Aula 05 AGLOMERANTE CIMENTO

Prévia do material em texto

Prof. MSc. Eng. Júlio Cesar Salles Cunha
Engenharia Civil – 5º Período – Turma A e B
Disc. Materiais de Construção I
AGLOMERANTES
CIMENTO 
Definições NBR 11172/90 
Cimento
Aglomerante hidráulico constituído em sua 
maior parte de silicatos e/ou aluminatos de 
cálcio.
Cimento natural
Aglomerante hidráulico obtido pela calcinação e 
moagem de um calcário argiloso, denominado 
“rocha de cimento” ou “marga”.
História 
No Antigo Egito era utilizado um material feito 
de gesso calcinado como aglomerante. Entre os 
gregos e romanos, eram usados solos vulcânicos 
das proximidades de Pozzuoli ou da ilha 
de Santorini, que endureciam depois de 
misturadas com água.
História 
Em 1786 o inglês John Smeaton criou uma 
mistura resistente através da calcinação 
de calcários argilosos e moles. Esse é o 
marco da criação do cimento artificial. 
Em 1818, o francês Vicat obteve resultados 
semelhantes aos de Smeaton, pela mistura 
de componentes argilosos e calcários.
História 
Tempos depois, 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.
Definição 
O cimento (derivada do latim cæmentu) é um 
material cerâmico que, em contato com a água, 
produz reação exotérmica de cristalização de 
produtos hidratados, ganhando assim resistência 
mecânica. É o principal material de construção 
usado como aglomerante. É uma das principais 
commodites mundiais, servindo até mesmo como 
indicador econômico.
Definição NBR 11172/90
Cimento Portland
Aglomerante hidráulico artificial, obtido pela 
moagem de clínquer Portland, sendo geralmente 
feita a adição de uma ou mais formas de sulfato 
de cálcio. 
Definições NBR 11172/90 
Clínquer
Produto granulado resultante da queima até fusão parcial ou 
completa de constituintes minerais, e que após sua moagem se 
constitui em um produto com propriedades hidráulicas. 
Clínquer Portland
Clínquer constituído, em sua maior parte, por silicatos e aluminatos 
de cálcio hidráulicos, obtido por queima, até fusão parcial, de uma 
mistura homogênea e convenientemente proporcionada, constituída 
basicamente de calcário e argila. 
Clínquer aluminoso
Clínquer constituído, em sua maior parte, de aluminato de cálcio 
obtido pela fusão completa de uma mistura homogênea e 
convenientemente proporcionada, constituída basicamente de 
calcário e bauxita. 
Definição 
Clínquer : nódulos de 5 a 25mm de diâmetro 
de um material sinterizado, produzido 
quando uma mistura de matérias-primas de 
composição pré-determinada é aquecida a 
altas temperaturas 
 O processo de fabricação do cimento comporta 
seis operações:
➢ Extração da matéria-prima (argila e calcário)
➢ Britagem, pré-homogeneização, moagem, homogeneização farinha
➢ Calcinação processo de clinquerização
• via úmida moagem e homogeneização com água, gerando uma pasta.
• via seca conjunto de pré aquecedores, pré calcinador, forno 
propriamente dito e resfriador.
➢ Moagem clínquer + gesso
➢ Armazenamento em silos
➢ Ensacamento e comercialização
Processo de fabricação
Processo de fabricação
Mineração/Britagem 
Mineração/Britagem 
Pré-homogeneização e Dosagem 
O material britado é transportado para a fábrica e 
armazenado em silos verticais ou armazéns 
horizontais.
Essa armazenagem pode ser combinada com uma 
função de pré-homogeneização que consiste em 
colocar por camada o calcário e a argila. 
Pré-homogeneização e Dosagem 
As matérias-primas selecionadas são depois 
dosificadas, tendo em consideração a qualidade 
do produto a obter (clínquer).
Essa dosagem é efetuada com base em 
parâmetros químicos pré-estabelecidos
Pré-homogeneização e Dosagem 
Moagem do “cru” 
Definida a proporção das matérias-primas, elas 
são retomadas dos locais de armazenagem e 
transportadas para moinhos onde se produz o 
chamado “cru” (mistura finamente moída).
Simultaneamente à moagem ocorre um processo 
de adição de outros materiais: areia (SiO2), 
cinzas de pirite (Fe2O3) e bauxita (Al2O3), de 
forma a obter as quantidades pretendidas dos 
compostos que constituem o “cru”: cálcio, sílica, 
alumínio e ferro, essenciais na fabricação do 
cimento.
Moagem do “cru” 
Homogeneização 
A mistura de “cru” , devidamente dosada e com a 
finura adequada, deve ter a sua homogeneização 
assegurada para permitir uma perfeita 
combinação dos elementos formadores do 
clínquer.
A homogeneização é executada em 
silos verticais de grande porte, 
através de processos pneumáticos e 
por gravidade.
Homogeneização 
Pré-aquecimento 
Antes do “cru” entrar no forno, este será 
aquecido ao passar pela torre de ciclones, 
onde é iniciado a fase de pré-aquecimento
Na torre dá-se a descarbonatação e 
inicia-se a pré-calcinação do material.
Cozedura 
Com as transformações físico-químicas ocorridas na 
torre de ciclones devido às variações térmicas, o 
“cru” dá lugar à farinha, produto apto para entrar 
no forno.
Ao entrar no forno, a farinha desloca-se lentamente 
até ao fim deste passando por um processo de 
clinquerização (1300 ~1500 °C), resultando no 
clínquer, produto com aspecto de bolotas escuras.
Cozedura 
Resfriamento 
Uma vez cozido, o clínquer sai do forno e segue 
para o arrefecedor onde sofre uma diminuição 
brusca de temperatura que lhe confere 
característica importantes do cimento.
O calor transportado pelo clínquer é transferido 
para o ar que é recuperado, melhorando assim o 
rendimento térmico do processo.
Resfriamento 
Moagem e Adições 
O cimento resulta da moagem do Clínquer, 
Gesso e Aditivos (cinzas volantes, escórias 
de alto forno, filler calcário) que irão dar as 
características do cimento.
Após a moagem, o cimento produzido é 
normalmente transportado por via 
pneumática ou mecânica e armazenado em 
silos ou armazéns horizontais.
Moagem e Adições 
Moagem e Adições 
Embalagem e Expedição 
A remessa do cimento ao mercado pode ser 
feita de duas maneiras: a granel ou em 
sacos.
Na forma de granel é transferido 
diretamente do silo de armazenagem para 
caminhões-cisterna, cisterna para 
transporte ferroviário ou para navios de 
transporte de cimento.
Na forma de saco, o cimento é embalado 
(através de máquinas ensacadeiras) e 
depositados em paletes.
Embalagem e Expedição 
Embalagem e Expedição 
O cimento estraga?
“O cimento, bem estocado, é próprio para uso por três 
meses, no máximo, a partir da data de sua fabricação.”
IDEAL: no máximo 60 dias
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND 
1.Cimento Portland Comum – CP I
2.Cimento Portland Composto – CP II
2.1.Cimento Portland Composto com Fíller – CP II-F
2.2.Cimento Portland Composto com Pozolana – CP II-Z
2.3.Cimento Portland Composto com Escória – CP II-E
3.Cimento Portland de Alto Forno – CP III
4.Cimento Portland Pozolânico – CP IV
5.Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CP V-ARI
6.Cimento Portland Resistente a Sulfatos – CP RS
7.Cimento Portland Branco – CPB 
CIMENTO PORTLAND
Nomenclatura: 
1.Cimento Portland Comum – CP I
É o cimento básico, sem qualquer outra adição 
além do gesso.
Sua utilização é indicada em construções de 
concreto nas quais a estrutura não fique exposta 
a ambientes agressivos, com presença de sulfato.
Pode ser encontrado comadição de até 5% de 
pozolana (CP I-S).
NBR 5732 – Cimento Portland Comum. 
CIMENTO PORTLAND
CIMENTO PORTLAND
2.Cimento Portland Composto – CP II
Libera calor em uma velocidade menor do que o CP I, 
portanto é indicado para concretagens de grande maciço, 
onde o elevado volume de concreto e a pequena 
superfície exposta dificultaria o processo de resfriamento 
da massa.
NBR 11578 – Cimento Portland composto.
2.1.Cimento Portland Composto com Fíler – CP II-F
Possui adiçao de 6% a 10% de cabonatos de cálcio 
(calcário) que passa a ser denominado de fíller .
CIMENTO PORTLAND
2.Cimento Portland Composto – CP II
2.2.Cimento Portland Composto com Pozolana –
CP II-Z
Possui adição de 6% a 14% de material 
pozolânico.
(Rochas vulcânicas ou cinzas volantes).
Recomendado para aplicações em ambientes 
ricos em sulfatos, como obras marítmas, 
subterrâneas ou industriais. 
CIMENTO PORTLAND
2.Cimento Portland Composto – CP II
2.3.Cimento Portland Composto com Escória – CP II-E
Apresenta adição de 6% a 34% de escória de Alto Forno 
e até 10% de fíller.
A escória de altoforno é obtida pelo processo de fusão do 
subproduto da produção de aço ou ferro,conhecido como 
escória de ferro.
É recomendado em estruturas de médio calor de 
hidratação, como barragens. 
CIMENTO PORTLAND
3.Cimento Portland de Alto Forno – CP III
Possui adição de 35% a 70% de escória de alto 
forno e até 5% de fíler.
Possui baixo calor de hidratação e maior 
resistência a agentes agressivos. Sua utilização é 
indicada para os mesmos casos do cimento 
composto por escória, porém
com vantagens em relação ao CP II. 
CIMENTO PORTLAND
4.Cimento Portland Pozolânico – CP IV
Adição de 15% a 50% de material pozolânico, o que 
proporciona ao concreto maior impermeabilidade e 
conseqüentemente, durabilidade.
As pozolanas podem ser naturais (de origem vulcânica) 
ou artificiais:
- Argilas calcinadas: provenientes da calcinação de 
algumas argilas que, quando tratadas com temperaturas 
entre 500 e 900 °C, passam a reagir com o hidróxido de 
cálcio;
- Cinzas volantes: resíduos provenientes da combustão 
de carvão pulverizado ou granulado. (precipitação 
eletrostática) 
CIMENTO PORTLAND
5.Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CP V-ARI
Possui a mesma composição do CP I mas com dosagens 
diferentes de argila e calcário na composição do clínquer. 
Seus grãos também são mais finos.
Apresenta maior resistência nas primeiras idades, sendo 
indicado para obras onde se exija uma desforma rápida, 
reparos, pré-moldados de concreto.
Pode ter até 5% de adição de fíler.
CIMENTO PORTLAND
6.Cimento Portland Resistente a Sulfatos – CP RS
Possui características que o deixa mais resistente a sulfatos, podendo 
ser usado em obras marítimas ou industriais.
Pela NBR 5737 – Cimentos Portland resistentes a sulfatos, os 
cimentos tipo CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI, podem ser 
considerados resistentes a sulfatos se:
- Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições 
carbonáticas de no máximo 8 % e 5 % em massa, respectivamente;
- Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60 % e 70 % de 
escória granulada de alto-forno, em massa;
- Cimentos do tipo pozolânico 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.
7.Cimento Portland Branco – CPB
É produzido a partir de clínquer Portland branco.
Coloração esta adquirida pela utilização de matérias 
primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês; 
além do fato de utilizar caulim ao invés de argila.
CIMENTO PORTLAND
-Cimento Portland branco estrutural: é utilizado na 
execução de concretos estruturais com finalidades 
arquitetônicas;
-Cimento Portland branco não-estrutural: Não pode ser 
utilizado para fins estruturais, sendo aplicado em 
acabamentos, tais como o rejuntamento de revestimentos
cerâmico.
Composição química do 
cimento Portland 
Os constituintes fundamentais do cimento Portland são 
a cal (CaO), a sílica (SiO2), e alumina (Al2O3), o óxido 
de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) e 
uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3), 
que é adicionado após a calcinação para retardar o 
tempo de pega do produto. 
Composição química do 
cimento Portland 
Nesse processo ocorrem combinações químicas, 
principalmente no estado sólido, que conduzem à 
formação dos seguintes compostos: 
silicato tricálcico (3CaO • SiO2 = C3S); 
silicato bicálcico (2CaO • SiO2 = C2S); 
aluminato tricálcico ( 3CaO • Al2O3 = C3A); 
ferro aluminato tetracálcico ( 4CaO • Al2O3 • Fe2O3 = 
C4AFe).
Composição química do 
cimento Portland 
C3S - Principal mineral que contribui para a resistência mecânica. É a fase que 
reage mais rapidamente com a água.
Endurecimento (reação) rápido, liberação de um moderado calor de 
hidratação, altas resistências iniciais.
C2S - Reage mais lentamente com a água porém, após períodos maiores 
(aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a C3S.
Endurecimento lento, baixo calor de hidratação liberado, altas resistências 
finais.
C3A - Reage muito rapidamente com a água, porém sem apresentar fortes 
propriedades hidráulicas. Em combinação com os silicatos, o mesmo eleva a 
resistência inicial do cimento.
Endurecimento muito rápido, muito alto calor de hidratação, baixa resistência.
C4AF - Apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água. Em 
idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas - contribui pouco para a 
resistência mecânica.
Endurecimento rápido, calor de hidratação alto, resistência desprezível.
Composição química do 
cimento Portland 
Comportamento mecânico dos compostos do cimento 
Portland (TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990). 
Propriedades do cimento 
Finura:
➢Corresponde à área específica de contato dos grãos 
de cimento com a água da mistura.
➢Tanto maior quanto mais eficiente for a moagem do 
clínquer com gesso.
➢Influência no comportamento do cimento:
•Velocidade de endurecimento
•Potencialidade – reatividade
➢Determinação:
•Finura: peneiramento (nº 200 e nº 325)
•Área específica: Permeabilidade de Blaine
Propriedades do cimento 
Tempos de pega:
➢Tempo para solidificação da pasta plástica de 
cimento.
➢Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a 
pasta torna-se não trabalhável.
➢Fim de pega: tempo necessário para a pasta se 
torne totalmente rígida.
Importância:
➢Determina o período de tempo que o concreto pode 
ser trabalhado após o seu lançamento.
Pega e endurecimento 
➢Pega:
Período de fenômenos químicos, em que ocorrem 
desprendimento de calor e reações;
➢Endurecimento:
Período de fenômenos físicos de secagem e 
entrelaçamento dos cristais;
➢Início de pega:
Tempo que decorre desde a adição de água até o início 
das reações com o composto de cimento;
➢Fim de pega:
Situação em que a pasta não sofre mais nenhuma 
deformação em função de pequenas cargas e se torna 
um bloco rígido.
ENSAIOS
Propriedades físicas
• Densidade
• Finura
• Tempo de pega
•Resistência à compressão
Propriedades químicas
• Expansibilidade de Le Chatelier
Determinação da massa específica 
NBR NM 23/2001
• Frasco de Le Chatelier
• Deve ser utilizado um líquido 
que não reaja quimicamente com 
o cimento. Neste caso pode ser 
utilizado xilol ou querosene
Determinação da Finura NBR 11579/013 
NBR 5732/91 e NBR 5733/91
• Proporção em peso do material retido
malha nº 200 - 75µ
CP Comum ≤ 10%
CP ARI ≤ 6%
• Valor da Superfície Específica
2800cm²/gr....3000cm²/gr
(Turbidímetro deWagner)
• Trabalhabilidade
• Exsudação
• Resistência
Início de pega
A agulha de 
Vicat penetra 
na pasta até 
uma distância 
de (4 ± 1) mm 
da base
Fim de pega
A agulha de 
Vicat penetra 
na pasta até 
uma distância 
de 0,5 mm na 
pasta
Determinação do tempo de pega 
- NBR NM 65/03 NBR 16607/2017
CIMENTO PORTLAND:
PEGA RÁPIDA: MENOR DO QUE 30 
MINUTOS;
PEGA SEMI-RÁPIDA: ENTRE 30 E 60 
MINUTOS;
PEGA NORMAL: MAIS DO QUE 60 
MINUTOS.
Determinação do tempo de pega 
- NBR NM 65/03
Determinação da Resistência à 
compressão NBR 7215/96
É preparada uma argamassa de cimento com quantidades 
pré estabelecidas pela Norma conforme tabela abaixo
Material Massa para mistura (g)
•Cimento Portland
•Água
•Areia norma
- fração grossa
- fração média grossa
- fração média fina
- fração fina
624
300
468
468
468
468
fração grossa
1,2 mm
fração 
média 
grossa
0,6 mm
fração média 
fina
0,3 mm
fração 
fina
0,15 
mm
Cimento
Determinação da resistência à 
compressão NBR 7215/96
CP moldado com 
proporção 
determinada por 
Norma
Capeador
Capeamento com pasta 
de enxofre
100 mm
50 mm
Determinação da resistência à 
compressão NBR 7215/96
Idade de 
ruptura
Tolerância
24 h  30 min
3 dias  1 h
7 dias  2 h
28 dias  4 h
91 dias  1 dia
Tolerância de tempo para 
ruptura (NBR 7215)
(0,25  0,05) MPa/s
Determinação da resistência à 
compressão NBR 7215/96
Resistência à compressão
DIAS 3 7 28
CP I – 25 RC ≥ 8 MPa 15 25
CP I – 32 RC ≥ 10 MPa 20 32
CP I – 40 RC ≥ 15 MPa 25 40
Determinação de expansibilidade 
de Le Chatelier NBR 11582/91
Agulha de Le Chatelier
30 mm
165 mm
30 mm
É preparada uma pasta com 
500 g de cimento e água 
necessária para consistência 
normal;
Moldam-se 6 CPs sendo 3 
destinados ao ensaio à quente 
e 3 para o ensaio a frio;
O resultado da expansibilidade 
é a média de 3 determinações, 
expresso em milímetros com 
aproximação de 0,5 mm.
Determinação de expansibilidade de 
Le Chatelier NBR 11582/91
ATÉ A PRÓXIMA 
AULA!
Boa noite!