Apostila MACO I - Capítulo 3

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Pontifícia Universidade Católica de Goiás 
 Departamento de Engenharia 
 Disciplina: Materiais de Construção Civil I – ENG 1071 
 Professora: Engª Civil Mayara Moraes Custódio, M.Sc. 
 
 
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CAPÍTULO III 
AGLOMERANTES 
 
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3. AGLOMERANTES 
3.1. Definições: 
� PASTA: Aglomerante + Água 
� ARGAMASSA: Aglomerante + Água + Agregado miúdo 
� CONCRETO: Aglomerante + Água + Agregado miúdo + Agregado graúdo (+ aditivos 
químicos e/ou adições minerais) 
� AGLOMERANTE: Material ligante que tem por objetivo promover a união entre os 
grãos dos agregados. 
 
3.2. Características dos Aglomerantes: 
 
� Componente cuja principal característica é endurecer, após algum tempo de sua 
mistura com a água, aglutinando as partículas com coesão e capacidade de ser 
moldado (trabalhável). 
� Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, quando misturados à água, formam uma 
pasta capaz de endurecer por simples secagem ou como conseqüência de reações 
químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postos em contato. 
 
3.3. Classificação: 
� Quimicamente ativos: 
� Aéreos: A secagem ocorre através do ar. Após o endurecimento, NÃO resistem 
satisfatoriamente quando submetidos à ação da água. (Ex.: gesso, cal aérea). 
� Hidráulicos: O endurecimento ocorre por reações com a água. Resistem 
satisfatoriamente à água após endurecimento. (Ex.: cimento Portland, cal 
hidráulica). 
� Quimicamente inertes: 
� Argila 
� Betume 
 
3.4. Requisitos Importantes: 
� Resistência mecânica: 
� Capacidade de resistir a esforços de compressão, tração, cisalhamento. 
� Importante também conhecer o comportamento deste ganho de resistência. 
� Durabilidade: 
� Capacidade de manter as suas propriedades durante o uso. 
� A degradação pode ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, sulfatadas) 
ou internos (compostos do próprio aglomerante ou presentes na mistura na 
qual o mesmo está contido). 
� Solubilidade: 
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� Capacidade de dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em meio 
aquoso, influenciada pelo tamanho das partículas, reatividade, temperatura etc. 
� Reatividade: 
� Facilidade do material de interagir quimicamente, tendo influência significativa 
na cinética das reações. 
� Área específica: 
� Corresponde à superfície efetiva de contato do sólido com o meio externo, 
sendo relacionada com a finura. 
� A área específica de um material é proporcional à sua reatividade. 
 
3.5. O CIMENTO 
� Aglomerante hidráulico largamente utilizado para a composição de peças estruturais 
em concreto e revestimento devido à sua excelente capacidade resistente. 
� Material existente na forma de um pó fino, com dimensões médias da ordem dos 50 
µm, que resulta da mistura de clínquer com outros materiais, tais como o gesso, 
pozolanas, ou escórias siliciosas, em quantidades que dependem do tipo de 
aplicação e das características procuradas para o cimento. 
 
3.5.1. História: 
� Origem da palavra: Do Latim: CAEMENTU (“Pedra natural proveniente de rochedos”). 
� 1756: o inglês John Smeaton consegue obter um produto de alta resistência por meio 
de calcinação de calcários moles e argilosos. 
� 1818: o francês Vicat obtem resultados semelhantes aos de Smeaton. É considerado 
o inventor do cimento artificial. 
� 1824: o inglês Joseph Aspdin queima conjuntamente pedras calcárias e argila, 
transformando-as num pó fino. Percebe que obtém uma mistura que, após secar, 
torna-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. 
� 1888: Antônio Proost Rodovalho empenha-se em instalar uma fábrica em sua 
fazenda em Santo Antônio, SP; 
� 1892: uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, PB; 
� 1924: implantação da Companhia Brasileira de Cimento Portland em Perus, SP. 
� O consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. A 
produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e 
a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até 
praticamente desaparecer nos dias de hoje. 
 
3.5.2. Composição 
� Matérias primas: Calcário + Argila. 
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OBS.: Minério de ferro – Adicionado no forno de produção de cimento para diminuir o 
ponto de fusão das matérias primas do cínquer. 
 
� Calcários: 
� São constituídos basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), mas podem 
conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro; 
� É uma rocha sedimentar, sendo a terceira rocha mais abundante na crosta 
terrestre. Somente o xisto e o arenito são mais encontrados. 
� O elemento cálcio, que abrange 40% de todo o calcário, é o quinto mais 
abundante na crosta terrestre, atrás apenas do oxigênio, silício, alumínio e o 
ferro. 
� OBS.: O carbonato de cálcio é conhecido desde épocas muito remotas, sob a 
forma de minerais tais como a greda, o calcário e o mármore. 
� Argila: 
� Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais, além de 
potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros; 
� A argila fornece ao cimento os componentes necessários: Al2O3, Fe2O3 e SiO2. 
� 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. 
� O teor de gesso varia em torno de 3% no cimento. 
 
3.5.3. Fabricação do cimento 
� Extração da matéria-prima das minas; 
� Britagem e mistura nas proporções corretas: 
� 75-80% de calcário e 20-25% de argila. 
� Moagem de matéria-prima; 
� Cozimento em forno rotativo a cerca de 1450o C: 
� A mistura cozida sofre uma série de reações químicas complexas deixando o 
forno com a denominação de clínquer. 
� Clinquerização. 
� Redução do clínquer a pó em um moinho juntamente com 3-4% de gesso. 
� Adições finais (pozolanas, escórias,…). 
 
 
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OBS.: DOIS MÉTODOS DISTINTOS DE FABRICAÇÃO 
� Processo seco: 
� A mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Tem a 
vantagem determinante de economizar combustível já que não tem água para 
evaporar no forno. 
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� Processo úmido: 
� Amistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água. É 
caracterizado pela simplicidade da instalação e da operação dos moinhos e 
fornos. 
* Para os dois métodos, o produto final é o mesmo clínquer, e o cimento que é fabricado é 
idêntico nos dois casos. 
 
� Preparação da mistura crua: 
� O calcário e a argila são misturados e moídos até que a mistura crua tenha: 
- 3% de sua massa retida na peneira ABNT #0,150mm 
- 13% de sua massa retida na peneira ABNT #0,088mm. 
� O processo de moagem se dá num moinho de bolas ou de rolos, por impacto e 
por atrito. 
� O material entra no moinho encontrando em contra-corrente ar quente 
(~220°C), o que propicia a secagem do material. 
- O material entra com umidade em torno de 5% e sai com umidade em 
torno de 0,9% a uma temperatura de final de 80ºC. 
� Depois de moído, o material é estocado em silos, onde pode ser feita a 
homogeneização do mesmo. 
 
 
 
 
 
 
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� Processo de clinquerização: 
� Os combustíveis mais utilizados 
para elevar a temperatura de 
clinquerização (~1400°C) são: óleo 
pesado, coque de petróleo, carvão 
mineral ou vegetal. 
� O material cru é lançado em uma 
torre de ciclones, onde ocorre a 
separação dos gases do material 
sólido. 
� Os gases são lançados na 
atmosfera, após passarem por um 
filtro eletrostático onde as partículas são precipitadas e voltam ao processo. 
� Após passagem pelos ciclones, o material entra no forno rotativo, onde 
ocorrem as reações de clinquerização. 
� Após a clinquerização, o clínquer formado é bruscamente resfriado com ar frio 
em contra corrente e é estocado em silos para a produção do cimento. 
 
 
 
3.5.4. Composição química do Cimento Portland: 
� Compostos químicos presentes no clínquer de cimento Portland: 
� CaO (C) - 67%; 
� SiO2 (S) - 22%; 
� Al2O3 (A) - 5%; 
� Fe2O3 (F) - 3%; 
� outros óxidos - 3%; 
 
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OBS.: Na área de Materiais de Construção, utiliza-se nomenclatura simplificada para 
representar os compostos químicos (ex.: H = H20, C = CaO, F = Fe2O3, S = SiO2,...) 
� Os compostos químicos citados acima estão presentes no Cimento Portland ANIDRO 
combinados nas seguintes moléculas: 
� Silicato tricálcico - Alita (C3S): 50 – 70% 
� Silicato dicálcico - Belita (C2S): 15 – 30% 
� Aluminato tricálcico (C3A): 5-10% 
� Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5- 15% 
� Outros compostos em menor quantidade (Na2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre, 
fósforo...) 
� Alita (C3S): principal mineral que contribui para a resistência mecânica da pasta de 
cimento endurecida. 
� Belita (C2S): reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores 
(aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a alita. 
� C3A: reage muito rapidamente com a água, liberando muito calor, mas sem 
apresentar grande resistência mecânica. 
� O gesso reage com o C3A em um primeiro momento, gerando produtos 
insolúveis em água (etringitas) e impedindo que a pega se inicie muito 
rapidamente. 
� C4AF: apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água e, em idades 
mais avançadas, taxas baixas ou muito baixas ⇔ contribui pouco para a resistência 
mecânica. 
 
3.5.5. Reações de hidratação do cimento: 
� Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF) 
� C3A: 
- Primeiro composto a reagir. 
- Responsável pela pega do cimento (consistência gelatinosa). 
- Não apresenta grande resistência em idades avançadas. 
- Devido à adição do gesso (sulfato de cálcio) ao cimento, para regulação 
da pega, o aluminato tricálcico é analisado já combinado com este 
componente. 
� C4AF: 
- Sua hidratação se inicia logo após a do C3A, mas também não apresenta 
grande importância em termos de resistência mecânica final. 
- É importante para proteger o concreto da ação de sulfatos e, portanto, 
os cimentos resistentes a sulfatos apresentam maior quantidade deste 
composto. 
 
� Silicatos de cálcio (C3S, C2S): 
� 2 C3S + 6 H2O → C-S-H + 3 Ca(OH)2 
� 2 C2S + 4 H2O → C-S-H + Ca(OH)2 (muito mais tarde) 
 
� Silicato de cálcio hidratado: C-S-H (3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O) 
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- Principal componente formado: 
- “Gel de Tobermorita” 
- Principal responsável pela resistência mecânica da pasta de cimento 
endurecida. 
� Hidróxido de cálcio (portlandita) 
- Aumento do pH da pasta (menor acidez). 
 
3.5.6. Microscopia: 
 
 
� Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados e ao 
hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas exagonais, dando origem à portlandita; 
 
� O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado 
tobermorita e, como se parece com um gel, é denominado gel de tobermorita; 
 
� A composição do silicato hidratado depende da concentração de cal na solução em 
que ele está em contato. 
 
3.5.7. Pega e endurecimento 
� Pega: Período de fenômenos químicos, em que ocorrem desprendimentos de calor e 
reações; 
 
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� 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 os compostos 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; 
 
3.5.8. Armazenamento do cimento 
� Granel 
� Silos hermeticamente fechados 
� Tempo máximo: 180 dias 
� Sacos 
� Galpões fechados 
� Estrados de madeira a 30cm do solo e a 30cm das paredes 
� Empilhamento máximo: 15 sacos 
� Distância entre pilhas: 60cm 
� Tempo máximo: 30 dias (canteiro) 
 
3.5.9. Nomenclatura 
 
 
� Cimentos normatizados: 
� Cimento Portland Comum (CP-I): NBR 5732 
� Cimento Portland Composto (CP-II): NBR 11578 
- CP-II F, CP-II Z, CP-II E 
� Cimento Portland de Alto-Forno (CP-III): NBR 5735 
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� Cimento Portland Pozolânico (CP-IV): NBR 5736 
� Cimento Portland de Alta Inicial (CPV-V ARI): NBR 5733 
 
� Outros tipos de cimento: 
� Cimento Portland Resistente a Sulfatos 
� Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação 
� Cimento Aluminoso (refratário) 
� Cimento Branco (estrutural ounão) 
� Etc. 
3.5.10. Adições ao cimento: 
 
� E
scória 
� A
parência 
semelhante 
a areia 
grossa. 
� S
ub-produto 
de alto-
fornos e 
produção 
de aço. 
� Silicatos – características de ligante hidráulico (material cimentante) 
� Pozolana 
� Elevado teor de sílica ativa (SiO2). 
� Ligante hidráulico complementar ao clínquer [Reações Pozolânicas]. 
� Originalmente: argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na Itália. 
� Atualmente: pozolanas ativadas artificialmente e sub-produtos industriais 
como cinzas volantes, provenientes da queima de carvão mineral. 
� Fíler 
� Calcário: composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), encontrado 
abundantemente na natureza, finamente moído 
� Elemento de preenchimento, capaz de penetrar nos interstícios das demais 
partículas e agir como lubrificante, tornando o produto mais plástico e não 
prejudicando a atuação dos demais elementos. 
 
OBS.: ESPECIFICAÇÕES E APLICAÇÕES 
� Todos os tipos de cimento são adequados a todos os tipos de estruturas e 
aplicações. 
� Existem tipos de cimento que são mais recomendáveis ou vantajosos para 
determinadas aplicações 
 
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� Tabela de composição de cimentos normatizados (ABNT): 
TIPO Sigla Classe 
Composição (%) 
Clínquer 
+ Gesso Escória Pozolana Fíler 
Comum 
CP I 
25 
100 0 32 
40 
CP I-S 
25 
95 a 99 1 a 5 32 
40 
Composto 
CP II-E 
25 
56 a 94 6 a 34 6 a 14 0 a 10 32 
40 
CP II-Z 
25 
76 a 94 0 15 a 20 0 a 10 32 
40 
CP II-F 
25 
90 a 94 0 0 6 a 10 32 
40 
Alto-forno CP III 
25 
25 a 65 35 a 70 0 0 a 5 32 
40 
Pozolânico CP IV 25 45 a 85 0 15 a 50 0 a 5 
32 
Alta 
Resistência 
Inicial 
CP V-
ARI - 95 a 100 0 0 0 a 5 
 
� Usos indicados para cada tipo de cimento: 
Tipo de cimento Usos indicados 
CP I, CP II Geral 
CP III Geral, concreto massa, água do mar e meios 
agressivos 
CP IV Geral, concreto massa, água do mar, meios 
agressivos e com agregados reativos 
CP V Pré-moldados, túneis e concretos protendidos 
RS Ambientes agressivos e água do mar 
Branco Estético e rejuntes 
Branco 
Estrutural Pisos, monumentos e fins arquitetônicos 
Baixo calor Obras de concreto massa 
 
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3.5.10. Propriedades do cimento: 
A) 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: Permeabilímetro de Blaine 
 
B) Tempos de pega: 
� Tempo para a 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. 
� Determinação: Aparelho de Vicat. 
� Início de pega: Agulha penetra 39mm na pasta 
� Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da pasta, sem penetrar 
 
C) Enrijecimento: 
� Perda de consistência da pasta plástica do cimento. 
� Determinação: 
� Perda de abatimento do concreto (NBR NM 67). 
 
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D) Expansibilidade / Sanidade / Estabilidade volumétrica: 
� Retrata a variação de volume do cimento após a pega, por conta de hidratação lenta 
ou reação expansiva com algum composto presente no cimento endurecido. 
� CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de etringita atrasada) 
� Determinação: 
� Agulha de Le Chatelier 
� Ensaios em auto clave. 
 
E) Resistência característica: 
� Resistência à compressão que atinge um corpo de prova cilíndrico pequeno fabricado 
a partir da pasta de consistência normal com o cimento em questão. 
� Caracteriza o tipo de cimento. 
� Pasta para o ensaio: 
� Areia do Rio Tietê; 
� Água destilada. 
� Consistência normal. 
 
F) Calor de hidratação: 
� Representa o calor gerado pela reação exotérmica de hidratação do cimento. 
� Importância: 
� Execução de peças com grande volume de concreto (concreto massa) - 
barragens, blocos de fundação... 
� Fissuras térmicas. 
� Determinação: 
� Calorímetro (difícil avaliação precisa – encontrado apenas em grandes 
laboratórios).