Masuela_FabioBlas_M

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo 
 
 
 
 
FÁBIO BLAS MASUELA 
 
 
 
 
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA 
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND COM 
ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE 
TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPINAS 
2016 
FÁBIO BLAS MASUELA 
 
 
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA 
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND COM 
ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE 
TÉRMICA 
 
 
 
Dissertação de mestrado apresentada a 
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura 
e Urbanismo da Universidade Estadual de 
Campinas como parte dos requisitos 
exigidos para obtenção do título de Mestre 
em Engenharia Civil, na área de 
Construção. 
 
 
Orientadora: Profª. Drª. Gladis Camarini 
 
 
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA 
DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO FÁBIO BLAS 
MASUELA E ORIENTADA PELA PROFª. DRª. GLADIS 
CAMARINI. 
 
 
ASSINATURA DA ORIENTADORA 
 
 
 
CAMPINAS 
2016 
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO 
 
 
 
ESTUDO DA ÁGUA NÃO EVAPORÁVEL NA HIDRATAÇÃO DO CIMENTO 
PORTLAND COM ESCÓRIA DE ALTO FORNO POR MEIO DE ANÁLISE 
TÉRMICA 
 
 
Fábio Blas Masuela 
 
 
 
Dissertação de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por: 
 
 
Profa. Dra. Gladis Camarini 
Presidente e Orientadora/FEC-UNICAMP 
 
 
Prof. Dr. Paulo José Rocha de Albuquerque 
FEC-UNICAMP 
 
 
Profa. Dra. Mônica Pinto Barbosa 
PUC-Campinas 
 
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se 
no processo de vida acadêmica do aluno. 
 
 
Campinas, 29 de Setembro de 2016
AGRADECIMENTOS 
 
A Deus, por mais esta oportunidade de aprendizado e crescimento pessoal. 
À minha orientadora Profa. Dra. Gladis Camarini, pela oportunidade de 
crescimento e aprendizado dados a mim, ampliando meu conhecimento e por ter 
contribuído muito pela ampliação do meu conhecimento. 
À Faculdade de Engenharia de Sorocaba, FACENS, ao Laboratório de 
Ensaios de Materiais (LEMAT) e aos alunos e funcionários, à Engª Karina Leonetti 
Lopes, à Engª Aline Heloá de Souza que contribuíram para a realização de diversas 
etapas deste trabalho. 
Ao Prof. Dr. José Antônio de Milito, Coordenador do curso de Engenharia Civil 
da Faculdade de Engenharia de Sorocaba, pelo apoio e incentivo, e por ser 
importante mediador para a realização deste trabalho. 
Ao Laboratório de Materiais de Construção (LMC), da Faculdade de 
Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) e ao Laboratório de Recursos 
Analíticos e de Calibração (LRAC) da Faculdade de Engenharia Química (FEQ), 
ambos da UNICAMP. 
A toda minha família, em especial aos meus pais, Ari e Sandra, pelo apoio, 
incentivo, amor e exemplo. 
À minha namorada Daiana, pelo apoio e força. 
Aos meus amigos e colegas pelo apoio, pelas conversas e risadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
O concreto de cimento Portland é um dos materiais mais utilizado no mundo. Neste 
aspecto é de interesse técnico conhecer os mecanismos da cinética de hidratação 
do cimento Portland, uma vez que, atualmente, o mercado consome cada vez mais 
cimento Portland com adições minerais. O presente trabalho teve por objetivo 
investigar a água não evaporável e o grau de hidratação do cimento Portland com 
adição de escória de alto forno em temperaturas de cura de 20 °C, 40 °C e 60°C em 
pastas e argamassas com relações água/cimento 0,3 e 0,5. Os cimentos utilizados 
foram CP II E, CP III e CP V ARI de dois fabricantes, avaliados nas idades de 7, 28 e 
90 dias. Para as pastas de cimento, foram realizados os ensaios de perda ao fogo a 
600 °C e a 1000 °C, e análise termogravimetrica, ambos para obtenção da água não 
evaporável do cimento Portland. Para as argamassas foram ensaiadas a resistência 
à compressão e permeabilidade ao ar. De acordo com os resultados obtidos, os 
cimentos Portland com adições de escória de alto-forno apresentaram velocidade de 
reação inferior aos demais cimentos; entretanto, quando submetidos à cura térmica, 
apresentaram maior resistência à compressão. A análise estatística mostrou que 
há pouca divergência entre os dois fabricantes e conclui-se que é possível 
determinar o grau de hidratação por meio do ensaio de perda ao fogo a 600 °C e a 
1000 °C. 
 
 
Palavras-chave: Grau de hidratação, Cimento Portland, Escória de Alto-forno, Cura 
Térmica, Água não Evaporável. 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The Portland cement concrete is one of the most commonly used material worldwide. 
In this sense, it is of technical interest to learn about the mechanisms of hydration 
kinetics of Portland cement, since the market is currently consuming more and more 
Portland cement with mineral additions. The purpose of this work was to investigate 
the contents of non-evaporable water and the degree of hydration of Portland cement 
with addition of blast furnace slag at curing temperatures of 20°C, 40°C and 60°C for 
pastes and mortars with water/cement ratios of 0.3 and 0.5. The CP II E, CP III and 
CP V ARI cements from two manufacturers were studied at the ages of 7, 28 and 90 
days. For cement pastes, the tests of loss on ignition were analyzed at 600°C and at 
1,000°C, as well as thermogravimetric analysis to get the non-evaporable water 
contents in Portland cement. For mortars, it were made compressive strength and air 
permeability tests. According to the obtained results, the speed of reaction of 
Portland cements with blast furnace slag additions was lower than that the ones 
without slag. However, when exposed to thermal curing, these cements have higher 
values of compressive strength. The statistical analysis has shown that there is little 
divergence between both manufacturers, and the conclusion is that it is possible to 
determine the degree of hydration by means of loss on ignition test at 600°C and at 
1,000°C. 
 
 
Keywords: Degree of hydration, Portland Cement, Blast Furnace Slag, Thermal 
Curing, Non-evaporable water. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURA 
 
Figura 2.1 – Ensaio de Calorimetria do C3S .............................................................. 25 
Figura 2.2 – Comparação do grau de hidratação entre o C3S e C2S em função do 
tempo..........................................................................................................................27 
Figura 2.3 – Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratação do cimento 
Portland .................................................................................................................... 31 
Figura 2.4 – A) CaO-Al2O3-SiO2 diagrama ternário de materiais do cimento. B) As 
fases dos hidratos do sistema CaO-Al2O3-SiO2 ........................................................ 33 
Figura 4.1 – Influência das condições de cura na resistência à compressão do 
concreto .................................................................................................................... 51 
Figura 5.1 – Abordagem experimental ...................................................................... 55 
Figura 5.2 – Aparelho de Vicat e as pastas em moldes com tampa .......................... 58 
Figura 5.3 – Esquema do tamanho das amostras ..................................................... 60 
Figura 5.4 – Esquema do aparelho de permeabilidade ao ar .................................... 61 
Figura 5.5 – Amostras de pasta na mufla .................................................................. 63 
Figura 5.6 – Analisador termogravimétrico ................................................................ 64 
Figura 6.1 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a 
600 °C e 1000 °C ...................................................................................................... 67 
Figura 6.2 - Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C para PF a 
600 °C e1000 °C ...................................................................................................... 68 
Figura 6.3 – Resultados de Wn de F1 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a 
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 69 
Figura 6.4 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 20 °C para PF a 
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 71 
Figura 6.5 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 40 °C para PF a 
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 72 
Figura 6.6 – Resultados de Wn de F2 aos 7 e 28 dias com cura a 60 °C para PF a 
600 °C e a 1000 °C ................................................................................................... 73 
Figura 6.7 – Gráfico de quantidade de F1=F2 x resultados dos ensaios de PF ........ 76 
Figura 6.8 – Resultados de TG aos 28 dias com cura a 40 °C ................................. 77 
Figura 6.9 – Comparação das técnicas de ensaio de TG e PF para os cimentos ..... 78 
Figura 6.10 – Resultados de "x" em função de Wn ................................................... 79 
Figura 6.11 – Resultado de resistência a compressão dos cimentos do Fabricante 1 
com relação a/c 0,3 ................................................................................................... 81 
Figura 6.12 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 1 
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 83 
Figura 6.13 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 2 
com relação a/c 0,3 ................................................................................................... 85 
Figura 6.14 – Resultado de resistência à compressão dos cimentos do Fabricante 2 
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 87 
Figura 6.15 – Resultado de Permeabilidade ao ar para os cimentos do Fabricante 1 
com relação a/c 0,5 ................................................................................................... 88 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 2.1 – Teores dos compostos do cimento Portland de alto-forno....................35 
Tabela 5.1 – Composição química dos cimentos Portland ....................................... .56 
Tabela 5.2 – Propriedades físicas dos cimentos Portland ........................................ .56 
Tabela 5.3 – Composição dos cimentos Portland conforme ABNT .......................... .57 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADROS 
 
Quadro 2.1 – Reações no processo de produção do clínquer .................................. 22 
Quadro 2.2 – Limites usuais de óxidos do Cimento Portland .................................... 22 
Quadro 2.3 – Compostos potenciais do Cimento Portland ....................................... 23 
Quadro 2.4 – Sequência da hidratação do C3S ......................................................... 26 
Quadro 3.1 – Transformação da pasta de cimento submetida a elevadas 
temperaturas ............................................................................................................. 44 
Quadro 3.2 – Comparativo entre região de transformação da pasta de cimento 
submetidos a elevadas temperaturas ........................................................................ 45 
Quadro 4.1 – Períodos mínimos de cura recomendados para concretos de cimento 
Portland ..................................................................................................................... 52 
Quadro 4.2 – Fatores de correção para os períodos mínimos de cura dos 
concretos ................................................................................................................... 52 
Quadro 5.1 – Pastas e temperatura de cura ............................................................. 58 
Quadro 5.2 – Corpos de prova do ensaio de permeabilidade ao ar .......................... 62 
Quadro 6.1 – Comparação das temperaturas de PF ................................................. 74 
Quadro 6.2 – Comparação entre os fabricantes ........................................................ 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIMBOLOS 
 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
água/cimento Relação água/cimento em massa 
Al2O3 Óxido de alumínio 
A Óxido de alumínio 
AFt Fase Etringita 
AFm Fase Monosulfato 
a/c Relação água/cimento (em massa) 
CO2 Dióxido de carbono (gás carbônico) 
CaO Óxido de cálcio 
C Óxido de cálcio 
CaCO3 Carbonato de Cálcio (Calcário) 
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio (portlandita) 
CH Hidróxido de cálcio (portlandita) 
Ca/Si Relação cálcio/silício 
CaSO4.2H2O Sulfato de cálcio di-hidratado (gipsita) 
C-S-H Silicato de cálcio hidratado 
C-A-S-H Silicato de cálcio hidratado com alumínio incorporado 
CP Cimento Portland 
CP II E Cimento Portland composto com escória de alto-forno 
CP III Cimento Portland com escória de alto-forno 
CP V ARI Cimento Portland de alta resistência inicial 
Fe2O3 Óxido de ferro 
F Óxido de ferro 
Fss Fase Ferrita 
F1 Fabricante 1 
F2 Fabricante 2 
LDH Região de desidratação 
LDX Região de desidroxilação 
LDC Região de descarbonatação 
MgO Óxido de magnésio 
M Óxido de magnésio 
PF Perda ao fogo 
SiO2 Óxido de silício 
S Óxido de silício 
SO3 Trióxido de enxofre 
S Enxofre 
H2O Água 
H Água 
TG Termogravimétrica 
t Tempo em dias 
UR Umidade relativa do ar 
3CaO.SiO2 Silicato tricálcico 
2CaO.SiO2 Silicato dicálcico 
3CaO.Al2O3 Aluminato tricálcio 
4CaO.Al2O3.Fe2O3 Ferroaluminatotetracálcico 
C3S Silicato tricálcico 
C2S Silicato dicálcico 
C3A Aluminato tricálcio 
C4AF Ferroaluminatotetracálcico 
Ca3Al2O6.3CaSO4.32H2O Etringita 
C6AS3H32 Etringita 
C4ASH18 Monosulfato 
Wn Água não evaporável obtida por ensaio 
Wn7 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 7 dias 
Wn28 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 28 dias 
Wn90 Água não evaporável obtida por ensaio na idade de 90 dias 
x Valor teórico de água não evaporável 
α Grau de hidratação 
ϴ Temperatura de cura 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 16 
1.1 Justificativa ....................................................................................................... 17 
1.2 Objetivo Geral .................................................................................................... 18 
1.3 Objetivos Específicos ...................................................................................... 18 
1.4 Delimitação ....................................................................................................... 19 
1.5 Estrutura do Trabalho ...................................................................................... 20 
2. CIMENTO PORTLAND ......................................................................................... 21 
2.1 Matérias-Primas, Produção e Compostos Potenciais .................................... 21 
2.2 Hidratação do Cimento Portland ...................................................................... 24 
2.2.1 Hidratação dos silicatos .................................................................................... 24 
2.2.2 Hidratação dos aluminatos ............................................................................... 28 
2.2.3 Desenvolvimento da microestrutura ................................................................. 29 
2.3 Cimento Portland com Adição Mineral ............................................................ 32 
2.3.1 Cimento Portland com escóriade alto-forno .................................................... 34 
3. GRAU DE HIDRATAÇÃO ..................................................................................... 37 
3.1 Influência da Composição Química do Cimento e Presença de Adições 
Minerais .................................................................................................................... 38 
3.2 Influência da Finura do Cimento ...................................................................... 39 
3.3 Influência da Relação Água/Cimento............................................................... 40 
3.4 Influência da Temperatura de Cura ................................................................. 42 
3.5 Determinação do Grau de Hidratação Por Meio de Técnicas Para 
Determinação da Água Não Evaporável ................................................................ 43 
4. CURA .................................................................................................................... 49 
4.1 Cura Úmida ........................................................................................................ 50 
4.2 Cura Térmica ..................................................................................................... 53 
5. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 55 
5.1 Materiais ............................................................................................................. 56 
5.1.1 Misturas experimentais e cura .......................................................................... 57 
5.2 Métodos de Ensaios .......................................................................................... 59 
5.2.1 Resistência à compressão ............................................................................... 59 
5.2.2 Permeabilidade ao ar ....................................................................................... 59 
5.2.3 Perda ao fogo ................................................................................................... 62 
5.2.4 Análise termogravimétrica ................................................................................ 63 
5.2.5 Determinação da água não evaporável teórica ("x") ........................................ 64 
5.3 Análise Estatística ............................................................................................. 65 
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 66 
6.1 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Perda ao Fogo .................... 66 
6.1.1 Fabricante 1 ..................................................................................................... 66 
6.1.2 Fabricante 2 ..................................................................................................... 70 
6.1.3 Comparação entre as temperaturas de perda ao fogo a 600 °C a 1000 °C ..... 74 
6.1.4 Comparação entre os fabricantes .................................................................... 75 
6.2 Análise da Água Não Evaporável no Ensaio de Termogravimetria .............. 77 
6.3 Água Não Evaporável Teórica ("x") / Grau de Hidratação ............................. 79 
6.4 Resistência à Compressão ............................................................................... 80 
6.4.1 Fabricante 1 - a/c 0,3........................................................................................ 80 
6.4.2 Fabricante 1 - a/c 0,5........................................................................................ 82 
6.4.3 Fabricante 2 - a/c 0,3........................................................................................ 84 
6.4.4 Fabricante 2 - a/c 0,5........................................................................................ 86 
6.5 Permeabilidade ao Ar da Argamassa .............................................................. 88 
7. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 90 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 93 
APÊNDICE ............................................................................................................. 101 
Apêndice A ............................................................................................................ 102 
Apêndice B ............................................................................................................. 105 
Apêndice C ............................................................................................................. 107 
Apêndice D ............................................................................................................. 109 
Apêndice E ............................................................................................................. 111 
Apêndice F ............................................................................................................. 113 
Apêndice G ............................................................................................................ 116 
Apêndice H ............................................................................................................. 118 
Apêndice I .............................................................................................................. 123 
 
 
 
 
 
16 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O conhecimento das propriedades do cimento é de fundamental 
importância para compreender os mecanismos de hidratação, a fim de que se 
desenvolvam novos produtos que proporcionem redução do impacto ambiental e 
melhor qualidade (SCRIVENER; NONAT, 2011). 
A construção civil consome grande quantidade de recursos naturais, 
sendo o concreto o maior responsável desta indústria por isso. O cimento utilizado 
no concreto libera aproximadamente 1t de CO2 por tonelada de clínquer produzido, 
assim contribui em torno de 6% do total de CO2 emitido anualmente na atmosfera 
(ISAIA; GASTALDINI, 2004). 
O gás CO2 é o principal causador do efeito estufa que contribui para o 
aquecimento do planeta. Para amenizar a emissão desse gás é crescente o estudo 
de adição mineral em cimentos para concreto e argamassa. Estes materiais 
proporcionam uma redução de emissão de CO2 por tonelada de material cimentício 
por se tratar de um processo que gasta menos energia, além de ser um meio de 
utilizar subprodutos de outros processos industriais (LOTHENBACH et al., 2011). 
O uso de adições minerais em cimentos é grande, em especial a escória 
de alto-forno. A escória de alto-forno no passado já representou um custo para a 
indústria siderúrgica, uma vez que era necessário realizar o descarte desse material. 
No entanto, com o avanço dos estudos (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; CAMARINI, 
1995; CHEN, 2007; LOTHENBACH et al., 2011; SAJEDI; RAZAK, 2011; KOLANI et 
al., 2012), a escória se tornou um importante insumo na indústria cimenteira, 
utilizado como adição ao cimento Portland proporcionando resultados satisfatórios 
de resistência mecânica e durabilidade. 
Apesar de a escória de alto-forno melhorar as propriedades mecânicas e 
a durabilidade do cimento, seu uso deve ser criterioso pois tais características são 
desenvolvidas lentamente. Para isso, o emprego da cura térmica vem se 
consolidando para acelerar a reação de hidratação para cimento Portland com 
escória de alto forno (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al., 2005; 
CAMARINI, 2011). 
17 
 
A escória de alto forno não pode interferir na qualidade do cimento 
Portland em diferentes fabricantes a fim de não apresentar divergências nos 
produtos finais. Tais divergências dos resultados podem ocorrer por influência da 
composição química, finura, relação a/c e temperatura de cura. 
Uma forma eficiente de analisar às influências do grau de hidratação do 
cimento Portland é estudar a quantidadede água não evaporável por meio de 
análises térmicas (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON, 2000; AMEN, 2011; 
NARMLUK; NAWA, 2011). É importante que as técnicas para controle da qualidade 
dos produtos hidratados sejam rápidas e eficientes para que o andamento das obras 
não dependa desses resultados. 
O respeito às normas de projetos, execução e manutenção das estruturas 
de concreto devem ser levadas em conta (HANAI, 2005). Desta forma, o mercado 
consumidor espera novas tecnologias do cimento e que as construções apresentem 
desempenho durável com longo período de vida útil (SCRIVENER; KIRKPATRICK, 
2008). 
 
 
1.1 Justificativa 
 
O interesse em estudar a hidratação do cimento abrange tanto o campo 
acadêmico como o prático. Do ponto de vista acadêmico há uma busca pelo 
entendimento de fenômenos químicos e microestruturais que influenciam na 
hidratação do cimento, pois estas características são complexas e interdependentes. 
O prático é pelo crescente consumo de cimentos com adições minerais motivados 
pela busca de materiais sustentáveis, econômicos e principalmente duráveis. 
A escolha do tema foi motivada pela importância que o cimento Portland 
com escória de alto-forno proporciona na durabilidade das construções, além de 
estar associado aos aspectos de sustentabilidade. A suspeita de divergência da 
qualidade de cimento Portland de diferentes fabricantes também motivou este 
estudo. Divergência entre fabricantes que podem ser influenciada pela composição 
química dos cimentos, finura, relação a/c e temperatura de cura. 
Para este trabalho foram selecionados três cimentos, de dois fabricantes, 
foi para verificar a influência da quantidade de escória de alto forno no cimento 
Portland. Assim, foram utilizados cimentos com diferentes quantidades de escória: o 
18 
 
cimento CP V é o cimento sem adição, o CP II E é o cimento com quantidade 
intermediária e o CP III o cimento com maior teor de escória de alto forno. 
A relação a/c 0,3 refere-se aos valores mínimos necessários para 
hidratação da pasta de consistência normal e a relação a/c 0,5 representa o valor 
comum utilizado na produção do concreto. Além das relações a/c, a escolha de três 
temperaturas de cura para simular ambientes distintos de utilização. Temperatura de 
cura a 20 °C como temperatura ambiente normal, 40 °C para simular temperatura 
presente em dias de sol nas obras brasileiras e 60 °C a fim de verificar a técnica de 
cura térmica, além de ser possível tais temperaturas atingirem os materiais em sua 
execução. 
As influências no desenvolvimento da hidratação podem ser comparadas 
e identificadas na determinação do grau de hidratação. Para isto, foi escolhida a 
técnica de perda ao fogo a 600 °C e a 1000 °C para obtenção da água não 
evaporável e consequentemente o grau de hidratação. 
 
 
1.2 Objetivo Geral 
 
O objetivo deste trabalho experimental foi comparar as influências na 
água não evaporável para determinar o grau de hidratação do cimento Portland com 
escória de alto forno por meio de análises térmicas. 
 
 
1.3 Objetivos Específicos 
 
a) Avaliar as propriedades físicas e mecânicas das pastas e argamassas, 
para as relações água/cimento de 0,3 e 0,5; 
 
b) Analisar os valores de água não evaporável por meio de ensaios de 
determinação de perda ao fogo a 600 °C e a 1000 °C, e também com 
ensaios de termogravimetria; 
 
19 
 
c) Comparar os resultados de água não evaporável entre as idades, as 
temperaturas de perda ao fogo, as relações a/c, as temperaturas de cura e 
os diferentes cimentos de dois fabricantes; 
 
d) Avaliar a eficiência do ensaio de perda ao fogo a 600 °C em relação a 
perda ao fogo a 1000 °C e a termogravimetria; 
 
e) Avaliar as diferenças do grau de hidratação existentes entre os mesmos 
tipos de cimento produzidos por diferentes fabricantes. 
 
 
1.4 Delimitação 
 
Para a realização do trabalho, escolheu-se três tipos de cimento de dois 
fabricantes. O cimento CP V - ARI (CP V) como cimento de referência, ou seja, sem 
adição de escória de alto-forno. O cimento CP II - E 40 (CP II E) por limitar sua 
adição de escória em 34% de sua massa, e o cimento CP III 40 RS (CP III) por ter 
até 70% de escória de alto-forno. Todos estes cimentos são usualmente utilizados 
nas construções. 
Avaliou-se a água não evaporável por meio dos ensaios de perda ao fogo 
para pastas de cimento nas idades de 7 e 28 dias. Para corroborar com este ensaio, 
foi realizado o ensaio de termogravimetria para um tipo de pasta para os três 
cimentos na idade de 28 dias. 
O trabalho limitou-se às relações a/c de 0,3 e 0,5 para as pastas e 
argamassas para os três cimentos dos dois fabricantes. 
 As pastas foram utilizadas para os ensaios de perda ao fogo e 
termogravimetria, e as argamassas de resistência à compressão e permeabilidade. 
Para todos os casos, pastas e argamassas foram ensaiadas em 
recipientes fechados e expostos em temperatura de cura de 20 °C, 40 °C e 60 °C 
por vinte e quatro horas, após inicio da pega. Passado este processo, as amostras 
permaneceram em câmera úmida até a data dos ensaios. 
 
 
 
20 
 
1.5 Estrutura do Trabalho 
 
Este trabalho inicia-se com a Introdução (Capítulo 1), onde foram 
apresentadas as considerações iniciais, a justificativa, os objetivos e a delimitação 
para realização do trabalho. 
No Capítulo 2, é feita uma revisão sobre o Cimento Portland, a matéria 
prima para sua produção, o processo de produção, seus compostos potenciais e seu 
mecanismo de hidratação. Também é apresentado o desenvolvimento da hidratação 
para o Cimento Portland com escória de alto-forno. 
O Capítulo 3 aborda os aspectos do grau de hidratação do Cimento 
Portland, desde fatores que influenciam o grau de hidratação até as técnicas para 
determinação do mesmo. 
No Capítulo 4, encerram-se os capítulos da revisão da literatura 
descrevendo sobre o processo de cura para hidratação do Cimento Portland. São 
apresentados os tipos de cura e a importância de se conhecer as técnicas de cura 
úmida e térmica. 
No Capítulo 5, apresenta-se a metodologia empregada para avaliação 
das propriedades dos diferentes tipos de Cimento Portland, descrição dos métodos 
de ensaio, procedimentos e equipamentos que foram utilizados durante a realização 
desta pesquisa. 
No Capítulo 6, são discutidos e analisados os resultados experimentais 
dos ensaios realizados de PF, TG, resistência à compressão e permeabilidade ao ar. 
Essas propriedades são avaliadas em função da relação a/c, temperatura de cura, 
teor de escória e idade de hidratação, para os dois fabricantes, F1 e F2, além de 
serem realizadas comparações entre elas. Por meio de análise estatística é feita a 
comparação entre os cimentos dos dois fabricantes, e também a relação entre as 
técnicas de PF e TG para determinar o grau de hidratação. 
No Capítulo 7, são apresentadas as conclusões. 
21 
 
 
2. CIMENTO PORTLAND 
 
A indústria cimenteira no Brasil inicia-se no começo do século XX com 
uma pequena produção que com o passar do tempo foi se consolidando e tornou-se 
importante para a economia do pais. Nos anos 70 a indústria foi impulsionada ao 
crescimento em um cenário conhecido como “milagre econômico”, na qual triplicou a 
produção do cimento neste período. Um novo ciclo de crescimento é registrado a 
partir do ano de 2004 até 2013, tornando o Brasil o sexto maior produtor e o quarto 
maior consumidor de cimento no mundo (KIHARA; VISEDO, 2014). 
 
 
2.1 Matérias-Primas, Produção e Compostos Potenciais 
 
O cimento Portland é um aglomerante hidráulico produzido por meio da 
calcinação da mistura do calcário e argila, ou outros materiais similares e 
suficientemente reativos, a uma temperatura de 1450 °C (TAYLOR, 1990). O 
Calcário (CaCO3) é a fonte de óxido de cálcio do cimento. A argila é a fonte de sílica 
(SiO2), óxido de alumínio (Al2O3) e óxidos ferrosos (Fe2O3), sendo estas as principaismatérias primas do cimento (RAMACHANDRAN, 2002). Esses materiais moídos e 
calcinados sofrem uma fusão incipiente formando um novo material conhecido como 
clínquer (NEVILLE, 1997). 
Na produção do clínquer ocorrem as seguintes reações e transformações 
conforme Quadro 2.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
Quadro 2.1 - Reações no processo de produção do clínquer 
Temperatura Reações / Transformações 
100 °C Liberação de água livre 
750 °C Zona de pré-aquecimento: Liberação de água fortemente ligada a argila 
750 °C -1000 °C Zona de calcinação: Dissociação do carbonato de cálcio 
1000 °C - 1450 
°C 
Fusão parcial da mistura: Formação do silicato tricálcico e silicato 
dicálcico do clínquer 
1450 °C - 1300 
°C 
Zona de esfriamento: Formação do aluminato tricálcico e ferroaluminato 
tetracálcico 
Fonte: Adaptado de Ramachandran, 2002. 
 
No final do processo de produção do cimento Portland, após o 
resfriamento, ocorre a moagem do clínquer em partículas menores que 75 μm 
misturado com até 5% de gipsita com a finalidade de controle inicial da pega do 
cimento Portland (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Um fator tão importante quanto as 
proporções dos compostos presentes no clínquer é a finura do cimento Portland. 
Normalmente, quanto mais fino o cimento, mais rápidas as reações. Admite-se que 
partículas maiores que 45μm são difíceis de hidratar e partículas maiores que 75μm 
nunca se hidratam completamente (MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
As abreviações apresentadas no Quadro 2.2 são de uso particular no 
estudo da química do cimento. Conhecida a porcentagem dos óxidos do cimento 
(Quadro 2.2), é possível estimar a quantidade de compostos do cimento Portland 
através das equações de Bogue (MEHTA; MONTEIRO, 2008). O Quadro 2.2 a 
seguir apresenta os limites usuais de óxidos do cimento Portland. 
 
Quadro 2.2 - Limites usuais de óxidos do Cimentos Portland 
Óxidos Abreviação Teor (%) 
CaO C 60 – 67 
SiO2 S 17 - 25 
Al2O3 A 3 - 8 
Fe2O3 F 0,5 – 0,6 
MgO M 0,5 – 4,0 
SO3 
S 2,0 – 3,5 
Fonte: Neville,1997. 
 
23 
 
O clínquer é formado por novos compostos denominados de compostos 
potenciais. são eles: Silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato 
tricálcico (C3A) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF) (Quadro 2.3) (LEA, 2004). Há 
no clínquer outros compostos (óxidos de magnésio, óxidos de cálcio, compostos 
alcalinos e sulfatos), mas em menor quantidade. Essa ocorrência, muitas vezes, se 
dá devido à presença de impurezas dos principais constituintes ou pela 
transformação indevida em alguma etapa da produção do clínquer 
(RAMACHANDRAN, 2002). 
 
Quadro 2.3 - Compostos Potenciais do Cimento Portland 
Nome do Composto 
Composição em 
óxidos 
Abreviação 
Massa 
cimento (%) 
Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S 50 - 70 
Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S 15 - 30 
Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A 5 - 10 
Ferroaluminatotetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 5 - 15 
Fonte: Lea, 2004. 
 
O C3S, também conhecido como Alita, é o composto mais importante de 
todos no clínquer do cimento Portland. Este reage relativamente rápido com a água 
e é o principal responsável pela resistência durante as quatro primeiras semanas 
(NEVILLE; BROOKS, 2013). 
O C2S, conhecido como Belita, reage lentamente com a água, 
contribuindo pouco para o desenvolvimento da resistência durante os primeiros 28 
dias, mas contribui consideravelmente para o aumento da resistência em idades 
mais avançadas. Após um ano, as resistências obtidas pela Alita e Belita podem ser 
comparáveis (TAYLOR, 1990). 
O Aluminato tricálcico (C3A) reage rapidamente com a água e pode 
causar características indesejáveis ao produto hidratado. Para que isso não ocorra é 
adicionado a gipsita para manter o controle da pega (LEA, 2004). 
O Ferroaluminatotetracálcico (C4AF) reage com a água e apresenta 
característica variável, devido às diferenças de composições (TAYLOR, 1990). 
 
 
24 
 
2.2 Hidratação do Cimento Portland 
 
A hidratação do cimento Portland ocorre quando um composto anidro é 
misturado com água. Os produtos hidratados deverão atender às necessidades de 
engenharia, tais como resistência mecânica e estabilidade de volume (JUILLAND, 
2009). A reação dos constituintes do cimento Portland com a água (hidratação) está 
associada com mudanças químicas, físicas e mecânicas do material em estágios de 
início da pega e endurecimento (LEA, 2004). 
Os principais produtos provenientes da hidratação são os silicatos de 
cálcio e aluminato hidratados. Os aluminatos hidratam mais rapidamente em vista 
dos silicatos (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Segundo Mehta e Monteiro (2008), 
devido à rápida reação dos aluminatos, os mesmos são responsáveis pelo 
enrijecimento e pela pega. Já os silicatos, que correspondem a 75% do clínquer, 
influenciam na característica de resistência mecânica do cimento. 
Em contato com ar úmido, o cimento Portland pode iniciar sua hidratação 
parcial, enquanto que, para sua completa hidratação, é necessária uma quantidade 
suficiente de água (LEA, 2004). Esta quantidade de água misturada ao cimento 
forma a pasta, onde ocorre a pega e o endurecimento (TAYLOR, 1990). 
A pega refere-se a uma perda súbita de plasticidade original em poucas 
horas sem o desenvolvimento expressivo de resistência mecânica (LEA, 2004), 
enquanto que o endurecimento trata-se do ganho de resistência à compressão do 
material em um processo lento e continuo até quando houver material anidro e água 
para as reações (TAYLOR, 1990). 
 
 
2.2.1 Hidratação dos Silicatos 
 
Os silicatos do cimento Portland, C3S e C2S produzem, na hidratação, 
silicatos de cálcio hidratados estruturalmente semelhantes. Porém, as relações 
cálcio/sílica e o teor de água quimicamente combinadas são desproporcionais entre 
as reações dos silicatos com a água. Assim, apresentarão diferenças pós-hidratação 
quanto à suas características físicas (MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
25 
 
A reação do C3S é bem complexa, mas pode ser resumida (Equação 2.1) 
e sua melhor compreensão pode ocorrer por meio da análise do ensaio de 
calorimetria (Figura 2.1). 
 
 (2.1) 
 
A hidratação do C3S é exclusivamente exotérmica, sua curva de 
calorimetria (Figura 2.1) é dividida em cinco fases, que representam as etapas da 
velocidade de reação (GARTNER et al., 2002). A duração de cada etapa varia em 
função das características físicas e químicas do composto. 
 
Figura 2.1 – Ensaio de Calorimetria do C3S 
 
Fonte: Adaptado de GARTNER et al., 2002. 
 
As fases 0 e I são conhecidas como o período de pré indução, ou fase 
inicial, ocorrem imediatamente quando há o contato do C3S com a água, havendo 
uma intensa liberação de calor com duração de poucos minutos (LEA, 2004). A 
elevada atividade é atribuída à dissolução do C3S na água (BISHNOI; SCRIVENER, 
2009). Esta rápida evolução pode durar entre 15 a 20 minutos (RAMACHANDRAN, 
2002). 
A fase II, chamada de período de indução, apresenta o mínimo da curva 
de calor, com início do crescimento do C-S-H (GARTNER et al., 2002). Este período 
é conhecido como período de dormência e pode levar algumas horas, nesta fase o 
cimento permanece plástico com boa trabalhabilidade (RAMACHANDRAN, 2002). 
26 
 
Este período é de extrema importância prática nos canteiros de obra, pois 
proporciona um tempo para que o concreto ou argamassa sejam transportados e 
lançados antes de endurecer (SCRIVENER; NONAT, 2011). 
Na fase III, a reação de hidratação acontece de forma ativa, chegando ao 
ápice da curva de calor, este período é definido de aceleração (RAMACHANDRAN, 
2002). Ocorrem a nucleação e o crescimento do C-S-H (BULLARD et al., 2011). 
Após atingir a velocidade máxima de hidratação, inicia-se um período de 
desaceleração (fase IV) de forma gradual, desta maneira, o C3S que não reagiu 
passa a ser consumido gradualmente (LEA, 2004). A transição da fase IV e V 
representa a redução da taxa do grau de hidratação, este declínioé constante e 
lento, e pode levar anos (GARTNER et al., 2002). A sequência de hidratação do C3S 
pode ser verificada no Quadro 2.4 a seguir: 
 
Quadro 2.4 - Sequência da hidratação do C3S 
Fases das 
reações 
Correspondentes 
fases na produção 
do concreto 
Processo químico 
0. Reação rápida 
inicial 
Primeiro contato com 
a água 
Hidrólise de superfície e 
liberação de íons em 
solução 
I. Primeira 
desaceleração 
Mistura 
Formação de C3S, 
retardando a dissolução 
II. Período de 
indução 
Transporte e 
lançamento 
Retardo da 
Nucleação dos hidratos 
finais; consumo lento de 
"retardadores" 
III. Período de 
aceleração 
Pega, início da cura 
Crescimento acelerado 
dos principais produtos 
de hidratação 
IV. Segunda 
desaceleração 
Cura, desforma 
Crescimento contínuo 
dos produtos de 
hidratação em grandes 
espaços vazios 
V Reação final 
lenta 
Endurecimento lento 
e contínuo, enquanto 
a cura úmida 
continua 
Densificação gradual da 
microestrutura em torno 
do C3S residual não 
hidratado; 
recristalização do CH 
Fonte: Adaptado de GARTNER et al., 2002. 
 
O C3S hidrata a uma velocidade maior que o C2S. Na presença da gipsita, 
o C3S começa a hidratar após uma hora da adição de água ao cimento. Este 
contribui para o final da pega e início da resistência da pasta. A gipsita tem o 
27 
 
objetivo de retardar a hidratação dos aluminatos e, em contrapartida, há uma 
aceleração na hidratação do C3S (MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
Da mesma forma que no processo de hidratação do C3S, existem 
incertezas envolvidas na determinação da estequiometria da fase C-S-H encontrada 
na hidratação do C2S (Equação 2.2) (RAMACHANDRAN, 2002; MEHTA; 
MONTEIRO, 2008). 
 
 (2.2) 
 
A quantidade de CH formado nesta reação é menor do que a produzida 
na hidratação do C3S (Equação 2.1). O C2S reage mais lentamente do que o C3S, a 
diferença no grau de hidratação entre os dois compostos podem ser visto na Figura 
2.2, nota-se que o C3S é muito mais reativo que o C2S (RAMACHANDRAN, 2002). 
 
Figura 2.2 – Comparação do grau de hidratação entre C3S e C2S em função do 
tempo 
 
 Fonte: Adaptado de RAMACHANDRAN, 2002. 
 
Continuando a comparação entre os dois silicatos, é possível dividir as 
mesmas seis fases do C3S (Figura 2.1) para o C2S. As Fases 0 e I são semelhantes, 
28 
 
sugerindo que o processo de liberação de calor ocorre ao primeiro contato com a 
água, e início do primeiro período de desaceleração (GARTNER et al., 2002). 
O período de indução do C2S é maior, começando na fase II e 
estendendo-se até a III, podendo durar de 9h a 20 dias. Esta extensa fase III faz 
com que os períodos das fases III a V sejam diferentes entre os silicatos, com 
formação do C-S-H em idades mais avançadas (GARTNER et al., 2002). 
 
 
2.2.2 Hidratação dos Aluminatos 
 
Na maioria dos cimentos, os aluminatos tricálcicos (C3A) presentes se 
encontram em menor quantidade em vista de outros compostos, cerca de 4 a 11% 
(RAMACHANDRAN, 2002). Porém, sua estrutura e comportamento no cimento são 
aspectos importantes a serem estudados (NEVILLE, 1997). 
A reação do C3A puro com a água é rápida. Com grande liberação de 
calor, formam-se imediatamente hidratos cristalinos, tais como C3AH6, C4AH9 e 
C2AH8 (LEA, 2004). Para que se tenha utilidade na construção civil, essa reação 
rápida precisa ser desacelerada de alguma forma. Normalmente, tem-se esse 
retardo com a presença de gipsita (CaSO4.2H2O) e, desta maneira, as reações de 
hidratação do C3A individual não têm a mesma importância quanto a desse material 
junto à gipsita (RAMACHANDRAN, 2002). 
O C3A tem pouca influência na resistência do cimento Portland e a sua 
presença pode ser considerada indesejável. Entretanto, esse composto é importante 
na fabricação do cimento Portland, uma vez que ele atua no forno como fundente, 
reduzindo a temperatura de calcinação do clínquer e facilitando a combinação da cal 
com a sílica (NEVILLE, 1997). 
Os produtos da hidratação do C3A são o trissulfoaluminato de cálcio 
hidratado ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado (RAMACHANDRAN, 2002). 
O primeiro a se cristalizar é a etringita (C6AS3H32), em forma de agulhas prismáticas. 
Em seguida, forma-se o monossulfaluminato de cálcio (C4ASH18), cristaliza-se como 
placas hexagonais delgadas (LEA, 2004). 
Nas reações do cimento Portland, é conveniente verificar o C3A em 
conjunto com o C4AF, pois os produtos formados pelos dois, quando reagem com a 
água e na presença de sulfatos, são estruturalmente semelhantes. Um exemplo da 
29 
 
reação do C4AF com sulfato na hidratação são os produtos C6A(F)S3H32 ou 
C4A(F)SH18, que têm estrutura similar à etringita e ao monossulfoaluminato, 
respectivamente, apesar de terem composições químicas diferentes (MEHTA; 
MONTEIRO, 2008). 
 
 
2.2.3 Desenvolvimento da Microestrutura 
 
As características da microestrutura das pastas de cimento têm muitas 
semelhanças com as pastas de C3S. Assim, é conveniente considerar o processo 
em início, meio e final do período de hidratação (TAYLOR, 1990). A razão de se 
estudar o C3S está no fato de que esse constituinte representa a maior parte do 
cimento Portland, como visto anteriormente (RAMACHANDRAN et al., 2002). 
O C3S tende a dominar o período de hidratação inicial que corresponde 
ao desenvolvimento de resistência, pois é o principal componente pela formação de 
silicato de cálcio hidratado (C-S-H), o principal produto da hidratação (BULLARD et 
al., 2011). A Figura 2.3 representa o desenvolvimento da microestrutura de um grão 
de cimento elaborado por Scrivener (1984 apud Juilland, 2009). 
Nos instantes iniciais (Figura 2.3 a), os aluminatos (C3A) reagem com a 
gipsita, assim formando um gel amorfo na superfície do grão do cimento, e então 
começam a formar os cristais de etringita (TAYLOR, 1990). Neste período, acontece 
uma rápida reação exotérmica do C3S com a água, e o calor é liberado pela 
dissolução do C3S (BULLARD et al., 2011). 
Em seguida ao instante inicial (Figura 2.3 b), a hidratação desacelera e 
começa o período de indução (TAYLOR, 1990). Esta desaceleração é causada pela 
rápida formação de uma camada fina, porém contínua e metaestável de uma fase de 
silicato de cálcio hidratado chamado de C-S-H(m), que bloqueia a superfície 
restringindo o seu acesso à água ou limitando a difusão ao separar os íons internos 
com a superfície (JENNINGS; PRATT, 1979). A hipótese de barreira metaestável 
implica que o hidrato metaestável isola a alita subjacente a partir da solução que, em 
seguida, entra em equilíbrio com o hidrato. 
Há outro ponto de vista, no qual se forma uma camada de íons hidroxila 
na superfície do C3S em contato com a água. Desta forma, a dissolução dos íons a 
partir desta camada ocorre mais lentamente em vista do esperado para um mineral 
30 
 
com solução altamente subsaturada (BARRET; MÉNÉTRIER, 1980; BARRET et al., 
1983). 
Garrault-Gauffinet e Nonat (1999) acrescentam que as reações iniciais 
são baseadas em um equilíbrio de estado estacionário entre dissolução lenta de C3S 
e crescimento inicialmente lento do C-S-H. De acordo com estes autores, a 
superfície do C3S tem uma solubilidade aparente menor do que a esperada para o 
mesmo, e a taxa de dissolução decresce muito rapidamente quando aumenta a 
concentração do hidróxido de cálcio. Quando forma uma solução de supersaturação, 
o C-S-H nucleia-se rapidamente em superfície de C3S e começa a crescer 
lentamente devido a pequena área de superfície inicial. O crescimento de C-S-H 
diminui a concentração de silicato na solução e, assim, aumenta a razão Ca/Si na 
solução. Dentro de minutos é estabelecida uma solução supersaturada para o C-S-H 
e subsaturada para o C3S. 
31 
 
Figura 2.3 – Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratação do cimento Portland 
 
Fonte: Adaptado de Scrivener, 1984 apud Juilland, 2009. 
 
 
32 
 
Bullard et al. (2011) complementam afirmandoque a desaceleração na 
superfície do C3S encontra-se coberto de forma significativa com C-S-H precipitado, 
de modo que a taxa de dissolução por unidade de área pode ser rápida, porém, no 
geral, a taxa de dissolução é baixa. 
Após o período indução, da ordem de três horas, inicia-se uma nova 
reação acelerada (Figura 2.3 c), com o desenvolvimento do C-S-H (ALLEN et al., 
1987; TAYLOR, 1990; JENNINGS et al., 2007). Ao final do período de aceleração 
(Figura 2.3 d), o C3S produz um gel externo de C-S-H, crescendo a partir das hastes 
de etringita e não diretamente das partículas de C3S. Portanto, na fase inicial da 
reação, os íons de silicato devem migrar através dos aluminatos e compostos ricos 
em ferro para formar o C-S-H (TAYLOR, 1990). 
No período de desaceleração (Figura 2.3 e), o C3A continua a reagir com 
a gipsita, formando os bastões de etringita. A malha de etringita e o C-S-H formam 
uma camada hidratante a 1μm da superfície do C3S anidro. Dentro desta camada, 
forma-se uma pequena quantidade de “C3S interno”, próximo à superfície dos grãos 
de C3S, diminuindo a distância de 1μm entre a camada hidratante e o C3S anidro 
(TAYLOR, 1990). 
Após 15 dias de hidratação (Figura 2.3 f), a distância entre a camada 
hidratante e o grão de C3S é completamente preenchida com C-S-H, e o “C-S-H 
externo” torna-se mais fibroso (TAYLOR,1990). 
 
 
2.3 Cimento Portland com Adição Mineral 
 
O uso de adições minerais em cimentos para concreto e argamassa é 
amplamente utilizado atualmente. O uso de tais materiais leva a uma redução de 
emissão de CO2 por tonelada de material cimentício por se tratar de um processo 
que gasta menos energia, além de ser um meio de utilizar subprodutos de outros 
processos industriais (LOTHENBACH et al., 2011). 
A Figura 2.4 A apresenta um diagrama dos compostos do cimento. Nesta 
Figura os diferentes tipos de cimento dentro do diagrama ficam posicionados em 
função do percentual de massa dos principais composto que representa o ternário 
de CaO-Al2O3-SiO2. Nela pode-se constatar que os cimentos com adições minerais 
geralmente apresentam uma característica química com teor de cálcio (vértice 
33 
 
inferior esquerdo do triângulo) menor que o cimento Portland sem adições. A 
resistência e a durabilidade do produto hidratado sofrerão influência por parte 
dessas adições (SCRIVENER; NONAT, 2011). 
A Figura 2.4 B mostra esquematicamente as fases dos hidratos formados 
no sistema CaO-SiO2-Al2O3. Uma característica importante desse diagrama 
apresenta às possibilidades de formação de C-S-H no cimento, sendo a fase mais 
importante do cimento hidratado (LOTHENBACH et al., 2011). 
 
Figura 2.4 – A) CaO-Al2O3-SiO2 diagrama ternário de materiais do cimento. B) As 
fases dos hidratos do sistema CaO-Al2O3-SiO2 
 
 
 
Fonte: Adaptado de Lothenbach et al., 2011. 
 
O silicato de cálcio hidratado de cimentos Portland com adições é 
diferente quando comparado com o cimento Portland comum (LOTHENBACH et al., 
2011). Em estruturas de C-S-H que incorporam o alumínio (C-A-S-H), uma estrutura 
semelhante à tobermorita é mantida. Os limites apresentados na Figura 2.4 são uma 
34 
 
aproximação das possíveis soluções, principalmente a incorporação de alumina, 
sendo que estas não são muito bem conhecidas (LOTHENBACH et al., 2011). 
Os cimentos Portland com adições minerais têm a hidratação mais lenta 
comparada ao cimento convencional, isto porque as adições minerais reagem com o 
hidróxido de cálcio (reação pozolânica) (METHA; MONTEIRO, 2008). Inicialmente, 
essa reação é lenta, pois a falta de disponibilidade de hidróxido de cálcio reduz a 
velocidade de hidratação, uma vez que a reação da adição mineral depende da 
concentração de hidróxido de cálcio (MOSTAFA; BROWN, 2005). A reação consome 
os óxidos de cálcio ao invés de produzi-los, colaborando com a durabilidade 
(DITTRICH et al., 2014). Além disso, a finura das adições realiza o preenchimento 
dos poros (efeito fíler) contribuindo com a resistência e a impermeabilidade do 
produto hidratado (METHA; MONTEIRO, 2008). 
 
 
2.3.1 Cimento Portland com Escória de Alto-Forno 
 
A escória de alto-forno é um resíduo não metálico proveniente da 
produção do ferro-gusa. O ferro-gusa é produzido em altos-fornos de unidades 
industriais, nas quais se separam as impurezas dos óxidos contidos nos minerais de 
ferro. As escórias se formam pela fusão das impurezas do minério de ferro, 
juntamente com a adição de fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas do coque. 
Em seguida, as impurezas são resfriadas e irão formar o que é conhecido como 
escória de alto-forno (KIHARA; CENTURIONI, 2005). 
O resfriamento das escórias de alto forno pode ser brusco ou lento. O 
resfriamento lento irá formar fases cristalinas nas escórias e, assim, perderão suas 
propriedades cimentantes (MARTINS, 2001). Quando o resfriamento ocorre 
bruscamente, com água fria ao sair do alto-forno, não há tempo suficiente para a 
formação dos cristais, resultando em um material predominantemente amorfo e 
potencialmente reativo. Assim, são moídos para aumentar a reatividade e ser 
utilizado como adição mineral em substituição do clínquer, uma vez que apresentam 
propriedades hidráulicas latentes (KOLANI et al., 2012). 
A utilização de escória na fabricação do cimento Portland traz vários 
benefícios socioeconômicos e ecológicos, visto que a produção de escória gasta 
90% menos de energia comparado com a fabricação do clínquer (COSTA JR, 2010). 
35 
 
O cimento Portand com escória de alto-forno pode obter maior impermeabilidade e 
durabilidade em vista do cimento Portland comum por adquirir uma matriz com 
menores espaços capilares (MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
A produção de cimento de escória de alto-forno, no Brasil, segue as 
exigências da norma NBR 5435 (ABNT, 1991), a qual tem como sigla CP III e 
variação dos componentes conforme Tabela 2.1. 
 
Tabela 2.1 - Teores dos compostos do cimento Portland de alto-forno 
Sigla 
Classe de Resistência 
(MPa) 
Componentes (% em massa) 
Clínquer 
+ 
gipsita 
Escória granulada de 
alto forno 
 
Massa 
carbonática 
CP III 
25 
65-25 35-70 0-5 32 
40 
Fonte: Adaptado da NBR 5735 (ABNT,1991). 
 
Os principais componentes da escória de alto-forno são os mesmos 
encontrados no cimento Portland (Figura 2.4) (SCRIVENER; NONAT, 2011). As 
escórias de alto forno podem ser classificadas de acordo com a relação Ca/Si, e sua 
reatividade é influenciada pelo grau de vitrificação, finura, composição química e 
mineralógica (CHEN, 2007). Estas influências juntamente com a proporção de 
escória adicionada ao cimento Portland e a temperatura de cura interfere no grau de 
hidratação do cimento Portland com escória de alto-forno (LIN; MEYER, 2009). 
A finura pode proporcionar uma reação mais rápida. Entretanto para o 
cimento Portland com escória de alto forno, a finura contribui para formação de um 
produto hidratado com microestrutura mais densa, contribuindo para resistência a 
compressão em longo prazo (MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
O aumento da proporção de escória adicionada no cimento faz com que o 
calor de hidratação e a resistência à compressão inicial diminuam, pois a escória 
hidrata lentamente; por outro lado, eleva a resistência a sulfatos e agentes químicos. 
A lenta reação de hidratação prolonga o tempo de cura necessário para o cimento 
Portland (NEVILLE; BROOKS, 2013). Para suprir essa hidratação lenta inicial, é 
necessário acelerar as reações que podem ocorrer por métodos de ativação 
mecânica, química e térmica (SAJEDI; RAZAK, 2011). 
36 
 
A ativação mecânica se refere à finura da escória de alto-forno ser maior 
que a do cimento, e a ativação química a alguns produtos químicos com finalidade 
de ativar o potencial de reatividade dos compostos presentes na escória (SAJEDI; 
RAZAK, 2011). Na escória de alto forno, o clínquer atua como um ativador químico e 
a cura térmica como ativador térmico (CAMARINI;CINCOTTO, 1995; CAMARINI, 
1995). 
A ativação térmica é um dos melhores métodos aplicáveis para acelerar 
as reações de hidratação do cimento Portland, sendo geralmente utilizado em 
fábricas de pré-moldados, e a aplicação das temperaturas de cura até 80 °C não 
afetam a microestrutura (SAJEDI; RAZAK, 2010). Este processo acelera as reações 
aumentando a velocidade de dissolução dos constituintes anidros do clínquer, 
favorecendo a formação dos compostos hidratados e acelerando o processo de 
endurecimento das pastas (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; BARBOSA et al., 2005; 
CAMARINI, 2011). 
O cimento Portland com escória de alto-forno é recomendado para obras 
de concreto com grande volume de concreto-massa por causa do seu baixo calor de 
hidratação. Podem ser utilizados em concreto ou argamassas que necessitem de 
resistência ao sulfato ou água do mar (NEVILLE; BROOKS, 2013). Normalmente, as 
fábricas desse cimento são em locais onde há grande disponibilidade da escória 
como matéria prima. 
Neste capítulo foram abordados os temas relevantes para o estudo do 
cimento Portland, sua hidratação e características do aglomerante com adições 
minerais. Tais aspectos são de fundamental importância para o estudo do cimento 
Portland. A seguir serão abordados o conceito do grau de hidratação do cimento 
Portland e suas principais influências, que complementam o entendimento do estudo 
da hidratação do cimento Portland. 
 
37 
 
3. GRAU DE HIDRATAÇÃO 
 
O mecanismo de hidratação é um fenômeno complexo que ocorre pelas 
reações dos compostos do cimento anidro (C3S, C2S, C3A C4AF) com a água 
(BULLARD et al., 2011), ocorrendo de forma interdependente (SCRIVENER; 
NONAT, 2011). 
Em modelos simplificados é comum definir os processos de hidratação 
em um grau global de hidratação (DARQUENNES et al., 2013). Este grau de 
hidratação global é a razão entre o teor de cimento hidratado pelo teor de cimento 
anidro inicial (SHAFIQ, 2011). É um parâmetro que permite acompanhar os 
processos físicos e químicos da hidratação do cimento e é representado por “α“ 
(DARQUENNES et al., 2013). 
A determinação do grau de hidratação auxilia no estudo e controle de 
qualidade dos produtos a base de cimento. É possível compreender o 
desenvolvimento da resistência mecânica por meio do grau de hidratação, pois 
ambos estão associados à idade dos materiais do cimento (LAM et al., 2000). 
Os fenômenos que ocorrem na hidratação do cimento, tais como 
desenvolvimento de resistência, geração de calor, estabilidade dimensional são 
resultados de processos mecânicos, físicos e químicos (LIN; MEYER, 2009). O 
conhecimento desses processos é fundamental para o estudo do grau de hidratação 
do cimento Portland, sendo influenciado pelos seguintes fatores (LEA, 2004): 
- composição química do cimento e presença de aditivos químicos e adições 
minerais; 
- finura do cimento, principalmente, pela sua distribuição de tamanho de partículas e 
superfície específica; 
- relação a/c utilizada na pasta; 
- temperatura de cura; 
Esses fatores serão discutidos a seguir. 
 
 
 
 
38 
 
3.1 Influência da Composição Química do Cimento e Presença de Adições 
Minerais 
 
A composição química do cimento Portland é o fator mais importante e 
complexo para o estudo da hidratação do cimento, pois as fases constituintes 
individuais podem ter taxas de reações diferentes, devido à variedade dos 
compostos e tipos de cimento. Para isto, é determinado o grau de hidratação com o 
objetivo de identificar e simular essas interações complexas (LIN; MEYER, 2009). 
Em cimentos compostos, as adições podem participar nas reações de 
hidratação e contribuir para produtos hidratados. Há dois grupos que normalmente 
são utilizados para adições: os materiais pozolânicos e potencialmente hidráulicos 
(ESCALANTE-GARCIA; SHARP, 2004). Os materiais pozolânicos reagem com os 
hidróxidos de cálcio que são produzidos na hidratação do cimento e os materiais 
hidráulicos possuem características semelhantes às reações de hidratação do 
cimento, entretanto necessitam de um ativador mecânico, químico ou térmico para 
sua reação (SAJEDI; RAZAK, 2011). O interesse na utilização desses materiais está 
nas vantagens econômica, ambiental e tecnológica que esses produtos podem 
proporcionar (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP, 1998). 
As principais influências na cinética de hidratação do cimento com 
adições minerais é o efeito de diluição e o de nucleação heterogênea (LAWRENCE; 
CYR; RINGOT, 2003). Há um aumento da relação água/aglomerante no efeito de 
diluição, por causa da diminuição da quantidade de cimento e menor quantidade de 
cimento hidratado (MONTEAGUDO et al., 2014). A nucleação heterogênea está 
relacionada às novas partículas que favorecem a reação química; assim, aspectos 
como distribuição do tamanho de partículas e da composição mineralógica das 
adições tem influência na hidratação (LAWRENCE; CYR; RINGOT, 2003). 
Cimento Portland com adição de calcário pode influenciar na aceleração 
das reações iniciais de hidratação e permitir a formação de monocarbonato, 
estabilizando a etringita (LOTHENBACH et al., 2008). O efeito estabilizador do 
calcário na etringita é observado em sistemas a base de gipsita e calcita (KUZEL; 
PÖLLMANN, 1991), e em cimento Portland contendo apenas calcita (BONAVETTI et 
al., 2001). 
A utilidade de uma escória para o cimento Portland depende 
principalmente de sua reatividade, sendo as principais influências a composição 
39 
 
química e a estrutura vítrea (GRUSKOVNJAK et al., 2008). O conhecimento dos 
efeitos físicos e químicos das composições químicas das escórias e dos ativadores 
sobre o mecanismo de hidratação proporciona concretos com melhor desempenho 
mecânico e durabilidade (HAHA et al., 2012). 
Os cimentos supersulfatados têm uma resistência ao ataque de sulfato e 
um menor calor de hidratação em relação ao cimento Portland comum 
(GRUSKOVNJAK et al., 2008). Escórias altamente básicas reagem apenas na 
presença da gipsita e, para escória com baixo teor de CaO é necessário um ativador 
adicional, como a portlandita (GRUSKOVNJAK et al., 2008). 
 
 
3.2 Influência da Finura do Cimento 
 
A finura do cimento é outro fator que influencia no grau de hidratação pois 
melhora a reatividade do aglomerante. Uma elevada finura proporciona maior 
superfície de contato com a água. Portanto haverá uma maior taxa de hidratação 
(LIN; MEYER, 2009). Como a hidratação se inicia na superfície do cimento, uma 
finura elevada terá consequência na velocidade da hidratação. Desta forma, para 
uma evolução rápida da resistência é preciso um cimento fino; porém, a longo prazo 
as resistências se igualam (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012). 
Os cimentos de alta resistência inicial se diferem principalmente pela 
finura maior em relação aos demais cimentos (METHA; MONTEIRO, 2008). Com 
maior finura tem-se um aumento significativo da resistência entre os períodos de 10h 
a 20h, mantendo essa diferença até o 28º dia (NEVILLE, 1997). Na idade de 2 a 3 
meses, na mesma condição de cura úmida, as resistências dos cimentos se igualam. 
Mas ao longo do tempo tem-se o aumento da resistência do cimento com menor 
finura ultrapassando o de maior finura (NEVILLE, 1997). 
Os cimentos compostos com filler, uma moagem fina de calcário, 
contribuem com propriedades físicas do cimento, uma vez que o filler precisa ter 
aproximadamente a mesma finura do cimento Portland (NEVILLE, 1997). As 
influências nas pastas são principalmente na trabalhabilidade, densidade, 
permeabilidade, capilaridade, exsudação ou tendência à fissuração (LOTHENBACH 
et al., 2008). Quando utilizada uma adição mineral com uma elevada finura no 
cimento Portland, a adição atua como micro enchimento nas partículas do cimento, 
40 
 
podendo reduzir a quantidade de água nos vazios preenchidos pelo material (QING 
et al., 2007). 
O grau de hidratação inicial é fortemente afetado pelotamanho das 
partículas de cimento (MASOERO et al., 2014). Com o aumento da finura, o fim do 
período de indução e o tempo do segundo pico de liberação de calor são reduzidos 
(LIU et al., 2015). Apesar de ser esperada uma aceleração devido a maior 
quantidade de pontos de nucleação, o grau de hidratação inicial não deve alterar o 
volume disponível para a precipitação (MASOERO et al., 2014). E para partículas 
que não hidrataram, a taxa de dissolução da superfície é independente do tamanho 
inicial da mesma (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012). 
 
 
3.3 Influência da Relação Água/Cimento 
 
Na hidratação do cimento Portland, a relação a/c tem uma influência 
direta no desempenho dos produtos cimentícios (BENTZ, 2006). É comum nos 
canteiros de obras a adição de água no concreto sem respeitar os parâmetros da 
NBR 6118 (ANBT, 2014), o que acarreta em uma relação a/c acima do especificado 
para melhorar a trabalhabilidade do material. Entretanto, essa adição de água pode 
ocasionar a segregação dos agregados e reduzir o desempenho, tanto da 
resistência mecânica quanto da durabilidade (KIM et al., 2014). Neste aspecto, há 
mudança no grau de hidratação por conta da alteração da relação a/c (BENTZ, 
2006). 
A proporção elevada da relação a/c aumenta a velocidade de hidratação 
no período médio de hidratação. Entretanto, retarda a hidratação em períodos 
iniciais (LIN; MEYER, 2009). Maior relação a/c resulta em menor resistência à 
compressão (ZHANG et al., 2015), pois a água que não é consumida na reação de 
hidratação produz maior quantidade de poros, o que leva à redução desta 
propriedade (KIM et al., 2014). 
O aumento da relação a/c proporciona um enfraquecimento da matriz da 
pasta de cimento devido ao aumento da porosidade e consequente redução da 
resistência (METHA; MONTEIRO, 2008). A influência da relação a/c na resistência 
do concreto é expressa na lei de Abrams onde a relação a/c é inversamente 
proporcional à resistência do concreto (METHA; MONTEIRO, 2008; NEVILLE, 1997). 
41 
 
 
Otimizar a quantidade de água a ser misturada no cimento é uma das 
principais medidas de resistência e durabilidade do concreto (RAY et al., 2015). Em 
um processo onde há aumento da relação a/c, pode ocorrer um aumento de 
permeabilidade, uma vez que essas adições podem aumentar a quantidade de 
poros no cimento (WANG et al., 2015). A porosidade desempenha um papel 
importante no transporte de massa e é considerado um índice de durabilidade (KIM 
et al., 2014). 
Apesar da relação a/c ser uma das principais causas que influencia na 
resistência do concreto, ela também afeta a cinética de hidratação do cimento (HU et 
al., 2014; MASOERO et al.; 2014). Considerando um ponto de equilíbrio entre 
desempenho e trabalhabilidade, tem-se a relação a/c de 0,4 que satisfaz estes 
requisitos, segundo Zhang et al. (2015). 
Teoricamente, o cimento Portland com relação a/c entre 0,35 - 0,40 irá 
hidratar-se completamente. Contudo, essas relações não são suficientes quando o 
cimento apresenta em seu interior baixa umidade relativa (LIN; MEYER, 2009; 
RAMACHANDRAN et al., 2002). Os produtos de hidratação ao redor das partículas 
de cimento anidro evitam a hidratação se não houver água livre suficiente nos 
macroporos (JESEN, 1995). 
Ray et al. (2015) trabalharam com pastas de cimento Portland com 
relação a/c de 0,3, 0,4, 0,5 e 0,6, assim definiram que as relações a/c 0,4 e 0,5 
apresentam reações de hidratação mais controladas que formam um nível de 
otimização de produtos de hidratação desejado. Kim et al. (2014) trabalharam com 
argamassa de cimento com relação a/c 0,45 e 0,60, e notaram que a relação a/c 
0,45 apresentou melhores resultados de durabilidade em vista da relação a/c 0,6. 
Estudos experimentais permitem definir o grau de hidratação último (αu) 
do cimento em função da relação a/c (Equação 3.1) (MILLS, 1966 apud LIN; 
MEYER, 2009, p. 256). O grau de hidratação último é o valor máximo obtido para o 
grau de hidratação de um cimento Portland, o que corresponde à máxima 
combinação entre os compostos anidros com a água. 
 
 (3.1) 
42 
 
3.4 Influência da Temperatura de Cura 
 
As temperaturas de cura influenciam na cinética de hidratação do cimento 
com efeitos benéficos e maléficos, dependendo do procedimento adotado. 
Temperaturas mais elevadas proporcionam aumento de resistências iniciais. Por 
outro lado, podem proporcionar estruturas mais porosas com maior permeabilidade 
e, consequentemente, uma menor durabilidade (CAMARINI; CINCOTTO, 1995; 
NEVILLE, 1997; LIN; MEYER, 2009; CECCONELLO; TUTIKIAN, 2012). 
A causa para o aumento da velocidade da hidratação do cimento em 
função do aumento de temperatura de cura está na influência da temperatura na 
cinética das reações químicas, proporcionando dissolução e taxas de nucleação ou 
precipitação e difusão dos hidratos em torno de grãos de cimento anidros mais 
rápidas (TERMKHAJORNKIT; BARBARULO, 2012). 
A influência da temperatura está presente desde o lançamento do 
concreto, por isso a importância da manutenção da temperatura do concreto fresco 
em concretagens em dias de temperaturas elevadas (CECCONELLO; TUTIKIAN 
2012). A rápida hidratação inicial, causada pelas elevadas temperaturas, forma um 
material mais poroso, pois ocorre uma distribuição não uniforme no gel de cimento 
modificando sua microestrutura (ESCALANTE-GARCÍA; SHARP, 1998). 
Com uma temperatura inicial alta, os produtos de hidratação não têm 
tempo de se afastarem dos grãos de cimento para uma precipitação uniforme nos 
espaços intersticiais (NEVILLE; BROOKS, 2013). Desta forma, há proximidade dos 
grãos de cimento com os produtos hidratados, um processo que retarda a hidratação 
subsequente, e, consequentemente, um ganho de resistência em longo prazo 
(NEVILLE; BROOKS, 2013). 
Em baixas temperaturas de cura no concreto, o material adquire 
resistência mecânica lentamente. Cecconello e Tutikian (2012) compararam 
temperaturas de cura entre 0 °C a 25°C por 7 dias e verificaram que temperaturas 
superiores a 20 °C adquirem maior resistência até o 7º dia de cura, entretanto o 
concreto com cura a 0 °C obteve a maior resistência em 28 dias. 
A energia de ativação não exerce tanta influência após o 7º dia de cura. O 
desempenho superior para peças curadas em baixa temperatura justifica-se pelo 
atraso do início das reações de hidratação, colaborando com a boa formação da 
matriz do cimento (NEVILLE, 1997; MEHTA; MONTEIRO, 2008). 
43 
 
As reações de hidratação dos compostos do cimento Portland, por serem 
lentas, necessitam da manutenção suficiente da temperatura de cura para 
proporcionar a energia de ativação necessária para as reações, permitindo que o 
processo de desenvolvimento de resistência ocorra naturalmente (MEHTA; 
MONTEIRO, 2008). 
As temperaturas de cura mais elevadas favorecem a reação pozolânica, 
resultando em menores quantidades de formação de portlandita (ESCALANTE-
GARCIA; SHARP, 2004). Quando a temperatura aumenta de 20 °C para 50 °C, 
acelera as reações pozolânicas, e a 50 °C a portlandita não tem tempo para se 
formar devido à rápida formação do C-S-H (DE WINDT et al., 2014). 
Escalante-Garcia e Sharp (2004) verificaram que na microestrutura das 
pastas de cimento pozolânicos curados a 60 °C, a quantidade de hidróxido de cálcio 
foi inferior do que argamassas curadas a 10 °C. Nos casos das temperaturas mais 
elevadas, a dissolução mais rápida da cristobalita e montmorilonita produz um 
fornecimento rápido de sílica na solução disponível para formação do C-S-H (DE 
WINDT et al., 2014). 
Camarini e Cincotto (1995) estudaram o efeito da cura térmica na 
resistência de argamassas de cimentos Portland comum e de alto forno, nas quais 
submeteram as amostras em ciclos de cura térmica a 60 °C, 80 °C e 95 °C. 
Verificaram que um cimento com escória de alto forno submetido a cura térmica 
apresenta resultados mais vantajosos que o cimentoPortland comum. E concluíram 
que a temperatura de cura se faz necessária apenas na fase inicial das reações, 
após esse período o aquecimento das amostras é desnecessário. 
 
 
3.5 Determinação do Grau de Hidratação Por Meio de Técnicas Para 
Determinação da Água Não Evaporável 
 
A cinética de hidratação do cimento Portland está relacionada com a 
idade do cimento ou com o grau de hidratação, ou com ambos (TAYLOR, 1990). 
Pode-se determinar a evolução da hidratação do cimento das seguintes formas 
(NEVILLE, 1997): 
- quantidade de Ca(OH)2 na pasta; 
- calor desenvolvido na hidratação; 
44 
 
- quantidade de água não evaporável (Wn); 
- quantidade de cimento não hidratado. 
Foram realizados vários estudos para definir hidratação, por meio de 
modelos teóricos e ensaios experimentais (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON, 
2000; SCRIVENER et al., 2004; CHEN et al., 2007; WANG; LEE, 2010; WANG; LEE, 
2012; NARMLUK; NAWA, 2011; AMEN, 2011; WANG et al., 2012;). Dentre os 
ensaios experimentais para a determinação do grau de hidratação, o ensaio de 
determinação da Wn pela técnica da termogravimetria (TG) e perda ao fogo (PF) são 
amplamente utilizados. 
A TG é uma técnica que mede a perda progressiva de massa de uma 
amostra à medida que é aquecida a uma velocidade controlada (RAMACHANDRAN 
et al., 2002). Desta maneira, pode-se analisar as perdas de massas que ocorrem 
nas pastas e concretos de cimentos submetidas a elevadas temperaturas (Quadro 
3.1) 
 
Quadro 3.1 - Transformação da pasta de cimento submetida a elevadas 
temperaturas 
Faixa de temperatura Transformações na pasta de cimento 
30 °C e 105 °C 
Liberação da água evaporável. Toda a água evaporável é 
eliminada até 120 °C 
110 °C e 170 °C 
Decomposição da gipsita e da etringita (perda de água). 
Perda de água de parte do aluminato hidratado. 
180 °C e 300 °C 
Perda de água da decomposição do C-S-H e do 
carboaluminato hidratado. 
450 °C e 550 °C Perda de água da portlandita (CH = CaOH). 
700 °C e 900 °C 
Descarbonatação do CaCO3, liberando CO2 (fíler, 
carbonatação da pasta ou do agregado). 
Fonte: Adaptado de Alarcon-Ruiz et al., 2005. 
 
Pane e Hanses (2005) e Bhatty (1986) definiram a perda de massa em 
três partes: a região de desidratação (LDH), desidroxilação (LDX) e 
descarbonatação (LDC). Nas duas primeiras ocorre a perda de praticamente toda 
água quimicamente combinada (água não evaporável) e na LDC ocorre a perda de 
CO2 do calcário presente no cimento. As temperaturas nessas regiões podem ser 
vistas no Quadro 3.2. 
 
 
45 
 
Quadro 3.2 - Comparativo entre região de transformação da pasta de cimento 
submetidos a elevadas temperaturas 
Região de 
transformação 
Bhatty (1986) 
Pane e Hanses 
(2005) 
Alarcon-Ruiz 
et al. (2005) 
 
Taylor 
(1990) 
LDH 
105 °C a 440 
°C 
140 °C a 440 °C 
105 °C a 450 
°C 
105 °C a 370 °C 
LDX 
440 °C a 580 
°C 
440 °C a 520 °C 
450 °C a 550 
°C 
370 °C a 580 °C 
LDC 
580 °C a 1000 
°C 
520 °C a 1100 °C 
550 °C a 900 
°C 
580 °C a 1000 
°C 
Fonte: Elaborado pelo autor, 2015. 
 
Apesar de serem conhecidas e classificadas as faixas de temperatura, há 
na literatura trabalhos que determinam a água não evaporável pelo ensaio de perda 
ao fogo submetendo pastas de cimento Portland a temperaturas de 900 °C a 1000 
°C para obtenção do grau de hidratação (HUANHAI, 1993; LAM; WONG; POON, 
2000; AMEN, 2011; NARMLUK; NAWA, 2011). 
Monteagudo et al. (2014) trabalharam com cimentos com adições e 
analisaram as perdas de massa para medir a quantidade de água não evaporável 
nas regiões de temperatura descritas por Pane e Hanses (2005) (Equação 3.2) e 
Bhatty (1986) (Equação 3.3): 
 
 (3.2) 
 
Sendo: 
- LDH – Perda de massa da região de desidratação, faixa de temperatura de 140 °C 
a 440 °C. 
- LDX – Perda de massa da região de desidroxilação, faixa de temperatura de 440 
°C a 520 °C. 
- LDC – Perda de massa da região de descarbonatação, faixa de temperatura de 
520 °C a 1100 °C. 
- LDCa – Perda de massa para o cimento anidro na faixa de temperatura de 520 °C 
a 1100 °C. 
 
 (3.3) 
46 
 
Sendo: 
- LDH – Perda de massa da região de desidratação, faixa de temperatura de 105 °C 
a 440 °C. 
- LDX – Perda de massa da região de desidroxilação, faixa de temperatura de 440 
°C a 580 °C. 
- LDC – Perda de massa da região de descarbonatação, faixa de temperatura de 
580 °C a 1000 °C. 
 
Na Equação 3.3, o método relata que 0,41 é o fator de conversão para 
calcular a água quimicamente combinada derivada da portlandita calcinada. As 
Equações 3.4 e 3.5 apresentam as reações que ocorrem durante a carbonatação do 
hidróxido de cálcio (CH) e depois a decomposição de carbonatos. O valor de 0,41 é 
equivalente a dividir os pesos moleculares de H2O e CO2 (Equação 3.6) 
(MONTEAGUDO et al., 2014) 
 
 (3.4) 
 
 (3.5) 
 
 (3.6) 
 
Outra forma de se definir a Wn é pelo ensaio de PF. Neste caso, calcula-
se primeiramente a PF na faixa de temperatura que ocorre a perda da água 
quimicamente combinada (Equação 3.7) (ABNT, 2012). Assim, tem-se que Wn=PF 
(AMEN, 2011). 
 
 (3.7) 
 
 
 
47 
 
Sendo: 
- m1 – massa inicial da amostra, em gramas; 
- m2 – massa final da amostra após calcinação, em gramas. 
 
A NBR NM 18 (ABNT, 2012) acrescenta outro método para determinação 
da perda ao fogo para cimento com adição de escória granulada de alto-forno na 
faixa de temperatura de 900 °C a 1000 °C . Há duas equações, uma considerando a 
correção do sulfeto (Equação 3.8) e a outra considerando a variação do teor de 
anidrido sulfúrico (Equação 3.9). No entanto, para esse cálculo faz-se necessário o 
conhecimento da composição química do cimento. 
 
 (3.8) 
 
Sendo: 
- D, é a porcentagem de SO3, na amostra calcinada; 
- C, é a porcentagem de SO3, na amostra original; 
- 0,8, é a relação molar para transformar a diferença de SO3 (D-C) em oxigênio 
equivalente na oxidação do enxofre; 
 
 (3.9) 
 
Sendo: 
- E, é a porcentagem de sulfeto na amostra original; 
- F, é a porcentagem de sulfeto na amostra calcinada; 
- 2, é a relação molar para transformar a diferença de sulfeto (E-F) em oxigênio 
equivalente na oxidação do enxofre. 
 
Para determinar o grau de hidratação (α) calcula-se a relação entre a 
água não evaporável (Wn), obtida por meio de ensaio, pelo valor teórico de água 
não evaporável (“x”) (Equação 3.10). 
 
48 
 
 (3.10) 
 
O valor teórico “x” para um cimento Portland comum completamente 
hidratado, em condições ideais, é de 32% (TAYLOR, 1990). Entretanto, para 
condições usuais, com uma relação a/c superior, e com diferentes tipos de cimento 
Portland com adições existentes, o valor teórico apresenta variações. Segundo 
Neville (1997), este valor pode estar entre 18% e 23%, em massa do material anidro. 
Outros trabalhos utilizaram 23% (AMEN, 2011; HUANHAI, 1993; LAM; WONG; 
POON, 2000; NARMLUK; NAWA, 2011). Monteagudo et al. (2014) utilizaram 24%, 
afirmando que variam entre 23% e 25%. Escalante-Garcia (2003) apresentou 
resultados de 23% para “x” em um cimento puro, afirmando que em cimentos com 
adições há diferenças nesses valores, pois dependendo das características das 
adições é necessária água adicional. 
Neste trabalho, o grau de hidratação do cimento Portland foi calculado 
com base no modelo de Amen (2011), prevendo também diferentes condições de 
cura (20 °C, 40 °C e 60 °C). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. CURA 
 
A cura do cimento é um procedimento para promover sua hidratação, com 
objetivo de obter um material de boa qualidade, durável e resistente, devendo ser 
realizada adequadamente (NEVILLE; BROOKS, 2013). A cura nada mais é do que a 
manutenção de um teor de umidade e temperatura adequados no produto cimentício 
desde o início de sua hidratação até o período final em que as propriedades