que 
originou a palavra cimento. 
A origem do cimento remonta há cerca 
de 4.500 anos. Os imponentes 
monumentos do Egito antigo já 
utilizavam uma liga constituída por uma 
mistura de gesso calcinado. As grandes 
obras gregas e romanas, como o Panteão 
e o Coliseu, foram construídas com o uso 
de solos de origem vulcânica da ilha 
grega, que possuíam propriedades de 
endurecimento sob a ação da água. 
Panteão – Grécia 
Coliseu – Roma 
O passo seguinte aconteceu em 1758, 
quando o inglês Smeaton consegue um 
produto de alta resistência, por meio da 
calcinação de calcários moles e 
argilosos. Seis anos depois, outro inglês, 
Joseph Aspdin patenteia o "Cimento 
Portland", que recebe este nome por 
apresentar cor e propriedades de 
durabilidade e solidez semelhantes às 
das rochas da ilha britânica de Portland. 
O cimento Portland desencadeou 
uma verdadeira revolução na 
construção, pelo conjunto inédito de 
suas propriedades de 
moldabilidade, hidraulicidade 
(endurecer tanto na presença do ar 
como da água), elevadas 
resistências aos esforços e por ser 
obtido a partir de matérias-primas 
relativamente abundantes e 
disponíveis na natureza. 
Obras cada vez mais arrojadas e 
indispensáveis, que propiciam conforto, 
bem-estar - barragens, pontes, viadutos, 
edifícios, estações de tratamento de 
água, rodovias, portos e aeroportos - e o 
contínuo surgimento de novos produtos e 
aplicações fazem do cimento um dos 
produtos mais consumidos da atualidade, 
conferindo uma dimensão estratégica à 
sua produção e comercialização. 
Calcário; 
 
Argila; 
 
Gesso. 
 Calcário: 
 São constituídos basicamente de 
carbonato de cálcio CaCO3 e dependendo 
da sua origem geológica podem conter 
várias impurezas, como magnésio, silício, 
alumínio ou ferro. O carbonato de cálcio é 
conhecido desde épocas muito remotas, 
sob a forma de minerais tais como a greda, 
o calcário e o mármore. O elemento cálcio, 
que abrange 40% de todo o calcário, é o 
quinto mais abundante na crosta terrestre, 
após o oxigênio, silício, alumínio e o ferro. 
 Tipos de Calcário: 
 
1. calcário calcítico (CaCO3): 
 
2. calcário dolomítico (CaMg(CO3)2); 
 
3. calcário magnesiano (MgCO3) 
 Argila: 
 São silicatos complexos contendo alumínio e ferro 
como cátions principais e potássio, magnésio, sódio, 
cálcio, titânio e outros. 
 
 A escolha da argila envolve disponibilidade, 
distância, relação sílica/alumínio/ferro e elementos 
menores como álcalis. 
 
 A argila fornece os componentes Al2O3, Fe2O3 e 
SiO2. Podendo ser utilizado bauxita, minério de 
ferro e areia para corrigir, respectivamente, os 
teores dos componentes necessários, porém são 
pouco empregados. 
 Gesso: 
 
 É o produto de adição final no processo de fabricação 
do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por 
ocasião das reações de hidratação. É encontrado sob 
as formas de gipsita (CaSO4. 2H2O), hemidratado ou 
bassanita (CaSO4. 0,5H2O) e anidrita (CaSO4). Utiliza-
se também o gesso proveniente da indústria de ácido 
fosfórico a partir da apatita: 
 
Ca3(PO4)2+ 3H2SO4 + 6H2O → 2H3PO4 + 3(CaSO4 2H2O) 
 Óxido de cálcio(CaO) 64.2% 
Sílica (SiO2) 21.2% 
Alumina (Aℓ2O3) 4.9% 
Óxido férrico (Fe2O3) 2.7% 
Anidrido sulfúrico(SO3) 2.6% 
Óxido de magnésio (MgO) 2.2% 
Óxido de potássio (K2O) 0.4% 
Óxido de sódio(Na2O) 0.2% 
Cloro (Cℓ) 0.01% 
 
 Os componentes que mais interessam na fabricação 
do cimento são: 
 CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 
 O Calcário e a argila são misturados e moídos a fim de 
se obter uma mistura crua para descarbonatação e 
clinquerização. 
 No processo de moagem o material entra no moinho 
encontrando em contra corrente o ar ou gás quente 
(~220°C), propiciando a secagem do material. O 
material que entra com umidade em torno de 5% sai 
com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de 
final de 80 graus. 
 Depois de moído o material é estocado em silos onde 
pode ser feito a homogeneização do mesmo; 
 Clinquerização: 
 É o processo de cozedura do cimento cru onde a 
temperatura pode chegar a 1450°C. 
 
 Para que ocorra o aquecimento do material cru, o 
mesmo é lançado numa torre de ciclones onde em 
fluxo contrário, correm os gases quentes da 
combustão. Nos ciclones ocorrem a separação dos 
gases e material sólido. Os gases são lançados na 
atmosfera após passarem por um filtro onde as 
partículas, ainda presentes dos gases são precipitadas 
e voltam ao processo. 
 O processo de clinquerização divide-se em: 
1. Evaporação da água livre: 
 
H2O (líquido 100°C) → H2O (vapor, 100°C) ΔH = - 539,6 cal/g 
 
2. Decomposição do carbonato de magnésio 
 
MgCO3 (sólido 340°C) → MgO (sólido) + CO2 (gasoso) ΔH=- 270 cal/g 
 
3. Decomposição do carbonato de cálcio 
 
CaCO3 (sólido)→ CaO (sólido)+ CO2 (gás) ΔH= - 393 cal/g 
 Processo de clinquerização (continuação): 
 
4. Desidroxilação das argilas 
 
5. Formação do 2CaO.SiO2 
 
2CaO + SiO2 (1200°C) → 2CaO.SiO2 = silicato dicálcico 
 
6. Formação do CaO.SiO2 
 
2CaO.SiO2 + CaO (1260 a 1450°C) →3CaO.SiO2 = silicato 
 tricálcico 
 
7. Primeiro e segundo resfriamento 
 Termoquímica da calcinação 
 A formação dos compostos do clínquer consome pouca 
caloria e os principais valores da formação a 1300°C são: 
 
 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 ΔH=- 146 cal/g 
 
 3CaO + SiO2 → 3CaO.SiO2 ΔH=- 111 cal/g 
 
 3CaO + Al2O3 → 3CaO.Al2O3 ΔH=- 21 cal/g 
 
 4CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO. Al2O3.Fe2O3 
 ΔH=- 25 cal/g 
 Os tipos se diferenciam de acordo com 
a proporção de clínquer e sulfatos de 
cálcio, material carbonático e de 
adições, tais como escórias, pozolanas 
e calcário, acrescentadas no processo 
de moagem. Podem diferir também em 
função de propriedades intrínsecas, 
como alta resistência inicial, a cor 
branca etc. 
CP-I Cimento portland comum 
CP-II Cimento portland composto 
CP-III Cimento portland alto forno 
CP-IV Cimento portland pozolano 
CPV-ARI Cimento portland de alta resistência 
Cimento Portland Comum: Um tipo de 
Cimento Portland sem quaisquer adições além 
do gesso (utilizado como retardador da pega) é 
muito adequado para o uso em construções de 
concreto em geral quando não há exposição a 
sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. O 
Cimento Portland comum é usado em serviços 
de construção em geral, quando não são 
exigidas propriedades especiais do cimento. 
Cimento Portland Composto: Gera calor numa 
velocidade menor do que o gerado pelo Cimento 
Portland Comum. Seu uso, portanto, é mais indicado 
em lançamentos maciços de concreto, onde o grande 
volume da concretagem e a superfície relativamente 
pequena reduzem a capacidade de resfriamento da 
massa. Este cimento também apresenta melhor 
resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. 
Recomendado para obras correntes de engenharia 
civil sob a forma de argamassa, concreto simples, 
armado e protendido, elementos pré-moldados e 
artefatos de cimento. 
Cimento de alto forno: Apresenta maior impermeabilidade e 
durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como 
alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, 
além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter 
aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, 
argamassaarmado, de concreto simples, armado, protendido, 
projetado, rolado, magro e outras. Mas é particularmente 
vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens, 
peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, 
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: É especialmente 
indicado em obras expostas à ação de água 
corrente e ambientes agressivos. O concreto feito 
com este produto se torna mais impermeável, 
mais durável, apresentando resistência mecânica 
à compressão superior à do concreto feito com 
Cimento Portland Comum, a idades avançadas. 
Apresenta características particulares que 
favorecem sua aplicação em casos de grande 
volume de concreto devido ao baixo calor de 
hidratação. 
Cimento Portland de alta resistência inicial: É 
recomendado no preparo de concreto e argamassa para 
produção de artefatos de cimento em indústrias de médio e 
pequeno porte, como fábricas de blocos para alvenaria, blocos 
para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, 
elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode 
ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras 
desde as pequenas construções até as edificações de maior 
porte, e em todas as aplicações que necessitem de resistência 
inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa 
propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem 
diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela 
moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o 
CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior 
velocidade.