ECInterdisciplinar NP2 RESUMO Cap 3

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ECI NP2 
CIMENTO PORTLAND 
Cimento Portland: pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a 
ação de água, sendo um aglomerante hidráulico. Com a adição de água, se torna uma pasta homogênea, capaz 
de endurecer e conservar sua estrutura, mesmo em contato novamente com a água. 
 
Clinker: cimento numa fase básica de fabricação, a partir do qual se fabrica o cimento Portland, com a adição 
de sulfato de cálcio, calcário e/ou escória siderúrgica. 
 
Constituintes fundamentais do cimento Portland: são a cal (CaO), a sílica (Si02 ), a alumina (Alz O3 ), o 
óxido de ferro (Fé2 O3 ), 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. Tem ainda, 
como constituintes menores, impurezas, óxido de sódio (Na2 O), óxido de potássio {K.2 O), óxido de titânio 
(TiO2) e outras substâncias de menor importância. Os óxidos de potássio e sódio constituem os denominados 
álcalis do cimento. 
 
Cal, sílica, alumina e óxido de ferro são os componentes essenciais do cimento Portland e constituem, 
geralmente, 95 a 96% do total na análise de óxidos. A magnésia, de 2 a 3%, limitada, máximo 5%. No Brasil 
esse limite é 6,4%. 
 
Compostos provenientes da fusão das matérias-primas para a fabricação do cimento Portland (clinker): 
silicato tricálcico- (3CaO • SiO2 = C3 S); silicato bicálcico (2CaO • SiO2 = C2S); aluminato tricálcico (3CaO 
• Al2 O3 = C3A); ferro aluminato tetracálcico ( 4CaO · Al2 O3 • Fe2 O3 = C4A Fe) 
 
O silicato tricálcico (C 3S) é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim 
do primeiro mês de cura. O silicato bicálcico (C2S) adquire maior importância no processo de endurecimento 
em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. O ferro 
aluminato de cálcio (C4 AFe) em nada contribui para a resistência. 
 
O aluminato de cálcio, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. O silicato 
tricálcico (C3 S) é o segundo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. 
 
As propriedades físicas do cimento Portland: são consideradas sob três aspectos distintos: propriedades do 
produto em sua condição natural, em pó, da mistura de cimento e água e proporções convenientes de pasta e, 
finalmente, da mistura da pasta com agregado padronizado - as argamassas. 
 
A densidade absoluta do cimento Portland: é 3,15, embora, possa variar para valores ligeiramente 
inferiores. 
 
A retração do concreto: é a diminuição do seu volume, geralmente motivada pela eliminação da água contida 
em seu interior (exsudação), entre outros. 
 
Finura do cimento: relacionada com o tamanho dos grãos do produto. É definida de duas maneiras: pelo 
tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido 
na operação de peneiramento em malha de abertura definida, e, pelo valor da superfície específica (soma das 
superfícies dos grãos contidos em um grama de cimento). É o fator que governa a velocidade da reação de 
hidratação do mesmo e tem também sua influência comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas 
e dos concretos. 
 
Exsudação: é a separação espontânea da água de mistura e o grau de permeabilidade que prevalece na pasta. 
 
Trabalhabilidade: é o estado que oferece maior ou menor facilidade nas operações de manuseio com as 
argamassas e concretos frescos. 
 
Para o cimento Portland comum, o resíduo deixado nessa peneira não deve exceder 15% em peso. Para os 
cimentos Portland de alta resistência inicial, tal índice deve baixar a 6%. 
 
No processo de turbidímetro de Wagner: é medido o tempo de precipitação dos grãos de diferentes 
diâmetros em suspensão no querosene. No processo de permeãmetro de Blaine: mede-se o tempo de 
percolação de determinado volume de ar através dos vazios intergranulares de uma amostra de cimento de 
características definidas. Os valores determinados no processo de Blaine são usualmente 50% mais elevados 
que os determinados no processo de Wagner. 
 
A turbidância da suspensão: é definida pelo logaritmo da relação da intensidade da luz transmitida pelo 
meio líquido para a intensidade da luz transmitida pela suspensão. 
 
Tempo de Pega: momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria a um trabalho. 
 
A pega e o endurecimento: a pega na primeira fase do processo de hidratação do cimento e o endurecimento 
na segunda e última fase do mesmo. A partir de um certo tempo após a mistura, quando o processo de pega 
alcança determinado estágio, a pasta não é mais trabalhável, não admite operação de remistura. 
 
A caracterização da pega dos cimentos: é feita pela determinação de dois tempos distintos - o tempo de 
início e o tempo de fim de pega. Os ensaios são feitos com pasta de consistência normal, medindo-se a 
resistência à penetração de uma agulha na pasta de cimento. 
 
Pasta de Cimento: A ocorrência da pega do cimento deve ser regulada tendo-se em vista os tipos de aplicação 
do material, devendo-se processar ordinariamente em períodos superiores a uma hora após o início da mistura. 
Nas aplicações em que se deseja uma pega rápida, são empregados aditivos ao cimento, são os aceleradores 
de pega. A pasta é misturada em proporção que conduz a uma consistência denominada normal. Essa 
consistência normal é verificada no mesmo aparelho de Vicat, utilizando-se a chamada sonda de Tetmajer, 
um corpo cilíndrico, metálico, liso, de 10 mm de diâmetro e terminado em seção reta. A sonda é posta a 
penetrar verticalmente em pasta fresca por ação de um peso total. 
 
Resistência: é determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa. Adotam 
cubos de arestas de 5 a 7 cm e no ensaio são executadas 30 quedas em 30 segundos. Diz-se que a consistência 
é normal quando esse diâmetro alcança 165 mm. 
 
Exsudação: A água que se acumula superficialmente, e os grãos de cimento por serem mais pesados são 
forçados, por gravidade, a ficar por baixo. Ocorre, evidentemente, antes do início da pega. 
 
Estabilidade: ocorrência eventual de indesejáveis expansões volumétricas posteriores ao endurecimento do 
concreto e resulta da hidratação de cal e magnésia livre nele presentes. 
 
Calor de Hidratação: varia com a composição do cimento entre 85 e 100 cal/g, reduzindo-se a 60 a 80 cal/g 
nos cimentos de baixo calor de hidratação. 
 
O método mais comum para a determinação do calor de hidratação do cimento: é o calor de dissolução. 
Amostras secas de cimento em pó e de cimento parcialmente hidratado e subsequentemente pulverizado são 
dissolvidas em mistura de ácidos nítrico e clorídrico numa garrafa térmica. A elevação de temperatura 
devidamente corrigida pela eliminação dos fatores estranhos ao fenômeno determina as medidas do calor de 
dissolução das amostras. Por diferença, o calor de hidratação do cimento é calculado. 
 
As águas puras: de fontes graníticas ou oriundas do degelo atacam o cimento hidratado por dissolução da cal 
existente, acabam lavando toda a cal existente no cimento hidratado, após o que começam, com menor 
intensidade, a dissolver os próprios silicatos e aluminatos. 
 
As águas ácidas: água de chuva, agem sobre a cal do cimento hidratado segundo processo que varia em 
função da concentração do anidrido carbônico. 
Se a concentração é baixa, o sal formado é o carbonato de cálcio, pouco solúvel, que obstrui os poros, 
constituindo proteção a ataques posteriores. 
Se a concentração é relativamente forte, o carbonato formado é dissolvido corno bicarbonato, prosseguindo o 
ataque atécompleta exaustão da cal presente. Os sais de cálcio são atacados em seguida. 
 
A água sulfatada: ataca o cimento hidratado por reação do sulfato com aluminato, produzindo um 
sulfoaluminato com grande aumento de volume. Águas paradas, contendo mais de meio grama de sulfato de 
cálcio/litro, e águas correntes com mais de 0,3 g podem, em geral, ser consideradas perigosas. 
 
A água do mar: contém numerosos sais em solução, entre os quais os sulfatos de cálcio, o sulfato de magnésio 
e o cloreto de sódio. A presença deste último contribui para aumentar a solubilidade da cal. O pequeno 
conteúdo de ácido carbônico contribui ligeiramente como medida de proteção, pela formação de carbonato 
insolúvel. Já os sulfatos, principalmente os de cálcio, agem da maneira já descrita, resultando no final ataque 
progressivo dos cimentos ricos em cal pelas águas do mar. 
 
Reação Álcali-Agregado: formação de produtos gelatinosos acompanhada de grande expansão de volume 
pela combinação dos álcalis do cimento com a si1ica ativa finamente dividida. 
Os cimentos foram originariamente fabricados segundo as especificações dos consumidores que 
encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenientes a um trabalho. Fabrica-se 
também, para emprego ordinariamente não estrutural, o cimento branco, que é um cimento Portland ordinário, 
praticamente isento de óxidos de ferro, e que se consegue mediante cuidados adequados na escolha da matéria-
prima e na condução do processo de fabricação. 
 
Cimento CP-I (Cimento Portland Comum): não possui nenhum tipo de aditivo, apenas o gesso, que tem a 
função de retardar o início de pega do cimento para possibilitar mais tempo na aplicação. Tem alto custo e 
menos resistência. Sua produção é direcionada para a indústria. Classe de resistência: 25 MPa. Quase ausente 
no mercado. 
 
Cimento CP-II (Cimento Portland Composto): tem a adição de outros materiais na sua mistura, que libera 
menos calor quando entra em contato com a água. O CP-II é apresentado em três opções: CP-II E – cimento 
portland com adição de escória de alto-forno; CP-II Z – cimento portland com adição de material pozolânico; 
e CP-II F – cimento portland com adição de material carbonático – fíler. Classe de resistência: 25, 32 e 40 
MPa. Aplicado a todas as fases de obras. 
 
Cimento CP-III (Cimento Portland de Alto-forno): tem em sua composição de 35% a 70% de escória de 
alto-forno. 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 menos poroso 
e mais durável. Classe de resistência: 25, 32 e 40 MPa. 
 
Cimento CP-IV (Cimento Portland Pozolânico): tem em sua composição de 15% a 50% de material 
pozolânico. Por isso, proporciona estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, 
em especial de ataque por sulfatos. Possui baixo calor de hidratação, o que o torna bastante recomendável na 
concretagem de grandes volumes e sob temperaturas elevadas. É pouco poroso, sendo resistente à ação da 
água do mar e de esgotos. Classe de resistência: 25 e 32 MPa. 
 
Cimento CP-V ARI (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial): alta reatividade nas primeiras horas 
de aplicação, atingindo resistências elevadas em um curto intervalo de tempo. Ao final dos 28 dias de cura, 
também atinge resistências maiores que os cimentos convencionais. É muito utilizado em obras industriais 
que exigem um tempo de desforma menor. É recomendado apenas para a fabricação de concretos. 
 
Cimento RS (Cimento Portland Resistente a Sulfatos): presentes em redes de esgoto, ambientes industriais 
e água do mar. Sendo assim, seu uso é indicado para construções nesses ambientes. 
 
Cimento Branco (Cimento Portland Branco (CPB)): cor branca, conseguida através de matérias-primas 
com baixo teor de manganês e ferro e utilização do caulim no lugar da argila. Existem dois tipos de cimento 
branco. Um deles é o estrutural, indicado para fins arquitetônicos e o não estrutural, indicado para rejunte de 
cerâmicas. 
 
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC): retarda 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. 
 
Dica: “A característica mais importante do cimento é a classe de resistência a que ele chega aos 28 dias de 
cura, identificada na embalagem do produto. Ao rodar um traço de concreto, siga as quantidades exatas de 
cada insumo”. 
 
Nos Estados Unidos: 
O cimento tipo 1: é o cimento Portland comum utilizado nos trabalhos gerais de construção. 
O cimento tipo 2: com desenvolvimento moderado de calor de hidratação. 
O cimento tipo 3: alta resistência inicial, diferindo do tipo 1 pela proporção mais elevada de C3S e maior 
finura. 
O cimento tipo 4: pouco utilizado, cimento de calor de hidratação muito baixo, destinado ao emprego em 
construções volumosas de grande porte. 
O cimento tipo 5: obras onde a resistência ao ataque às águas sulfatadas é importante. 
De todos esses tipos de cimento, apenas os tipos 1 e 3, e mais raramente o 2, são normalmente encontrados 
em estoque. 
 
Na França: 
O supercimento 355-400 e o cimento de elevada resistência inicial (315-400): constituem os produtos de 
alta qualidade mecânica e pequena disponibilidade no mercado, preço mais elevado e emprego restrito aos 
casos não resolvidos pela aplicação do cimento Portland ordinário. 
O cimento comum é fabricado nas classes CPA-250/315 e CPB-250/315: diferenciando-se um elo outro 
pela adição de escória de alto-forno finamente dividida no produto CPB. Esses dois cimentos constituem o 
grosso da produção industrial francesa. 
 
O cimento Portland é atualmente produzido em instalações industriais de grande porte, localizadas junto às 
jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao transporte do produto acabado aos centros 
consumidores. 
 
Entre os materiais calcários utilizados: calcário, conchas de origem marinha etc. Entre os materiais 
argilosos: argila, xistos, ardósia e escórias de alto-forno. 
 
A fabricação do cimento Portland comporta 6 operações principais, a saber: Extração da matéria-prima; 
britagem; moldura e mistura; queima; moldura do clinker; expedição. 
 
No processamento por via seca: a matéria-prima é inicialmente conduzida a uma estufa, onde é 
convenientemente secada. Secos, os materiais argilosos e calcários são proporcionados e conduzidos aos 
moinhos e silos, onde se reduzem a grãos de pequeno tamanho em mistura homogênea. 
 
No processo por via úmida: onde se emprega a argila natural como matéria-prima, esta é inicialmente 
misturada com água, formando uma lama espessa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transporte: ferroviária ou rodoviária. 
 
Carga e descarga: 
No sistema pneumático: o cimento é arrastado dentro de um tubo por forte corrente de ar. A sucção é 
processada no fundo do reservatório ou silo por dispositivo de arraste que se constitui por uma simples trompa 
de ar. 
No processo de escorregamento: a descarga do veículo se faz por gravidade ao longo de uma calha interna. 
que corre pelo fundo do reservatório, neste caso um longo tanque, semelhante aos tanques de transporte de 
combustível. 
No sistema de parafuso sem fim: mais antigo, a descarga do veículo é levada a efeito pela ação de uma hélice 
longa, alojada na calha inferior que constitui o tubo do reservatório. A capacidade de descarga é menor e 
alcança cerca de 0,7 t/minuto. 
 
Armazenamento: Os barracões para armazenamento de cimento devem ser bem cobertos e bem fechadoslateralmente, devendo ser o soalho bem acima do nível do solo. Para armazenagem por curto espaço de tempo, 
podem-se cobrir as pilhas de sacos de cimento com lona colocadas sobre estrados de madeira 
convenientemente elevados do solo. Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses. 
 
Pozolanas nos concretos de cimento Portland: melhora muitas das qualidades desse material, como a 
trabalhabilidade, diminui o calor de hidratação, aumenta a impermeabilidade, assim como a resistência aos 
ataques por águas sulfatadas, águas puras e águas do mar, diminui os riscos de reação álcali-agregado, a 
eflorescência por percolação de água e, finalmente, os custos. 
 
O cimento aluminoso: resulta do cozimento de uma mistura de bauxita e calcário. É um cimento refratário 
de primeira qualidade, podendo resistir a temperaturas superiores a 1 200°C e, em misturas com agregados 
convenientemente escolhidos, até acima de 1 400ºC. Na realidade, é um cimento refratário por excelência, 
empregado principalmente como cimento refratário. Não se fabrica esse produto no Brasil. 
 
Cimento natural: produto resultante do cozimento de rochas calcárias argilosas em temperaturas abaixo da 
fusão, cerca de 1000ºC, já não são fabricados em parte alguma. 
 
Índice de hidraulicidade de Vicat: é a relação entre as somas das porcentagens de materiais argilosos e a 
porcentagem de cal: 
 
Le Chatelier estabeleceu para proporção máxima do óxido de cálcio nos constituintes do cimento a seguinte 
relação: 
 
Limitando-se a presença de cal livre no produto acabado. O módulo hidráulico de Michaelis é uma relação 
semelhante ao índice de hidraulicidade de Vicat: 
 
EXERCÍCIOS 
1. Citar quais os compostos provenientes da fusão das matérias-primas para a fabricação do cimento 
Portland (clinker) e quais as suas principais propriedades. 
silicato tricálcico- (3CaO • SiO2 = C3 S); silicato bicálcico (2CaO • SiO2 = C2S); aluminato tricálcico (3CaO 
• Al2 O3 = C3A); ferro aluminato tetracálcico ( 4CaO · Al2 O3 • Fe2 O3 = C4A Fe) 
 
2. Quais as principais propriedades físicas de um cimento Portland? 
Densidade, finura, tempo de pega, pasta de cimento, resistência e exsudação 
 
3. Quais as categorias e tipos de cimento existentes no Brasil? 
 
4. Em que fase da fabricação do cimento Portland é adicionado gipsita, e com que finalidade? 
No momento da moagem, tem função de aumentar o tempo de pega. Máximo 4% 
 
5. Quais os principais cuidados que devem ser tomados na armazenagem, em obra, de cimento em 
sacos? 
As pilhas devem ter no máximo 10 sacos de altura, colocadas sobre estrados de 10 cm e as embalagens não 
devem ter contato com as paredes ou teto e cobertos com lona. 
 
6. Quais as principais propriedades da Pozolana utilizada como adição, em cimento Portland' 
Melhora a trabalhabilidade, diminui o calor de hidratação, aumenta a impermeabilidade, assim como a 
resistência aos ataques por águas sulfatadas, águas puras e águas do mar, diminui os riscos de reação álcali-
agregado, a eflorescência por percolação de água e, finalmente, os custos. 
 
7. Quais as principais propriedades de um cimento aluminoso? 
Ele atinge resistências espetaculares em pouco tempo, tem pega lenta, tem excelentes qualidades e resistência 
ao ataque de águas sulfatadas, mas, em outros meios considerados menos nocivos, são produzidas 
decomposições ainda mal explicadas. 
 
RESUMÃO 
A fabricação do cimento Portland baseia-se em três etapas fundamentais: 
1.Mistura e moagem da matéria-prima (calcários, margas e brita de rochas). 
2.Produção do clínquer (forno rotativo a 1400ºC + arrefecimento rápido). 
3.Moagem do clínquer e mistura com gesso. 
 
Em sentido amplo, pode-se resumir o processo de fabricação do cimento Portland nas seguintes fases: 
1° Extração das matérias primas (calcário,argila e gipsita); 
2° Britagem (calcário); 
4° Moagem do cru, matéria prima crua (calcário e argila - farinha de 0,15 mm); 
3° Dosagem (farinha de calcário e argila); 
5° Clinquerização; 
6° Esfriamento 
7° Adição final 
8° Moagem final (clinker + gipsita + outras substâncias); 
9° Ensacamento (Silos). 
 
Constituição do clinquer 
O clinquer de cimento Portland é constituído por: 
 
Óxido de cálcio (CaO) - 60 a 70% 
Sílica (SiO2) - 20 a 25% 
Alumina (Al2O3) - 2 a 9% 
Óxido de ferro III (Fe2O3) - 1 a 6% 
Óxido de magnésio (MgO) - 0 a 2% 
 
Transformações físico-químicas no forno 
Para determinadas temperaturas, durante a fase de produção do clínquer, existem várias alterações físico-
químicas na matéria-prima: 
T > 100ºC - evaporação da água livre 
100ºC < T < 450ºC - saída da água adsorvida 
700º < T < 900ºC - Formação de óxido de cálcio (vulgo cal) e óxido de magnésio 
T ≈ 1260ºC - fase líquida que resulta da combinação do óxido de cálcio com o óxido de alumínio e o óxido 
de ferro (III) 
1260ºC < T < 1450ºC - formação de alite