Cimento Portland

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Cimento Portland
 Prof. Thiago Oliveira
 ‹nº›
Agosto 2009
1
agregados
cimento
água
areia
brita
aglomerante
pasta
argamassa
concreto
aditivo
(opcional)
Utilização
 ‹nº›
Agosto 2009
11.000 kg/habitante
2.700 kg/habitante
Importância
Consumo de Concreto
O concreto é o segundo produto mais consumido pela humanidade
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Mundial
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°
9°
10°
11°
12°
13°
Produção (Mt)
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°
9°
10°
11°
12°
13°
1220,8
162,0
98,2
73,2
55,2
54,0
49,4
49,0
47,9
42,4
41,3
38,4
38,1
China
Índia
USA
Japão
Rússia
Espanha
Coréia do Sul
Turquia
Itália
Brasil
Tailândia
México
Indonésia
Maiores produtores em 2006
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Panorama Brasileiro de Cimento
Fonte SNIC
Produção (Mt)
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Consumo regional em 2006
FONTE: SNIC
CENTRO-
OESTE
NORDESTE
NORTE
SUDESTE
SUL
3,5%
11,2%
50,7%
20,3%
14,3%
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Produção por grupos industriais em 2007
EMPRESA
PRODUÇÃO (Mt)
VOTORAN
19,5
JOÃO SANTOS
5,5
CIMPOR
3,7
HOLCIM
3,6
CAMARGO CORREA
3,3
LAFARGE
3,5
CIPLAN
1,3
ITAMBÉ
1,0
OUTROS
5,2
TOTAL
46,6
FONTE: SNIC
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Aplicações do cimento
Aplicação
100%
Infra-Estrutura
18,1%
Edificação
81,8%
Agropecuária
0,1%
FONTE: ABCP
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Perfil de Consumo do Cimento
FONTE: ABCP
Consumo de
cimento
100%
Consumidor
industrial
28,4%
Consumidor
final
71,6%
29,1%
CONSTRUTORAS/EMPREITEIRAS		14,7%
EMPRESAS PRIVADAS		7,7%
ÓRGÂOS PÚBLICOS		2,8%
PREFEITURAS		3,0%
COOPERATIVAS/MUTIRÕES		0,9%
CONCRETEIRAS		15,0%
ARTEFATOS		6,8%
PRÉ-MOLDADOS		4,5%
FIBROCIMENTO		2,4%
ARGAMASSAS		1,4%
PEQUENO CONS. INDIVIDUAL		27,3%
PEDREIROS/PEQ.EMPREITEIROS		15,2%
42,5%
28,4%
 ‹nº›
Agosto 2009
Produção Brasileira
Perfil de Consumo do Cimento
O consumo per capita é baixo
0
250
500
750
1000
1250
1500
EUA
Portugal
Espanha
China
Alemanha
Japão
França
Brasil
Coréia do Sul
Cingapura
Brasil (2007): 243 kg / hab
 ‹nº›
Agosto 2009
Histórico Mundial
Gregos e Romanos
Pioneiros na utilização do cimento
Cimento
Cal + Cinzas vulcânicas
Obras
Panteão, Coliseu, Basílica de Constantino, etc.
PANTEÃO
COLISEU
BASILICA
 ‹nº›
Agosto 2009
1824
Patente do Cimento Portland
Joseph Aspdin
CALCÁRIO 
+ 
ARGILA 
(Calcinados)
Essa mistura resultou um pó, que por apresentar características semelhantes a uma pedra abundante da ilha de Portland, foi denominado “cimento portland”.
Histórico Mundial
 ‹nº›
Agosto 2009
12
Apesar do desenvolvimento tecnológico, o princípio básico de fabricação permaneceu o mesmo até os dias de hoje.
Histórico Mundial
 ‹nº›
Agosto 2009
13
USINA RODOVALHO
1888- Cimento Rodovalho
Rodovalho decidiu, então, instalar na Fazenda Santo Antônio, nas proximidades de São Roque uma fábrica de cimento, com capacidade para 25.000 toneladas/ano. Sua iniciativa é considerada a primeira tentativa de fabricação do cimento Portland no País, a partir da mistura de calcário e argila, calcinada em fornos. A Usina Rodovalho operou de 1888 a 1904, quando foi arrematada pela A. R. Pereira & Cia até que, em 1918, a Votorantim assumiu a produção 
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
14
1892
Ilha do Tiriri (PB)
O primeiro a produzir cimento no Nordeste do Brasil, foi o Engº Louis Nóbrega por um curto período de três meses em 1892. 
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
15
1912 – 1924
Primeira iniciativa estatal
Cachoeiro do Itapemirim / ES
Cimento Monte Líbano
Capacidade : 8000 t/ano
Primeiro forno rotativo
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
1926
1ª Produção efetiva de cimento brasileiro: 
 Cia. Brasileira de Cimento Portland Perus
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
17
1926
Consumo de 410.000 t/ano
e (97% Importado)
Em 1939 a produção foi de 697 mil toneladas, ganhando auto-suficiência, passando para 810 mil toneladas em 1944.	
Entre 1945 e 1955 (após a 2ª guerra) o setor inaugurou 16 novas fábricas.
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
18
Fábricas no Brasil 
70 unidades industriais
Capacidade nominal 
 67 milhões de tonelada
Produção 2009
 50,9 milhões toneladas 
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
19
12 Grupos Cimenteiros
Histórico no Brasil
 ‹nº›
Agosto 2009
20
Cimento Portland
Definição
Aglomerante hidráulico constituído de uma mistura de 
Clínquer Portland
+ 
sulfato de cálcio
 ‹nº›
Agosto 2009
Aglomerante hidráulico constituído de óxidos (cálcio, silício, ferro e alumínio) que em contato com a água tem a capacidade de endurecer.
Cimento: palavra originária do Latim Caementu, que na antiga Roma uma espécie de pedra natural de rochedos não esquadrejadas.
Cimento Portland
 ‹nº›
Agosto 2009
22
ETAPAS DA FABRICAÇÃO 
Extração das matérias-primas
Britagem e moagem
Dosagem da farinha
Homogeneização
Queima (Clinquerização)
Resfriamento
Moagem 
Ensacamento
Clínquer Portland
 ‹nº›
Agosto 2009
23
GRANELEIRO
Pré-aquecedor
Depósito de
Mix Combustíveis
Depósito de Clínquer
Gesso
Clínquer
Escória ou
pozolana
Moinho de Cimento
Separador
Silos de Cimento
Carvão/Coque/óleo
Moinho de Carvão
Homogeneização
Calcário
Moinho de Cru
Argila
Calcário
Ensacamento
Britador
Depósito
A oferta dos diversos tipos de cimento varia em função do número de silos e da disponibilidade de matéria-prima, da característica do mercado regional. 
Em geral a fábrica oferece 2 a 3 tipos.
Esquema de Funcionamento de uma Fábrica
 ‹nº›
Agosto 2009
Principal matéria-prima na fabricação do cimento
Jazida de Calcário 
(subterrânea)
 ‹nº›
Agosto 2009
Jazida de Calcário 
(céu aberto)
Principal matéria-prima na fabricação do cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
O material resultante é transportado em caminhões “fora-de-estrada” até a instalação de britagem
Transporte
 ‹nº›
Agosto 2009
Britagem
Na britagem, o calcário é reduzido a dimensões 
adequadas ao processamento industrial
 ‹nº›
Agosto 2009
Dosagem
Para a produção de 1 tonelada de cimento 
(20 sacos), são utilizados, em média: 
 ‹nº›
Agosto 2009
29
Dosagem
 ‹nº›
Agosto 2009
Emissão de Gás Carbônico (CO2)
O controle da emissão de CO2, um dos principais causadores do efeito estufa, representa um dos maiores desafios do setor na área do meio ambiente. A indústria do cimento responde por aproximadamente 5% das emissões antrópicas de gás carbônico do mundo.
Alguns países emissores de CO2(kg/ ton. de cimento)
Brasil
610
Espanha
698
Inglaterra
839
China
848
Queima
 ‹nº›
Agosto 2009
No forno, a uma temperatura próxima a 1450oC, o material transforma-se em pelotas escuras - o clínquer.
FORNO ROTATIVO
Queima
 ‹nº›
Agosto 2009
20 - 100oC
Perda de água livre
500 - 600oC
Desidroxilação dos argilominerais
Transformação do quartzo  em quartzo 
700 - 900oC
Descarbonatação dos carbonatos
Primeiras reações em estado sólido com formação de aluminatos e ferroaluminatos cálcicos (C12A7 e C2[A,F])
Primeiros cristais de belita (C2S)
Formação de cristobalita a partir do quartzo
Reações de formação do 
clínquer portland
 ‹nº›
Agosto 2009
33
900 - 1200oC
Cristalização da belita
Conversão do C12A7 e C2[A,F] em C3A e C4AF
		(ocorrem apenas reações em estado sólido)
1250 - 1350oC
Fusão dos constituintes da fase intersticial (C3A e C4AF)
Geração dos primeiros cristais de alita (C3S) a partir dos cristais pré-existentes de belita (C2S) e CaO
1350 - 1450oC
Desenvolvimento dos cristais de alita (C3S) 
Reações de formação do 
clínquer portland
 ‹nº›
Agosto 2009
34
Clínquer 
Interior do forno
Formação do clínquer
 ‹nº›
Agosto 2009
Clínquer Portland
 ‹nº›
Agosto 2009
PRINCIPAIS COMPOSIÇÃO
Alita C3S
BelitaC2S
Fase Intersticial C3A e C4AF
SECUNDÁRIOS 
CaO livre CaO
Periclásio MgO 
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
 ‹nº›
Agosto 2009
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
C3S
 ‹nº›
Agosto 2009
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
C2S
C3S
 ‹nº›
Agosto 2009
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
C3A
C4AF
MgO
 ‹nº›
Agosto 2009
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
Fase
 ‹nº›
Agosto 2009
MINERALOGIA DO CLINQUER PORTLAND
CaO l
 ‹nº›
Agosto 2009
Na moagem final, o sulfato de cálcio e eventuais adições são misturados ao clínquer, resultando o cimento
Moinho de cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
 ‹nº›
Agosto 2009
Conforme o tipo de cimento poderão ser acrescentados, no processo de moagem, materiais conhecidos por Adições: Escórias, Pozolanas, Calcário
Adições ao Cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
CP II-Z ou CPIV
Clínquer
Gesso
+
CP II-E ou CP III
+
 CP II-F 
CP I ou CP V
Filer
Escória
Pozolana
Tipos de Cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
Tipos de cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
Adições ao Cimento
Regionalização dos tipos de cimento
´
Distribuição regional de alguns tipos de cimento em função da matéria-prima disponível
 ‹nº›
Agosto 2009
CP XXX RR
Cimento Portland
Composição ou
qualificativo
Resistência aos 28 dias (MPa)
CP II- E- 32 (TIPO)
CPII-E (SIGLA)
32 (CLASSE)
CLASSE
SIGLA
TIPO
NOME TÉCNICO:Cimento Portland composto com escória
Nomenclatura
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Normas brasileiras
NBR 5732/91  Cimento Portland Comum 
NBR 5733/91  Cimento Portland de Alta Inicial
NBR 11578/91  Cimento Portland Composto 
NBR 5735/91  Cimento Portland de Alto-Forno
NBR 5736/91  Cimento Portland Pozolânico
NBR 5737/92  Cimento Portland Resistente a Sulfatos
NBR 13116/94  Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação
NBR 12989/93  Cimento Portland Branco
NBR 9831/06  Cimento para Poços Petrolíferos
NBR 13847/97  Cimento Aluminoso
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Cimento Portland de baixo calor de hidratação
 Identificação
 Acréscimo do sufixo BC ao tipo original
Exigência
 baixo desprendimento de calor
 < 260 J/g aos 3 dias
 < 300 J/g aos 7 dias
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Cimentos resistentes a sulfatos
 Identificação
 Acréscimo do sufixo RS ao tipo original
Exigência
 C3A do clínquer menor que 8% 
 Fíler calcário menor que 5%
 Cimentos CP III com 60% a 70% de escória
 Cimentos CP IV com 25% a 40% de pozolana
 Cimentos que tiverem antecedentes de
 resultados de ensaios de longa duração ou de
 obras que comprovem resistência aos sulfatos
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Prescrições físico-mecânica
 ‹nº›
Agosto 2009
Resíduo em peneira
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
54
Massa específica
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
55
Área especifica (Blaine)
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
56
Tempo de Pega
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
57
Expansibilidade Le Chatelier
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
58
Resistência à compressão
Cimento Portland
Ensaios físicos
 ‹nº›
Agosto 2009
59
Cimento Portland
Evolução da produção por tipo de cimento (%)
 ‹nº›
Agosto 2009
Adições ao Cimento
 Técnicas
 Melhoria de propriedades específicas
 Econômicas
 Diminuição do consumo energético
 Ecológicas
 Aproveitamento de resíduos poluidores e
 preservação das jazidas
Razões para o uso das adições
 ‹nº›
Agosto 2009
Adições ao Cimento
Razões para o uso das adições
Aumento da impermeabilidade
Diminuição da porosidade capilar
Maior resistência a sulfatos
Redução do calor de hidratação
Inibição da reação álcali-agregado
 MAIOR DURABILIDADE
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Características dos cimentos
Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCP – Resistência à compressão em MPa
Os cimentos brasileiros ultrapassam expressivamente as exigências mínimas das normas técnicas
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Evolução porcentual da resistência dos cimentos (r 28 =100)
Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCP – Resistência à compressão em MPa
Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCP
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Evolução em MPa da resistência dos cimentos
Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCP – Resistência à compressão em MPa
Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCP
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Influência dos tipos de cimento nas 
argamassas e concretos
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
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.
 ‹nº›
Agosto 2009
Marginal do Rio Pinheiros/SP
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto armado
Resistência de projeto
I, II, III, IV
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Pilares pré-moldados- Estaleiro Navship/SC
Sede da Açovisa,Guarulhos /SP
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto paradesformarápida
(sem cura térmica)
Endurecimento rápido
V, I, II
Concreto paradesformarápida
(com cura térmica)
Endurecimento rápido
I, II, III, IV
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto massa
Baixo calor de hidratação
III, IV, BC
Barragem de Tucurui /PA
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Pavimento de concreto
Pequena retração
I, II, III, IV, V
Ponte Rio Niteroi
Rodoanel Sul
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Pisos industriais de concreto
Resistência à abrasão
I, II, III, IV, V
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto com agregados reativos
Prevenção da reação álcali-agregado (RAA)
IV, III
Bloco de fundação de edifícios residenciais da cidade 
de Recife/PE com fissuras devido à RAA
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Obras marítimas
Resistência a sulfatos
RS, III, IV
Plataforma, Mar do Norte
Porto de Pecém/CE
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Solo-cimento
Aglomerante
I, II, III, IV
Casa com tijolos de solo-cimento
Casa com parede monolítica de solo-cimento
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Cimento queimado
Estética
Todos
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Argamassa de rejuntamento de azulejos e ladrinhos
Estética (cor branca)
Branco
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Argamassa dechapiscos
Aderência
I, II
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Argamassa derevesti-mentoe assentamento de tijolos e blocos
Pequena retração, retenção de água e plasticidade
I, II, III, IV
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto arquitetônico
Estética (cor branca)
Branco estrutural
Baha´i Temple, Chicago
Lotus Temple, New Delhi
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Aplicações
Propriedade Desejada
Tipo de Cimento
Concreto arquitetônico
Estética (cor branca)
Branco estrutural
Ponte Estaiada em Concreto Branco – Brusque, SC
Museu da Fundação Iberê Camargo,Porto Alegre 
Aplicação
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Enfatizando o uso vantajoso do CP III E CP IV
Obras de concreto-massa como barragens e
peças de grandes dimensões, fundações de
máquinas, pilares etc.
Obras em contato com ambientes agressivos por
sulfatos, terrenos salinosetc.
Tubos e canaletas para condução de líquidos
agressivos, esgotos ou efluentes industriais.
Concretos com agregados reativos;
Pilares de pontes ou obras submersas em contato
com águas correntes puras;
Obras em zonas costeiras ou em água do mar
Pavimentação de estradas e pistas de aeroportos etc
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Enfatizando o uso vantajoso do CP V-ARI
 Onde o requisito de elevada resistência às
 primeiras idades é fundamental; 
 Na indústria de pré-fabricados; 
 Aplicação da protensão;
 Concreto projetado;
 Pisos industriais;
 Obras em climas de baixa temperatura.
Precauções  Retração e fissuração térmica
 ‹nº›
Agosto 2009
CIMENTO + H2O
PEGA
RESISTÊNCIA
1
2
3
4
C-S-H
Hidratação 
 ‹nº›
Agosto 2009
Hidratação 
ÁGUA + CIMENTO = Dissolução e formação de novas fases hidratadas
 
O tempo aumenta o entrelaçamento dos cristais, aumentando a resistência mecânica
 ‹nº›
Agosto 2009
+ H2O  C-S-H + Ca(OH)2
resistência
proteção às 
armaduras
- lixiviação
- carbonatação 
 maléfico ao 
 concreto
C3S
C2S
C3A
C4AF
+ H2O + Ca(OH)2  C4AH13
Hidratação 
 ‹nº›
Agosto 2009
Hidratação 
Sultato de cálcio atua como controlador de pega 
C3A + H2O = PEGA RÁPIDA
C3A + Sulfato de cálcio + H2O = Retardamento
 ‹nº›
Agosto 2009
Hidratação 
C3A
+ H2O
C3A
+ H2O + GESSO
 PEGA RÁPIDA 
 PEGA RETARDADA
C3A
C4AH13
C4AH13
C3A
ETRINGITA
(pouco solúvel)
 ‹nº›
Agosto 2009
Silos de estocagem de cimento
Silo de cimento
 ‹nº›
Agosto 2009
O produto é estocado nos silos de cimento e expedido em sacos ou a granel
Expedição
 ‹nº›
Agosto 2009
Cimento Portland
Obrigado
engenharia@solucao.eng.br
 ‹nº›
Agosto 2009
Gráf5
	1960	4
	1961	4
	1962	5
	1963	5
	1964	5
	1965	6
	1966	6
	1967	6
	1968	6
	1969	8
	1970	8
	1971	9
	1972	10
	1973	12
	1974	13
	1975	15
	1976	17
	1977	19
	1978	21
	1979	23
	1980	25
	1981	27
	1982	26
	1983	25
	1984	21
	1985	19
	1986	20
	1987	25
	1988	25
	1989	25
	1990	26
	1991	26
	1992	27
	1993	24
	1994	25
	1995	25
	1996	28
	1997	35
	1998	38
	1999	40
	2000	40
	2001	39.7
	2002	39
	2003	35
	2004	36
	2005	39.2
	2006	41.7
	2007	46.6
Gráf6
	8
	9
	10
	12
	13
	15
	17
	19
	21
	23
	25
	27
	26
	25
	21
	19
	20
	25
	25
	25
	26
	26
	27
	24
	25
	25
	28
	35
	38
	40
	40
	39.7
	39
	35
	36
	39.2
	41.7
	46.6
	51.4
Plan1
	
	
					1960	4
					1961	4
					1962	5
					1963	5
					1964	5
					1965	6
					1966	6
					1967	6
					1968	6
					1969	8
					1970	8
					1971	9
					1972	10
					1973	12
					1974	13
					1975	15
					1976	17
					1977	19
					1978	21
					1979	23
					1980	25
					1981	27
					1982	26
					1983	25
					1984	21
					1985	19
					1986	20
					1987	25
					1988	25
					1989	25
					1990	26
					1991	26
					1992	27
					1993	24
					1994	25
					1995	25
					1996	28
					1997	35
					1998	38
					1999	40
					2000	40
					2001	39.7
					2002	39
					2003	35
					2004	36
					2005	39.2
					2006	41.7
					2007	46.6
					2008	51.4
Plan2
	
Plan3
	
Gráf3
	41.7
	11.9
	7.7
	7.7
	7.2
	7.6
	2.8
	2
	11.3
PRODUÇÃO
LAFARGE
7,6%
CAMARGO CORREA
7,2%
HOLCIM
7,7%
CIMPOR
7,7%
JOÃO SANTOS
12,0%
OUTROS
11,3%
VOTORAN
41,7%
CIPLAN
2,8%
Plan1
		PRODUÇÃO
	VOTORANTIM	41.7
	JOÃO SANTOS	11.9
	CIMPOR	7.7
	HOLCIM	7.7
	CAMARGO CORREA	7.2
	LAFARGE	7.6
	CIPLAN	2.8
	ITAMBÉ	2
	OUTROS	11.3
Plan1
	
PRODUÇÃO
VOTORAN
39%
Plan2
	
Plan3