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 80 fábricas
de cimento Portland
Fonte:SNIC – Sindicato Nacional da Indústria do Cimento -2013
Fabricação
Calcário (80%) Argila (20%)
SiO2, Al2O3,
Fe2O3, álcalis (K2O, Na2O)
CaCO3, CaO, 
MgO
Farinha Crua
Clínquer
Cimento Portland
Gipsita 
CaSO4. 2H2O 
(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
 Calcinação (clínquer)
 Após calcinação
Argila (~20%)
SiO2 - S
Al2O3-A
Fe2O3- F
Calcário (~80%) 
CaO - C
Gipsita
CaO - C
SO4 - Š
 Adições  pozolanas
 cinzas volantes
 argila calcinada
 escória granulada de alto-
forno
 pó calcário
 MgO
◦ cristalino (periclásio)
◦ expansão lenta
 CaO
◦ falha na formulação
◦ expansivo
• Na2O e K2O
– álcalis
– 0,3 a 1,5%
– reação álcali agregado
– eflorescências
• Sulfatos (SO3)
– combustível
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
A fase intersticial é originada a partir da 
cristalização da fase líquida durante o 
resfriamento do clínquer, sendo formada 
basicamente por aluminato tricálcico (C3A) 
e ferro-aluminato tetracálcico (C4AF)
 Típico do Brasil
◦ C3S - 40 a 70 %
◦ C2S - 10 a 40%
◦ C3A - 2 a 15%
◦ C4AF - 3
* a 15 % - *0% 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)
◦ Necessária adição de sulfato (gesso) pega rápida
 C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (ferro aluminato
tetracálcico)
◦ Reatividade similar ao C3A
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%
Temperatura 
e finura 
constantes
Temperatura 
e finura 
constantes
 Resumo:Compreendendo as propriedades 
desenvolvidas pelos silicatos
 é o principal e mais importante constituinte do cimento
Portland (40% a 70%)
 É importante no controle da pega e do endurecimento.
 Esta fase contribui para o desenvolvimento da
resistência até os 28 dias
 Calor de hidratação é mediano.
As formas cristalinas apresentadas pelo C3S são uma leve distorção da 
pseudo-estrutura ideal constituída por tetraedros de SiO4, íons de 
cálcio e íons de oxigênio.
Na estrutura do C3S, existe um empacotamento iônico irregular, de forma 
que os íons de oxigênio são concentrados ao lado de cada íon de cálcio, 
promovendo grandes vazios estruturais, responsáveis pela alta energia e 
reatividade da estrutura (MEHTA & MONTEIRO, 1994). 
 Nos cimentos comerciais, o polimorfo β 2CaO. SiO2 (Belita), com sistema
cristalino monoclínico, é o que se encontra no clínquer (10% a 40%)
 A estrutura da belita nos cimentos também é irregular, porém os vazios
intersticiais formados são muito menores que no C3S, por isso são menos
reativos e respondem pelas características de resistência em idades mais
avançadas. (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
 Os cristais de belita têm como estrutura cristalina básica tetraedros
independentes de SiO4, ligados entre si através dos íons de cálcio.
Podem apresentar de 4 a 6% de óxidos substituintes ou impurezas, sendo
Al2O3 e Fe2O3 os principais.
 As estruturas cristalinas cúbicas e/ou ortorrômbica são
encontradas nos clinqueres do cimento Portland
(TAYLOR, 1990).
 A fase ortorrômbica se diferencia da cúbica, pela
capacidade de incorporar íons alcalinos (Na+, K
+ e Fe
3+),
em substituição ao Ca2+, em sua estrutura.
• Estes sólidos possuem ordem de longo alcance, pois conservam a
regularidade da estrutura que se repete indefinidamente em todas
as direções.
• A menor unidade de um cristal é a célula unitária que, ao ser
colocadas uma ao lado da outra num arranjo periódico, reproduzem
todo o cristal.
• Os arranjos que os átomos formam no cristal são chamados de rede
cristalina.
 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.
◦ http://www.tricalciumsilicate.com/en/offer-technical-sheet-c3s-3

 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
 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
 Cilíndrico 50 x 100mm
 Traço-1 : 3 : a/c =0,48 
(Areia Normal)
 Enchimento dos moldes –4 
camadas com 30 golpes
 Rompimento –1 / 3 / 7 / 
28 dias (NBR 7215 –
Determinação da Classe do 
Cimento Portland)
 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 sertrabalhado após
o seu lançamento.
◦ Pela norma: 1h < Pega < 10h
(facultativo).
início (4+1)mm da base
Fim – não há penetração
 Ocorrência de expansões volumétricas indesejáveis
após o endurecimento provenientes da hidratação
lenta da cal e magnésio livres (periclásio <MgO 6,5%),
presentes em grandes quantidades.
 Ocorrência de miscrofissuração, que pode causar
desagregação do material
Agulha de Le Châtelier, usada para avaliar 
a expansibilidade. e ≤0,5 cm
Cura inicial - Logo após a moldagem, 
imergir todo o conjunto em água a (23 
±2)°C por (20 ±4)h. Aplica-se aos seis 
corpos-de-prova;
 Expansabilidade a frio 
◦ Retirar as placas de vidro de três corpos-de-prova e colocar as agulhas 
preenchidas num tanque com as mesmas condições da cura inicial durante seis 
dias;
◦ Deixar as extremidades das hastes fora da água. Medir o afastamento (f1) 
entre as hastes, em mm;
◦ Após sete dias imersos, medir novamente o afastamento (f2) das hastes;
 Expansabilidade a quente
◦ Posicionar as outras 3 agulhas no banho termorregulador 
◦ Medir o afastamento entre as hastes (q1) em mm;
◦ Promove-se um aquecimento progressivo da água de forma que a ebulição 
inicie entre 15 min e 30 min;
◦ A ação da água quente deve durar até que não se verifique diferença entre 
duas medidas consecutivas do afastamento, realizadas de duas em duas horas. 
◦ A primeira medida é tomada apenas após 3 horas de ebulição;
 EF = F2 – F1
 EQ = Q2-Q1
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
◦ Desenvolvimento da resistência com a idade.
◦ Aplicações: É especialmente indicado em obras
expostas à ação de água corrente e ambientes
agressivos menor permeabilidade
◦ 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 (CP V-ARI)
◦ Elevada finura
◦ Elevado calor de hidratação
◦ Aplicações: Em blocos para alvenaria, blocos para
pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, pré-fabricados...
Casos que necessitem de resistência inicial elevada e
desforma rápida
◦ Valores aproximados de resistência à compressão de 26
Mpa (1 dia) e de 53 MPa (28 dias), que superam os valores
normativos.
◦ .
 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
 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.
Estágios iniciais da hidratação
 Cimento + água 
- Saturação rápida da fase líquida Ca2+ SO4
2- OH- AlO4
-
minutos→ Etringita
horas → dissociação dos silicatos → Hidróxido de cálcio (CH) e 
C-S-H 
dias → SO4
2- /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%.
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 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
◦ Cristais aciculares
◦ Cristais muito porosos com baixa resistência
mecânica
◦ Provém dos aluminatos – C3A e C4AF
◦ Instável quimicamente – ocorre no início da
hidratação
Monossulfato
Produto resultante da hidratação
dos aluminatos e do gesso;
•Cristais porosos em forma de
“pétalas de rosa”;•
Quimicamente instáveis;
•Forma-se sob concentração
baixa de sulfatos (SO3do gesso);
•Baixíssima resistência
mecânica;
•Solúveis em água; 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
200mm), a fim de incrementar a trabalhabilidade, ou
durante a operação de mistura (até 3mm)
 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, qual a 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.
 O transporte:
◦ pode ser ensacada (sacos de papel) ou a granel em reservatórios
metálicos.
 Armazenamento: local seco para evitar a hidratação.
 Ideal: 1 mês