Cimento Portland

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Cimento Portland - Introdução 
Importância do Cimento 
Material artificial de maior produção 
• Cimento 
– Global (2007) 2,8 109 ton - 0,47 ton/per capita 
– Brasil (2007) 46.106 ton - 0,25 ton/per capita 
• Produtos a base de cimento 
– Global (2007) 2,9 ton/per capita 
– Brasil (2007) 1,7 ton/per capita 
Produção de cimento Portland 
moagem 
final 
~0,8 
 Calcário 
~0,2 
 Argila 
moagem 
~0,95 
clínquer 
~0,05 
Gipsita 
Adições 
 
Extração de calcário 
Britagem e transporte 
http://box-office.internet-
moneys.com/data/Belite 
Pilha de pré-homogenização 
(reduz variações da jazida) 
Pré-calcinador 
(aproveita energia do escapamento de gases) 
Forno rotativo 
Reações no forno 
• Decomposição das matérias primas 
– CaO.CO2 + E  CaO + CO2 
– Al2O3.xSiO2.Fe2O3.nH2O + E  Al2O3.xSiO2.Fe2O3 + nH2O  
• Oxidação do combustível 
– C + O2  CO2  + E 
• Fusão parcial  novos minerais (clinquer) 
Fornos com resfriadores 
Combustíveis: 
coque de petroleo é o principal 
uso de resíduos é comum 
Clínquer quente 
Moinho de Bolas 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/4/
43/LDFMBallMill.jpg 
Classificação 
de tamanho de partículas 
Ciclone: 
massa das partículas 
controla a trajetória 
 
Permite controlar a 
finura 
(distribuição granulometrica e 
área especifica). 
Matérias-primas e 
Composição química 
• Clínquer) 
– Calcário (~80%) 
•CaO - C 
– Argila (~20%) 
• Si O2 - S 
•Al2O3 - A 
• Fe2O3 - F 
• Após calcinação 
– Gipsita 
•CaO C 
• SO4 Š 
– Adições 
•Materiais 
cimentícios 
– C, S, A 
•Pó calcário 
Fases Principais 
do clínquer 
• C3S - 3CaO.SiO2 Silicato tricálcico 
• C2S - 2CaO.SiO2 Silicato dicálcico 
• C3A - 3CaO.Al2O3 Aluminato de cálcio 
• C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Ferro aluminato de 
cálcio 
 
Fases do clínquer 
Vermelho - C3S; Azul - C2S Verde - C3A 
Análise por Micr. Eletronico. EDS 
clínquer 
Composição do cimento 
• 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) 
Libera 
Calor 
Hidratação do cimento 
• Sem adição de gipsita: reação imediata 
– C3A + xH  C3AH6, C3AH6 ou C2AH8 
– uso muito difícil (exceto concreto projetado) 
 
• Com gipsita: retardada 
– C3A + 3C ŠH2 + 26H  C6A Š3H32 (etringita) 
– C3A + C ŠH2 + 16H  C4A ŠH18 (monosulfato) 
– C6A Š3H32 + 2 C3A + 22H 3C4A ŠH18 (monosulfato) 
 
Libera 
Calor 
Hidratação do cimento 
(fases principais) 
Rápida 
2C3S + 6H  C3S2H3 + 3CH C-S-H e cal hidratada 
 Lenta 
2C2S + 4H  C3S2H3 + CH C-S-H e cal hidratada 
 
•C-S-H - principal fase hidratada 
– silicato de cálcio hidratado 
– principal produto 
– estequiometria variável 
Composição x Resistência 
Temperatura 
e finura 
constantes 
Temperatura e finura 
constantes 
Composição x 
Calor de hidratação 
Finura e Calor de hidratação 
Finura x Resistência à 
compressão 
Velocidade de hidratação 
(na presença de água) 
• Composição química 
– + C3S + rápido 
– matérias primas 
 
• Finura (m2/g) 
– grau de moagem 
– área superficial para 
reação de hidratação 
– condições de mistura 
 
• Temperatura 
• + alta, + rápido 
• Uso de vapor garante 
a umidade 
• Autoclave é possível 
10 
40 
30 
20 
20 40 60 80 100 
R
C
 (
M
P
a
) 
Temperatura oC 
Temperatura de cura x RC 
CP II 
Cura à vapor 
por <18h 
(Camarini, 1995p.118) 
Impacto ambiental 
– Decomposição do calcário 
• CaO.CO2+E  CaO + CO2 
• ~600 kg CO2/ton 
– Oxidação dos combustíveis 
• ~300 kg CO2/ton 
• F(combustível, eficiência do processo) 
• Transporte 
Cimento é ~6% do CO2 global 
Impacto ambiental 
• Material particulado 
• SOx, NOx 
• Destruição de biomas (mineração) 
 
 
Cimento e emissão de CO2 0
2
4
6
8
10
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
C
O
2
fro
m
 O
PC
 (%
 o
f t
ot
al
)
Year
América 
do Sul
World
USA and Canada
Africa
Cimento e emissão de CO2 
• Eficiência energética dos fornos 
– Menos combustível 
• Tipo de combustível 
– Menos CO2 para gerar mesma energia 
– Ex: biomassa é neutra (cresceu c/CO2 do ar) 
• Maior teor de adições, menos clinquer 
– menos CO2 do combustível 
– menos CO2 do calcário