5.0 Cimento Portland

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CIMENTO PORTLAND
Escola Politécnica de Pernambuco
Prof. Dr. Arnaldo Cardim de Carvalho Filho
0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
 O Cimento portland é um dos mais
importantes materiais de construção a
serviço da engenharia, com um vastíssimo
campo de aplicação.
Exemplos	de	aplicações	como	solo‐cimento,	a	
pavimentação	de	estradas,	as	habitações	pré‐
fabricadas,	tubos	de	concreto,	pavimento	
intertravado,	etc.
0	que	é	cimento	?
 Seu nome técnico é “cimento portland”,
pois assim foi batizado pelo seu inventor há
mais de 150 anos, inspirado na cor das
pedras da ilha de Portland ሺInglaterraሻ, que
eram muito usadas nas construções da
época.
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0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
 O Cimento Portland, ou simplesmente
cimento, é fabricado com calcário, argila,
gipsita e outros materiais denominados
adições.
0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
 O processo de fabricação do cimento
consiste basicamente na extração do
calcário da jazida ሺminaሻ, com auxílio de
máquinas e explosivos, seguindo‐se a sua
britagem emistura com argila.
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Jazida de Matérias Primas: Calcário + Argila
0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
 Essa mistura passa por um moinho, onde
é reduzida a pó, e a seguir por um possante
forno giratório, onde é cozida a 1450ºC,
transformando –se em pelotas de clínquer.
COMPOSIÇÃO DO CLINQUER PORTLAND
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0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
 Finalmente este clínquer é moído e
misturado a gipsita e outras adições,
transformando‐se no cimento, que agora
está pronto para ser entregue ao consumo,
em sacos ou a granel.
Matérias‐Primas	‐ CALCÁRIO
O calcário é o carbonato de cálcio
ሺCaCO3ሻ, que se apresenta na natureza, com
impurezas como óxido de magnésio. O
carbonato de cálcio puro ou calcita, sob
ação do calor , decompõe‐se do seguinte
modo:
CaCO3		ሺ100%ሻ		 CaO ሺ56%ሻ	൅	CO2 ሺ44%ሻ
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Calcário  CaCO3 (CaO + CO2)
Vê‐se que uma tonelada de calcário dá
origem a 560 Kg de cal, que é verdadeiramente a
matéria‐prima que entra na fabricação do
cimento, no entanto os 440 Kg de CO2 são
perdidos sob a forma de gás, que sai pelas
chaminés.
A dolomita é o carbonato de cálcio e
magnésio CaMgሺCO3ሻ2, que encerra apenas 30,4%
de CaO, não sendo utilizado na fabricação de
cimento.
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A argila empregada na fabricação do
cimento é essencialmente constituída de um
silicato de alumínio hidratado, geralmente
contendo ferro e outros minerais, em menores
porcentagens.
A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e
Fe2O3 necessários a fabricação do cimento.
Matérias‐Primas	‐ ARGILA
A gipsita é o sulfato de cálcio hidratado
– CaSO4.H2O . É um produto de adição final
no processo de fabricação do cimento
portland, com a finalidade de regular o
tempo de pega.
Matérias‐Primas	‐ GIPSITA
PLC – Moagem de Farinha
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PLC – Forno e Torre de Ciclones
PLC – Moagem de Coque Carvão
PLC – Dosagem de Combustível
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CaO
Fe2O3Al2O3
SiO2
C3A
C2S
C4AF
C3S
1ª Fase
2ª Fase
3ª Fase
4ª Fase
C4AF 
C3A 
C2S - Belita
C3S – Alita
Clínquer Portland
Fase Líquida
Fluxograma Esquemático da Formação das Quatro Fases 
Constituintes do Clínquer Portland.
Temperatura  ̊̊C Processo Reações Química
< 200 Secagem. Eliminação da água Livre
100 ...400 Eliminação da água adsorvida
400...750 Decomposição da argila com formação de METACAOLINITA Al4(OH)4Si4O10  2(Al2O3.2SiO2) + 4H2O
600 ...900
Decomposição da 
METACAOLINITA e outros 
compostos com a formação de uma 
mescla de óxidos reativos
Al2O3.2SiO2  Al2O3 + 2SiO2
600 ...1000 Decomposição do CALCÁRIO com 
a formação de CS e CA
CaCO3   CaO + CO2
3CaO + 2SiO2 + Al2O3  2(CaO. SiO2) + CaO.Al2O3
800...1300 Fixação da CAL por meio do CS e CA com formação de C4AF
CaO.SiO2 + CaO 2CaO. SiO2
2CaO + 2SiO2  2CaO. SiO2
CaO 2Al2O3 + 2CaO  3CaO.Al2O3
CaO Al2O3 + 3CaO + Fe2O3  4CaO.Al2O3 + Fe2O3
1250...1450 Nova fixação da CAL por meio do C2S 2CaO.SiO2 + CaO 3CaO. SiO2
Reações de Clinquerização – Transformações químicas  no tratamento térmico da farinha 
crua do Cimento Portland.
Cinética Química do Forno de Clinquer:
1. Secagem, eliminação da água livre, e evaporação da água 
adsorvida;
2. Decomposição da argila com formação de metacaulinita;
3. Decomposição da metacaulinita e outros compostos, com 
formação de uma mescla de óxidos reativos;
4. Decomposição do Calcário com formação de Silicatos cálcicos 
(CS) e Aluminatos cálcicos (CA);
5. Fixação da cal por meio do CS e CA com formação do Ferro‐
aluninato tetracálcico (C4AF);
6. Nova fixação da cal por meio do CS.
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3232
2
OFeOAl
SiOSílicadeMódulo 
São numerosos métodos de controle da composição química da mistura crua,
dentre eles as mais empregadas são:
São numerosos métodos de controle da composição química da mistura crua,
dentre eles as mais empregadas são:
32322 65,018,18,2
100
OFeOAlSiO
xCaOSaturação 
32
32
OFe
OAlAlumíniodeMódulo 
Importante !
O	conhecimento	prévio	das	
propriedades	físico‐
químicas	e	mineralógicas,	é	
extremamente	importante	
para	o	domínio	da	
operação	do	sistema.
PLC – Resfriador
Formação	dos	compostos	anidros	do	clinquer
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RESFRIAMENTO	
é submetido a um processo controlado de esfriamento através da injeção de
O clínquer uma vez formado, abandona a zona mais quente do forno, e
é submetido a um processo controlado de esfriamento através da injeção de
ar.
1ºሻ Resfriamento ሺ1450 ºC – 1250 ºCሻ
Ocorre ainda no interior do forno entre a
zona de descarga de material e o início da chama
ሺponta do maçaricoሻ. É responsável pela cristalização
da fase líquida e estabilidade dos cristais
constituintes de ferro e alumínio ሺC4AF e C3Aሻ
2ºሻ Resfriamento ሺ1250 ºC – 100 ºCሻ
Ocorre no resfriador industrial, e é responsável pela estabilidade morfólogica
dos cristais de C3S e C2S.
O clínquer após resfriado é transportado e armazenado em
depósito coberto para posterior uso.
O clínquer após resfriado é transportado e armazenado em
depósito coberto para posterior uso.
MOAGEM	DE	CIMENTO
A moagem de cimento é uma das fases ou estágios do processo em que o
clínquer juntamente com o gesso ሺ3 – 6 % em massaሻ, argila e calcário é submetido
através de equipamentos apropriados a um processo de afinamento ou moagem,
transformando‐se em um pó ultra‐fino, denominado Cimento Portland.
Cimento Portland
É	um	aglomerante	hidráulico,	
constituído	basicamente	por	
óxido	de	silício	ሺSiO2ሻ,	alumínio	ሺAl2O3ሻ,	e	ferro	ሺFe2O3ሻ	e,	secundariamente	por	Mg,	S,	K,	Na	
e	outros	elementos	em	menor	
proporção.
0	que	é	cimento	?0	que	é	cimento	?
Cimento Portland: é um aglomerante
hidráulico constituído de óxidos de cálcio
ሺCaOሻ, silício ሺSiO2ሻ, alumínio ሺAl2O3ሻ e ferro
ሺFe2O3ሻ. Quando misturados com água,
adquire consistência pastosa de fácil
modelagem. Após certo tempo, o cimento
endurece apresentando grande resistência.
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Tipos de 
Cimento 
Portland
Código de 
Identificação 
do tipo 
(Sigla)
Classe de 
Resistência
Código de 
Identificação 
na Sacaria 
(Tipo e Classe)
Materias-primas 
utilizadas 
(Composição)
Resistência mínima à 
compressão em MPa a 
idade de 3, 7, 28 dias 
segundo a Classe.
Comum 
NBR-5732 
Rev. -jul/91
CP I
25
32
40
CP I - 25
CP I - 32
CP I – 40 
100 % Clínquer + Gesso 
(Gesso = 3 – 6 %)
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Comum com 
adição 
NBR-5732 
Rev. -jul/91
CP I-S
25
32
40
CP I – S - 25
CP I - S - 32
CP I – S - 40
95-99 % Clínquer + Gesso
1 – 5 % Calcário
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Composto 
com escória 
NBR-11578 
Rev. -jul/91 
CP II-E
25
32
40
CPII – E - 25
CP II - E - 32
CP II – E – 40
94 – 58 % Clínquer + Gesso
0 – 10 % Calcário
6 – 34 % Escória Alto Forno
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Composto 
com Pozolana 
NBR-11578
CP II-Z
25
32
40
CP II – Z - 25
CP II - Z - 32
CP II – Z – 40
94 – 76 % Clínquer + Gesso
0 – 10 % Calcário
6 – 14 % Pozolana
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Composto 
com Fíler 
NBR-11578
CP II-F
25
32
40
CP II – F - 25
CP II - F - 32
CP II – F – 40
94 – 90 % Clínquer + Gesso
6 – 10 % Fíler Calcário
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Alto Forno 
(AF) 
NBR-5735 
Rev. -jul/91
CP III
25
32
40
CP III - 25
CP III - 32
CP III - 40
65 – 25 % Clínquer + Gesso
35 – 70% Escória Alto Forno 
0 – 5 % Calcário
 8
 10
 15
 15
 20
 25
 25
 32
 40
Pozolânico 
NBR-5736 
Rev. -jul/91
CP IV
25
32
CP IV - 25
CP IV - 32
CP IV – 40
84 – 45 % Clínquer + Gesso
15 – 50 % Pozolana
0 – 5 % Calcário
 8
 10
 15
 20
 25
 32
ARI 
NBR-5733 
Rev.-jul/91
CP V ARI
Alta 
Resistência 
Inicial
CP V - ARI
95 – 100 % Clínquer + Gesso
0 – 5 % Calcário
1 dia
 14
3 dias
 24
7 dia
 34 
Tipo, Classes e Composição dos Cimentos Fabricados no Brasil
C O M P O N E N T E S D O C I M E N T O
ÕXIDOS FORMULA FORMULA ABREVIADA
OXIDO DE CÁLCIO CaO C
SÍLICA SiO2 S
ALUMINA Al2O3 A
OXIDO FERRICO Fe2O3 F
TRIOXIDO DE ENXOFRE SO3 s
AGUA H2O H
SILICATO TRICÁLCICO 3CaO.SiO2 C3S
SILICATO DICÁLCIO 2 CaO.SiO2 C2S
ALUMINATO TRICÁLCICO 3CaO.Al2O3 C3A
FERRO ALUMINATO TETRACÁLCICO 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
SULFATO DE CÁLCIO DIHIDARATADO CaSO4.2H2O CSH2
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PRINCIPAIS PARÂMETROS DA HIDRATAÇÃO:
1. Velocidade de hidratação
2. Calor de Hidratação
I ‐ Calor  total depreendido
II ‐ Velocidade de despreendimento
3. Estabilidade de volume
4. Estabilidade química (durabilidade)
REAÇÕES QUÍMICAS DO CIMENTO PORTLAND
Silicatos cálcicos: C3S e C2S
2C3S + 7H   C3S2H4 + 3CH    H = ‐ 114 KJ/mol
(silicato tricálcio) + (água) = (C‐S‐H) + (Hidróxido de cálcio)
2C2S + 5H   C3S2H4 + CH    H = ‐ 43 KJ/mol
(silicato dicálcio) + (água) = (C‐S‐H) + (Hidróxido de cálcio)
REAÇÕES QUÍMICAS DO CIMENTO PORTLAND
Ferro‐Aluminatos cálcicos: C3A e C4AF
2C3A + 7H   C6AS3H32 + 3CH    H = ‐ 200 KJ/mol
(Aluminato tricálcio) + (água) = (Etringita) + (Hidróxido de cálcio)
2C4AF + 5H   AFT + CH    H = ‐00 KJ/mol
(Ferro‐aluminato tetracálcio) + (água) = (Fases de AFT) + (Hidróxido de cálcio)
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Cimento Portland Comum (CP I)
a. CP I ‐ Cimento Portland Comum
b. CP I‐S ‐ Cimento Portland Comum com Adição
2. Cimento Portland Composto (CP II)
a. CP II‐E ‐ Cimento Portland Composto com Escória
b. CP II‐Z ‐ Cimento Portland Composto com Pozolana
c. CP II‐F ‐ Cimento Portland Composto com Fíler
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 (RS)
7. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)
8. Cimento Portland Branco (CPB)
Cimento Portland Comum CP I e CP I‐S (NBR 5732)
• 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. Também é oferecido ao 
mercado o Cimento Portland Comum com Adições CP I‐S, 
com 5% de material pozolânico em massa, recomendado 
para construções em geral, com as mesmas características.
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Cimento Portland CP II (NBR 11578)
• O Cimento Portland Composto é modificado. 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 Portland CP II‐Z (com adição de material pozolânico)
• Empregado em obras civis em geral, subterrâneas, marítimas e 
industriais. E para produção de argamassas, concreto simples, 
armado e protendido, elementos pré‐moldados e artefatos de 
cimento. O concreto feito com este produto é mais impermeável 
e por isso mais durável. 
Cimento Portland CP II‐E (com adição de escória granulada de alto‐
forno)
• Composição intermediária entre o cimento portland comum e o cimento 
portland com adições (alto‐forno e pozolânico). Este cimento combina com 
bons resultados o baixo calor de hidratação com o aumento de resistência do 
Cimento Portland Comum. Recomendado para estruturas que exijam um 
desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam ser atacadas 
por sulfatos.
.
Cimento Portland CP II – F (com adição de material carbonático ‐ fíler)
• Para aplicações gerais. Pode ser usado no preparo de argamassas
de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto
simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro,
concreto‐massa, elementos pré‐moldados e artefatos de
concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo‐cimento, dentre
outros.
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Cimento Portland de Alto Forno CP III (com escória ‐
NBR 5735)
• 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, argamassa armada, de concreto simples,
armado, protendido, projetado, rolado, magro e outras.
• 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 CP IV – 32 (com pozolana ‐ NBR 5736)
• Para obras correntes, sob a forma de argamassa, concreto
simples, armado e protendido, elementos pré‐moldados e
artefatos de cimento. 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 CP V ARI (Alta Resistência Inicial ‐ NBR 5733)
• Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de
idade e de 53 MPa aos 28 dias, que superam emmuito os valores normativos
de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e 7 dias, respectivamente, o CP V ARI
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
pequenasconstruções 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.
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• O CP‐RS oferece resistência aos meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de 
águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos. Pode ser usado em 
concreto dosado em central, concreto de alto desempenho, obras de recuperação 
estrutural e industriais, concretos projetado, armado e protendido, elementos pré‐
moldados de concreto, pisos industriais, pavimentos, argamassa armada, argamassas e 
concretos submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamento de 
água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas.
• De acordo com a norma NBR 5737, 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
• 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.
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação 
(BC) ‐ (NBR 13116)
• O Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) é 
designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC. 
Por exemplo: CP III‐32 (BC) é o Cimento Portland de Alto‐
Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela 
sua composição. Este tipo de cimento 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.
8. Cimento Portland Branco (CPB) – (NBR 12989)
• O Cimento Portland Branco se diferencia por coloração, e está 
classificado em dois subtipos: estrutural e não estrutural. 
• O estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitetônicos, 
com classes de resistência 25, 32 e 40, similares às dos demais tipos de 
cimento.
• O não estrutural não tem indicações de classe e é aplicado, por exemplo, 
em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais. 
• Pode ser utilizado nas mesmas aplicações do cimento cinza. A cor 
branca é 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, principalmente, utilizando 
o caulim no lugar da argila. 
• O índice de brancura deve ser maior que 78%. Adequado aos projetos 
arquitetônicos mais ousados, o cimento branco oferece a possibilidade 
de escolha de cores, uma vez que pode ser associado a pigmentos 
coloridos.