Aula 06 Aglomerantes Cimento Portland

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PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS CIVIS
AULA 6 
CIMENTO PORTLAND
Profa. Msc. Adriana Trigolo
Profa. Dra. Alessandra Lorenzetti de Castro
CIMENTO X CONCRETO
Cimento + Água
Pasta
+ Agregado miúdo
Argamassa
+ Agregado graúdo
Concreto simples
+ Armadura
passiva
Concreto
armado
+ Armadura
ativa
Concreto
protendido
CIMENTO PORTLAND
Cimento Portland é um aglomerante 
hidráulico constituído de clínquer, gesso e 
adições que, em contato com a água, tem a 
capacidade de endurecer e adquirir 
resistência, conservando esta propriedade 
mesmo submerso.
Constitui-se principalmente de silicatos e 
aluminatos cálcicos. 
Matérias-primas do Cimento Portland
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de 
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
INSUMOS PARA A FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND.
Matérias-primas do cimento Portland
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de 
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de 
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
ADIÇÕES: dependendo do tipo de cimento, são acrescentadas no processo de 
moagem do clínquer.
Produção do cimento Portland
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia 
de Materiais. 2010.
Jazida de calcário Extração do calcário Transporte do calcário
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao8
Calcário na entrada 
do britador
Britagem
Transporte do calcário britado
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção Civil e 
Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao9
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao10
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao11
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao12
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao13
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao14
Alimentação da farinha
Pré-aquecimento e clinquerização
Na torre dá-se a descarbonatação e inicia-se a 
pré-calcinação do material
Forno rotativo: D = 4 m, L = 60 m e inclinação 
de 3º, aproximadamente
resfriado por uma forte corrente de ar que passa em direção 
oposta, tornando-se extremamente duro
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao
Resfriador
16
Esquema de forno rotativo de clínquer (F) com pré-
aquecedor (P) e resfriador (R)
Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao18
Para a produção de 1 ton (20 sacos) de 
cimento são necessários, em média:
 1.250 kg de calcário;
 300 kg de argila;
 14 kg de minério de ferro;
 40 kg de gesso. Fonte: http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao19
Fonte: 
http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-
sobre-cimento/fabricacao/fabricacao
Moinho de bolas
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Embalagem e expedição
FONTE: http://www.slideshare.net/OMonitor/processo-de-produo-do-cimento
Produção do cimento Portland
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de 
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
ESQUEMA ILUSTRATIVO DA FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND.
Produção do cimento Portland
FONTE: Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 
São Paulo: IBRACON, 2008. 674p.
VISTA AÉREA DE UMA FÁBRICA DE CIMENTO
Produção do cimento Portland
Filme: O CIMENTO
http://www.youtube.com/watch?v=XadBPx_48-E
SÍMBOLOÓXIDO COMPOSTO
CaO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
K2O
Na2O
SO3
CO2
H2O
Óxido de Cálcio
Sílica
Alumina
Óxido de Ferro
Óxido de Magnésio
Trióxido de Enxofre
Dióxido de Carbono
Água
Álcalis
C
S
A
F
M
K
N
S
C
H
Clínquer: composição em óxidos
60% - 67%
0,5% - 6%
3% - 8%
17% - 25%
Principais componentes responsáveis pela 
formação dos 4 principais compostos 
CLÍNQUER PORTLAND
CALCÁRIO ARGILA
CaO + CO2
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O
1.450°C
C3S C4AFC3AC2S
Silicato Tricálcio Silicato Dicálcio Aluminato Tricálcio Ferroaluminato Tetracálcio
Clínquer: fases típicas
FASES FÓRMULA SÍMBOLO TEOR (%)
Silicato Tricálcio
Silicato Dicálcio
Aluminato Tricálcio
Ferroaluminato 
Tetracálcio
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
C3S
C2S
C3A
C4AF
50 – 70 
15 – 30 
5 – 10 
5 – 10 
C3S= 4,071C – 7,600S – 6,718A – 1,430F – 2,85S
C2S = 2,867S – 0,7544 C3S
C3A = 2,650A – 1,692F
C4AF = 3,043F
Composição potencial
Equações de Bogue
C
O
M
P
O
S
T
O
S
Exemplo: cálculo da composição potencial do 
clínquer: equações de Bogue
Composição em óxidos Resultado (%)
CaO 63
SiO2 20
Al2O3 6
Fe2O3 3
MgO 1,5
SO3 2
K2O 0,65
Na2O 0,35
Outros 1
Perda ao fogo 2
Resíduo insolúvel 0,5
Exemplo: cálculo da composição potencial do 
clínquer: equações de Bogue
C4AF = 3,043F = 3,043[Fe2O3]
C3S = 4,071C – 7,600S – 6,718A – 1,430F – 2,85S
C2S = 2,867S – 0,7544 C3S = 2,867[SiO2] – 0,7544 [C3S]
C3A = 2,650A – 1,692F = 2,650[Al2O3] – 1,692[Fe2O3]
C3A = (2,650*6) – (1,692*3)  C3A = 10,8%
C4AF = 3,043*3  C4AF = 9,1%
C2S = (2,867*20) – (0,7544*54,2)  C2S = 16,5%
C3S = 4,071[CaO] – 7,600[SiO2] – 6,718 [Al2O3] – 1,430[Fe2O3] – 2,85[SO3]
C3S = (4,071*63) – (7,600*20) – (6,718*6) – (1,430*3) – (2,85*2)  C3S = 54,2%
Características do compostos principais do 
cimento Portland
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de 
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
BAIXA
(nula após 3 d)
Características do compostos principais do 
cimento Portland
C3S
- Alita 
- Principal constituinte do clínquer
- Importante papel no endurecimento e na resistência 
nas primeiras idades
C2S
- Belita 
- Importante papel na resistência para idades mais 
avançadas
C3A
- Componente mais reativo – Responsável pela pega 
- Alto calor de hidratação
C4AF
- Importante papel na resistência química do cimento
Reações químicas da hidratação
Responsáveis pelo enrijecimento (perda de consistência) e pega (solidificação)
ALUMINATOS E GIPSITA
SILICATOS
Responsáveis pelo desenvolvimento de resistência mecânica e durabilidade
2C3S + 6H20 C3S2H3 + 3 Ca(OH)2
2C2S + 4 H20 C3S2H3 + Ca(OH)2
SILICATO DE CÁLCIO 
HIDRATADO
C3A + 3 CSH2 + 26 H20 C3A(CS)3H32 (Etringita – AFt)
2 C3A + AFt + 4 H20 C3A(CS)H12
(monossulfoaluminato
de cálcio – AFm)
C3A + CH + 12 H20 C4AH13Velocidade de hidratação:
C3A > C3S > C4AF > C2S
- Até 3 dias: a resistência é assegurada pela hidratação 
dos aluminatos e silicatos tricálcicos (C3A e C3S).
Hidratação dos componentes principais
- Até 7 dias: a resistência é assegurada praticamente 
pelo aumento da hidratação de C3S.
- Até 28 dias: continua a hidratação do C3S (responsável 
pelo aumento de resistência), com pequena 
contribuição do C2S.
- Após 28 dias: o aumento da resistência passa a ser 
devido à hidratação de C2S.
Tipos de cimento normalizados no Brasil 
CIMENTO PORTLAND COMUM  CP I / CP I-S  ABNT NBR 5732:1991
CIMENTO PORTLAND COMPOSTO  CP II  ABNT NBR 11578:1991
CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO  CP III  ABNT NBR 5735:1991
CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO  CP IV  ABNT NBR 5736:1991
CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL  CP V ARI  ABNT 
NBR 5733:1991
Tipos básicos
CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS  ABNT NBR 5737:1992
CIMENTO PORTLAND DE BAIXO CALOR DE HIDRATAÇÃO  ABNT NBR 
13116:1994
CIMENTO PORTLAND BRANCO  ABNT NBR 12989:1993
Tipos específicos
CIMENTO PORTLAND COMPOSTO
CP II - F / CP II – E / CP II - Z
CIMENTO PORTLAND COMPOSTO
CP II - F / CP II – E / CP II - Z
Piso industrial
Concreto armado
Artefatos de concreto
Argamassa de assentamento 
de azulejos e pisos cerâmicos
Argamassa de chapiscos e 
revestimento de alvenaria
Concreto aparente
Nomenclatura do cimento
Cimento 
Portland
Composição 
ou qualitativo
Resistência aos 
28 dias (MPa)
SIGLA CLASSE
TIPO
Nome técnico:
CIMENTO PORTLAND COMPOSTO COM ESCÓRIA
CIMENTO PORTLAND COMUM
CP I / CP I - S
Uso em construções que não requeiram condições 
especiais e não apresentem ambientes 
desfavoráveis como exposição à águas 
subterrâneas, esgotos , água do mar ou qualquer 
outro meio com presença de sulfatados
ADIÇÕES MINERAIS
 Materiais silicosos finamente divididos.
 Contém Si, Ca e Al, como elementos predominantes.
 Adicionados ao concreto em quantidades relativamente 
grandes (20% a 70% por massa de material cimentício).
 Interage química e fisicamente com os produtos da 
hidratação do clínquer ou do cimento Portland, 
modificando a microestrutura da pasta.
ADIÇÕES MINERAIS
FÍLER
Adição mineral finamente dividida sem atividade 
química: sua ação se resume a um efeito físico de 
empacotamento (preenchimento de vazios).
Tradicionalmente adicionada na fabricação de cimento: CP II F – Cimento 
Portland composto com fíler : teor de adição variando de 6% a 10% da massa 
total do material aglomerante (ABNT NBR 11578:1991)
Zona de 
transição
Efeito 
microfíler
Refinamento 
dos poros
ADIÇÕES MINERAIS
FÍLER
Adição mineral finamente dividida sem atividade 
química: sua ação se resume a um efeito físico de 
empacotamento (preenchimento de vazios).
Tradicionalmente adicionada na fabricação de cimento: CP II F – Cimento 
Portland composto com fíler : teor de adição variando de 6% a 10% da massa 
total do material aglomerante (ABNT NBR 11578:1991)
ADIÇÕES MINERAIS
ESCÓRIA 
DE ALTO-
FORNO
Resíduo não metálico proveniente da produção do 
ferro-gusa (matéria-prima do aço).
Escória granulada de alto-forno
 Resfriada bruscamente por meio 
de jatos de água ou vapor d’água 
sob alta pressão;
 Material predominantemente 
amorfo e potencialmente reativo;
 Fabricação de cimento ou como 
adição em concreto.
Fluxograma do funcionamento de uma alto-forno 
(Cortesia do Eng. Dr. João Batista Ferreira Neto do IPT).
Tradicionalmente adicionada na fabricação de cimento: CP II E – Cimento Portland 
composto com escória: teor de adição variando de 6% a 34% da massa total do material 
aglomerante (ABNT NBR 11578:1991)
ADIÇÕES MINERAIS
POZOLANA
Material silicoso ou sílico-aluminoso que por si só 
possui pouca ou nenhuma propriedade 
cimentícea, mas quando finamente dividido e na 
presença de umidade, reage quimicamente com 
o Ca(OH)2, à temperatura ambiente, para formar 
compostos com propriedades aglomerantes.
Tradicionalmente adicionada na fabricação de cimento: CP II Z – Cimento Portland 
composto com pozolana: teor de adição variando de 6% a 14% da massa total do material 
aglomerante (ABNT NBR 11578:1991)
Lento
ADIÇÕES MINERAIS
POZOLANA
Material constituído de sílica e alumina que por si só 
possui pouca ou nenhuma propriedade cimentícea, 
mas quando finamente dividido e na presença de 
umidade, reage quimicamente com o Ca(OH)2, à 
temperatura ambiente, para formar compostos com 
propriedades aglomerantes.
Tradicionalmente adicionada na fabricação de cimento: CP II Z – Cimento Portland 
composto com pozolana: teor de adição variando de 6% a 14% da massa total do material 
aglomerante (ABNT NBR 11578:1991)
• (pozolana natural - cinzas e rochas vulcânicas)
• (pozolana artificial – processo industrial)
Características das adições minerais
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e 
Engenharia de Materiais. 2010.
ALTA ALTA
BAIXA
CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO
CP III
 Teor de escória variando de 35% a 70% da massa total do material
aglomerante (ABNT NBR 5735:1991).
 Obtido pela mistura homogênea de clínquer e escória granulada de
alto-forno, moídos em conjunto ou em separado.
Concreto com agregados reativosConcreto massa
Concreto armado
Argamassa de 
revestimento 
CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO
CP IV
 Teor de pozolana variando de 15% a 50% da massa total do material
aglomerante (ABNT NBR 5736:1991).
 Obtido pela mistura homogênea de clínquer e materiais 
pozolânicos, moídos em conjunto ou em separado.
Recomendado para a execução de concreto massa (barragens 
e grandes fundações) e obras em contato com águas e solos 
sulfatados (obras em contato com água do mar, águas de 
efluentessanitários e industrias).
CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO
CP IV
Concreto com agregados reativosConcreto massa
Concreto armado
Argamassa de 
revestimento 
CIMENTO PORTLAND DE ALTA 
RESISTÊNCIA INICIAL – CPV ARI
 Atende as exigências de alta resistência inicial:
 valores normativos de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e 7 dias,
respectivamente;
 resistência à compressão de aproximadamente 26 MPa a 1 dia de
idade e de 53 MPa aos 28 dias.
 Dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer e moagem
mais fina do cimento.
É empregado quando o concreto deve suportar cargas elevadas em curto prazo, 
ou quando se deseja um melhor aproveitamento das fôrmas.
CIMENTO PORTLAND DE ALTA 
RESISTÊNCIA INICIAL – CPV ARI
Piso industrial
Concreto armado
Painéis de vedação Artefatos de concreto
Concreto protendido
Elementos pré-moldados
CPV ARI x CPII
Especificações normativas em termos de resistência à 
compressão
VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DAS 
ADIÇÕES MINERAIS
 Redução do impacto ambiental causado pelos resíduos 
das indústrias.
 Redução do volume de extração de matérias-primas por 
parte da indústria da construção civil, preservando os 
recursos naturais limitados.
 Redução do consumo de energia e da poluição gerada.
Sustentabilidade
na construção civil
POR QUE UTILIZAR CIMENTO COM ADIÇÃO?
0
200
400
600
800
1000
CP I CP II E CP III CP IV
kg
 C
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ci
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en
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78%
CARVALHO, J. Análise de Ciclo de Vida ambiental aplicada à Construção Civil: estudo de caso: 
comparação entre cimentos Portland com adição de resíduos. 2000. Dissertação (Mestrado) -
Escola Politécnica, São Paulo, 2002
CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A 
SULFATOS – RS
 Oferece resistência aos meios agressivossulfatados, como redes de
esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos
de solos.
 Cinco tipos básicos de cimento - CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V ARI -
podem ser resistentes aos sulfatos, desde que se enquadrem em pelo
menos uma das seguintes condições (ABNT NBR 5737):
 teor de C3A do clínquer e teor de adições carbonáticas de, no máximo,
8% e 5% em massa, respectivamente;
CP III que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-
forno, em massa;
CP IV que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em
massa;
cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa
duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.
CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A 
SULFATOS – RS
Tubos de concreto Fundação Piso industrial
Obras marítimas
CIMENTO PORTLAND DE BAIXO CALOR 
DE HIDRATAÇÃO – BC
 Cimento que tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em
peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de
origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.
 Cinco tipos básicos de cimento - CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V ARI - podem
ser de baixo calor de hidratação, desde que cumpram o requisito específico de
baixo desenvolvimento de calor durante sua hidratação.
CALOR DE HIDRATAÇÃO
aos 3 dias
< 260 J/g
aos 7 dias
< 300 J/g
Concreto massa
Concreto massa
CIMENTO PORTLAND BRANCO – CPB
 Se diferencia por coloração  Cor branca obtida a partir de matérias-primas com
baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a
fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e utilizando o caulim no
lugar da argila.
 Pode ser utilizado nas mesmas aplicações do cimento cinza, sendo adequado
aos projetos arquitetônicos mais ousados  oferece a possibilidade de escolha de
cores, uma vez que pode ser associado a pigmentos coloridos.
ESTRUTURAL NÃO ESTRUTURAL
Concreto branco para fins 
arquitetônicos
Classes de resistência 25, 32 e 40
Não tem indicações de classe
Aplicado em rejuntamento de azulejos 
e outras aplicações não estruturais
CIMENTO PORTLAND BRANCO – CPB
Argamassa de rejuntamento 
de azulejos e ladrilhos
Igreja “Dives in Misericordia”, Itália Ponte Irineu Bornhausen,
Brusque/SC
Museu Iberê Camargo, Porto Alegre/RS
Pisos intertravados
Artefatos de concreto Edifício e-Tower, São 
Paulo/SP
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Resistência mecânica dos cimentos
Aplicações dos diferentes tipos de cimento
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia 
de Materiais. 2010.
Regionalização dos tipos de cimento - Brasil
Distribuição regional de alguns tipos de cimento em função da matéria-
prima disponível
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção 
Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
FONTE: Battagin, A. F.; Battagin, I. L. S. O cimento Portland no Brasil. In: Materiais de Construção 
Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010.
Panorama do cimento brasileiro
Consumo regional em 2008
Cimento Portland
Ensaios normalizados
Parâmetros Normalização nacional
Pasta de Consistência Normal NBR NM 43:2003 
Tempo de Pega NBR NM 65:2003
Resistência à compressão NBR 7215:1996 
Expansibilidade de Le Chatelier NBR 11582:1991 
Massa específica NBR NM 23:2001
Finura pelo método de permeabilidade 
ao ar (Método de Blaine)
NBR NM 76:1998 
Finura na peneira 0,075 mm - (no 200) NBR 11579:1991
Análise química
NBR NM 10:2004 a NBR 22:2004, 
NBR 14656:2001
Cimento Portland
Pasta de consistência normal – ABNT 
NBR NM 43:2003
Cálculo da porcentagem de água
necessária para a obtenção da
consistência normal da pasta de 
cimento.
Consistência da pasta considerada
normal: sonda a 6 mm  1 mm da base. 
(ABNT, 2003)
A = porcentagem de água presente na 
pasta de consistência normal
ma = massa de água, em g
mc = massa de cimento (500  0,1 g)