MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios

Prof. Leandro Candido de Lemos Pinheiro leandro.pinheiro@riogrande.ifrs.edu.br

Cimento

CIMENTO

A humanidade descobriu, há muito tempo, que algumas rochas naturais,

depois de uma simples calcinação, geravam um produto que endurecia com a

simples adição de água.

A calcinação é o nome dado a reação química de decomposição térmica, usada

para transformar o calcário (CaCO3) em cal virgem (CaO), liberando gás

carbônico (CO2).

CIMENTO

Na prática, o conceito calcinação é empregado de maneira ampla e descreve o

tratamento térmico aplicado a quaisquer substâncias sólidas (por exemplo

minérios) visando os seguintes objetivos:

a remoção de uma fase volátil quimicamente ligada a um determinado

sólido

a decomposição térmica (de uma ligação química)

a produção de um óxido (quimicamente semelhante ao cal)

a mudança de uma estrutura em substâncias cristalinas

CIMENTO

A partir do século II a.C., os arquitetos da antiga Roma, além dos materiais tradicionalmente

conhecidos (pedra, madeira, barro, metais e outros) dispunham do opus cementicium (uma

mistura de areia vulcânica com calcário e tijolos quebrados, um “ancestral” do concreto).

Com essa massa, eles conseguiram construir estruturas monumentais, como a cúpula do Panteão,

que tem 43,2 m de altura e nenhum pilar de sustentação

CIMENTO

Em 1756 o engenheiro inglês Jonh Smeaton verificou que uma mistura

composta de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto

as pedras de construção.

Ele usou o material em questão para a reconstrução do farol de Edystone na

Inglaterra.

CIMENTO

Em 1824, o construtor Joseph Aspdin com suas experiências envolvendo processos de

mistura, queima e moagem de argila e pó de pedra calcária retirado das ruas, conseguiu

um material pulverulento, no qual ele misturava uma certa quantidade de água,

produzindo uma argamassa. Depois, deixava-a secar, conseguindo um material de

dureza parecida com as pedras utilizadas nas edificações.

Ele patenteou este pó com o nome de cimento Portland, devido às semelhanças de seu

produto final com rochas da ilha britânica de Portland, as quais apresentavam

características próprias como cor, durabilidade e resistência.

CIMENTO

O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico proveniente da moagem do

chamado Clínquer Portland. O clínquer é obtido pela mistura e moagem de

calcário e argila em proporções adequadas. Esta mistura é aquecida em fornos

(em geral rotativos) até temperaturas próximas da fusão completa do material,

sofrendo um rápido resfriamento. O clínquer Portland é moído juntamente com

gesso, resultando no Cimento Portland; um material em pó, fino e de cor

acinzentada.

CIMENTO

Aglomerante hidráulico Aglomerante aéreo (gesso)

PRODUÇÃO DO CIMENTO

Calcário (> 80%) + Argila

Candiota – RS

PRODUÇÃO DO CIMENTO

A adição do gesso (gipsita) é realizada na moagem final do cimento com o intuito de regular

o tempo de pega, permitindo que o cimento permaneça trabalhável por um período de,

pelo menos, uma hora.

Forno de clinquerização

Clínquer Portland

PRODUÇÃO DO CIMENTO

Candiota - RS

Pinheiro Machado - RS

PRODUÇÃO DO CIMENTO

PRODUÇÃO DO CIMENTO

CIMENTO

Os principais óxidos que compõem o cimento e suas representações de forma

simplificada são:

Os últimos 3 são provenientes da argila.

CIMENTO

Durante o processo de hidratação do cimento, são gerados alguns compostos que

proporcionam as seguintes características:

TIPOS DE CIMENTO

Sem qualquer adição além do gesso, conforme estabelecido na

NBR 5732 – Cimento Portland comum.

Sua utilização é indicada em construções de concreto nas

quais a estrutura não fique exposta a ambientes agressivos,

com presença de sulfatos.

Também se pode encontrar no mercado o Cimento Portland

comum com adições (CP I-S), cuja composição apresenta a

adição de material pozolânico em massa, ao ter de 5 %.

Cimento Portland Comum (CP I)

TIPOS DE CIMENTO

Apresenta adição de material carbonático (fíler) à

mistura clínquer e gesso, estabelecida pela NBR 11578,

entre 6 e 10 %, em massa, em relação ao cimento

comum.

Sua utilização não é recomendada em ambientes

agressivos.

Materiais carbonáticos são rochas moídas compostas por carbonato de cálcio, como o

calcário. Quando adicionados ao concreto são denominados fíler.

Cimento Portland composto com filer (CP II-F)

TIPOS DE CIMENTO

Contém adição de material pozolânico no percentual de 6 a

14 %, em massa; admitindo até 10 % de fíler à composição.

A característica de resistência a sulfatos torna o composto

pozolânico recomendado à aplicação em ambiente com

sulfatos, tais como obras marítimas, subterrâneas ou

industriais.

Pozolana é um material composto em grande parte por silicatos que reagem com o

hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento, produzindo uma pasta

compacta com resistência a certos agentes agressivos.

Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z)

TIPOS DE CIMENTO

Apresenta adição de escória granulada de alto-forno

estabelecido pela NBR 11578 com valores entre 6 e 34 %; com

a possibilidade de adição de fíler ao teor máximo de 10 %.

É recomendado para estruturas com necessidade de calor de

hidratação moderado, tais como grandes maciços de concreto,

como obras de barragens.

A escória de alto-forno é obtida pelo processo de fusão do subproduto da produção

de aço ou ferro, conhecido como escória de ferro. Esta fusão gera um material vítreo,

capaz de ser moído. Esta escória é composta por silicatos inertes que se comportam

como aglomerantes hidráulicos, auxiliando no endurecimento da pasta.

Cimento Portland composto com escória (CP II-E)

TIPOS DE CIMENTO

Especificado pela NBR 5735 – Cimento Portland de alto-forno.

Apresenta adição de escória em um percentual superior ao utilizado no

cimento composto CP II-E; fato que proporciona a este cimento

características como: baixo calor de hidratação e maior resistência a agentes

agressivos.

Sua utilização é indicada para os mesmos casos do cimento composto por

escória, porém com vantagens em relação ao CP II.

Cimento Portland de alto-forno (CP III)

TIPOS DE CIMENTO

Especificado pela NBR 5736 – Cimento Portland

pozolânico.

Apresenta adição de material pozolânico na proporção

de 15 a 50 % em massa.

O alto teor pozolânico proporciona ao concreto uma

maior impermeabilidade e consequente durabilidade.

Cimento Portland pozolânico (CP IV)

TIPOS DE CIMENTO

Não apresenta nenhum tipo de adição, embora possa ser

comercializado com teor de material carbonático de até 5 %.

Diferente dosagem entre calcário e argila utilizada na produção do

clínquer e processo mais aprimorado de moagem que proporciona um

cimento de grãos mais finos.

Amplamente utilizado em estruturas pré-moldadas de concreto e em

estruturas que exijam resistências iniciais mais elevadas nas primeiras

idades.

A norma brasileira NBR 5733 - Cimento Portland de alta resistência

inicial - define os parâmetros de produção deste tipo de cimento.

Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)

TIPOS DE CIMENTO

Este tipo de cimento busca proporcionar resistência a ambientes agressivos sulfatados que tendem a acarretar

manifestações patológicas nas estruturas de concreto. Este tipo de cimento é indicado para regiões marítimas e

industriais. A norma NBR 5737 – Cimentos Portland resistentes a sulfatos – apresenta as características inerentes ao

cimento do tipo RS. Segundo esta norma, cinco tipos de cimentos podem apresentar resistência a sulfatos (CP I, CP II,

CP III, CP IV e CP V-ARI), desde que satisfaçam as seguintes condições:

- Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8 % e 5 % em massa,

respectivamente;

- Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60 % e 70 % de escória granulada de alto-forno, em massa;

- Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25 % e 40 % de material pozolânico, em massa;

- Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem

resistência aos sulfatos.

Cimento Portland resistente a sulfatos (CP RS)

TIPOS DE CIMENTO

Produzido a partir de clínquer Portland branco.

A cor é obtida a partir de matérias primas com baixos

teores de óxido de ferro e manganês; além do fato de

utilizar caulim ao invés de argila.

A NBR 12989 – Cimento Portland branco – apresenta as

especificações e exigências para este tipo de cimento.

O caulim é um minério composto de silicatos hidratados de alumínio, como a

caulinita e a haloisita. Apresenta coloração branca.

Cimento Portland branco (CPB)

CIMENTO NA CONCRETEIRA

ARMAZENAMENTO DO CIMENTO

É necessário evitar qualquer risco de hidratação do cimento durante o

transporte e a estocagem.

Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses.

Quando se inicia a hidratação, o que se percebe pela existência de nódulos que

não se desmancham com a pressão dos dedos, o cimento torna-se suspeito

para aplicação em concreto estrutural.

Pode ser usado, após peneiramento, somente em serviços de menor risco,

como argamassas, pavimentos secundários, etc...

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

A classe de resistência é estabelecida com base no resultado aos 28 dias de

idade da resistência à compressão de uma pasta do cimento determinada de

acordo com a norma brasileira NBR 7215 – Cimento Portland – Determinação

da resistência à compressão.

As designações das classes de cimento são 25, 32 e 40; referindo-se as

resistências à compressão de 25, 32 e 40 MPa, respectivamente.

CP IV-32, indica um cimento Portland pozolânico cuja resistência à compressão

conforme a NBR 7215 é de, pelo menos, 32 MPa aos 28 dias de idade.

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

A argamassa a ser ensaiada deve ser produzida com uma areia normal, cujas

especificações atendam a NBR 7214 – Areia normal para ensaio de cimento –

Especificação.

A NBR 7215 especifica todas as condições de ensaio, desde a temperatura

ambiente do laboratório (24 ± 4 °C) até os métodos de cura dos corpos de

prova; passando pela dosagem dos materiais.

A relação água/cimento da argamassa igual a 0,48.

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

A mistura dos materiais deve ser realizada com equipamento mecanizado e

padronizado.

Os corpos de prova de argamassa são moldados em formas cilíndricas com

dimensões 5 x 10 cm e rompidos sob compressão.

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

Antes do rompimento os exemplares devem ser capeados com um mistura de

enxofre a quente.

Para cada idade, devem ser rompidos quatro CP’s; sendo a resistência à

compressão igual à média dos resultados, em MPa.

Os quatro resultados individuais de resistência, bem como a média destes

resultados e o desvio padrão máximo deverão compor o certificado de ensaio.

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

Quando o desvio padrão máximo for superior a 6 %, deve ser calculada uma nova média,

desconsiderando o valor discrepante. Este valor descartado deve ser identificado no

certificado de ensaio por um asterisco.

A tabela abaixo apresenta os valores mínimos exigidos de resistência à compressão para

cada idade de rompimento de todos os tipos de cimento comercializados no Brasil.

PEGA E ENDURECIMENTO

Perda de plasticidade da pasta devido ao início das reações químicas nos compostos do

cimento.

Ao tempo transcorrido entre a mistura e o início das reações dá-se o nome de início de

pega.

O início de pega pode ser percebido através do aumento repentino da viscosidade da

pasta, bem como pelo aumento de sua temperatura – decorrência das reações

exotérmicas da hidratação do cimento.

Por convenção, dá-se o nome de fim de pega ao ponto em que a pasta de cimento

atinge um estágio de indeformabilidade ao sofrer pequenas solicitações de cargas.

PEGA E ENDURECIMENTO

Após o fim de pega, a pasta de cimento continua o processo de incremento de

resistência mecânica e coesão; etapa conhecida como endurecimento.

Determinar o início e o fim de pega do cimento é importante para se ter uma noção do

período em que o concreto irá apresentar plasticidade, permitindo o transporte,

lançamento e adensamento; bem como o instante a partir do qual se poderá transitar

sobre ele e iniciar o procedimento de cura.

Cura é o conjunto de procedimentos realizados para evitar a perda acelerada de água do

maciço de concreto nos primeiros dias após o lançamento.

PEGA E ENDURECIMENTO

Diversos são os fatores que influenciam nos tempos de início e fim de pega:

Composição de cimento rica em aluminato tricálcico (C3A) acarreta períodos curtos

de início de pega, pois provoca um rápido endurecimento da pasta. A adição de

gesso ao composto corrige este tempo.

Quanto mais aprimorada for a moagem do clínquer, ou seja, mais fino forem os

grãos do cimento, mais rápido o início de pega. Isto ocorre devido a maior área de

hidratação dos grãos no caso de moagem mais fina.

O aumento da temperatura culmina em redução do início de pega pela aceleração

das reações químicas.

PEGA E ENDURECIMENTO

A medição do tempo de pega do cimento é feita com a utilização de uma agulha

acoplada ao Aparelho de Vicat.

A norma NBR NM 65 – Cimento Portland – Determinação do tempo de pega, estabelece

as condições e metodologias de ensaio.

O ensaio consiste em produzir uma pasta de cimento de consistência normal e penetrar

uma agulha de forma padronizada à mesma.

PEGA E ENDURECIMENTO

O tempo de início de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo

decorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat

penetra na pasta até uma distância de (4 ± 1) mm da placa base.

O tempo de fim de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido

desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra

0,5 mm na pasta.

CALOR DE HIDRATAÇÃO

As reações que ocorrem na pasta de cimento durante o período de pega e

endurecimento são exotérmicas.

Os efeitos do calor da hidratação do cimento são mais sensíveis nos concretos-massa,

uma vez que a dissipação térmica ocorre pela superfície da peça e este calor é

proporcional ao volume, provocando efeitos desfavoráveis.

Os efeitos da elevação da temperatura dos concretos e argamassas em decorrência da

energia térmica liberada podem ser muito nocivos às estruturas.

Em algumas situações o calor de hidratação pode ser favorável, como por exemplo, nas

concretagens que são realizadas em situações de baixa temperatura, uma vez que este

calor tende a oferecer energia de ativação para as reações de hidratação.

FINURA

A medida da finura do cimento Portland busca verificar a granulometria dos grãos deste

material.

Como a hidratação do cimento se dá através da superfície dos grãos, a finura (grau de

moagem) irá influenciar na rapidez da hidratação e em propriedades como calor de

hidratação, retração, incremento de resistência com a idade, entre outras.

Cimentos mais finos terão maiores resistências nas primeiras idades, bem como,

tenderão a ser mais homogêneos (resistentes à penetração de água).

Esta finura, no entanto, aumenta a possibilidade de fissuração e retração, através da

quantidade de calor liberada.

FINURA

NBR 11579 – Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira

75 µm (n° 200).

Consiste em determinar a percentagem retida de uma amostra de cimento em uma peneira com

abertura de malha de 0,075 mm (peneira de n° 200). Utiliza-se uma amostra de cimento de 20

gramas, coloca-se esta sobre a peneira n° 200 e se inicia peneiramento mecanizado por um período

de 3 minutos.

Exemplo: Cimentos portland comum da classe CP I – 32 apresentam resíduo retido na peneira de n°

200 inferior a 12 %.

MASSA ESPECÍFICA

A determinação da massa específica do cimento é realizada com base na norma

NBR NM 23 – Cimento Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa

específica.

O Frasco de Le Chatelier é utilizado para a determinação desta propriedade através da

diferença de volume.

Um determinado líquido (em geral querosene) é introduzido no frasco e tem seu volume

medido. Após, uma massa previamente conhecida de cimento é colocada neste frasco e

a variação de volume da mistura é determinada.

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios

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