O documento discute conceitos fundamentais sobre cimento Portland, incluindo sua fabricação, composição química, reações de hidratação e especificações normativas. É descrito o processo de produção do cimento, os principais compostos do clínquer e suas propriedades. Também são explicados os tipos de cimento de acordo com suas composições químicas e aplicações.

1. 1
Cimento Portland
Conceitos básicos, fabricação, tipos,
normalização, ensaios
Angelo Just da Costa e Silva (Dr.)
Maio, 2009
CONCRETO
Componentes
CONCRETO
Componentes
ESTADO
FRESCO
ESTADO
ENDURECIDO
CONCRETO
Componentes
CONCRETO
Componentes
Fase contínua
Pasta de cimento
endurecida
Fase descontínua
Agregados
Zona de transição
Interface entre a
pasta e o agregado
CONCRETO
Componentes

2. 2
Pasta com a/c = 0,60
Para fck de 20 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,50
Para fck de 30 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,40
Para fck de 40 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Pasta com a/c = 0,30
Para fck de 60 MPa
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais
Efeito do
Super plastificante (1%)
Concreto de Cimento Portland
Conceitos fundamentais

3. 3
AGLOMERANTES
• Componente cuja principal característica é
endurecer quando misturado à água,
aglutinando as partículas com coesão e
capacidade de ser moldado (trabalhado)
• Apresentam-se sob a forma pulverulenta e,
quando misturados à água, formam pasta
capaz de endurecer por simples secagem ou
conseqüência de reações químicas, aderindo às
superfícies com as quais foram postos em
contato.
AGLOMERANTES
Classificação
• Quimicamente inertes - barro cru
• Quimicamente ativos:
▫ Aéreos - Após o endurecimento NÃO resistem
satisfatoriamente quando submetidos à ação da
água (gesso, cal aérea)
▫ Hidráulicos - Resistem satisfatoriamente à
água após endurecimento (cimento, cal
hidráulica)
AGLOMERANTES
Requisitos importantes
• Resistência mecânica - Capacidade de resistir
a esforços de compressão, tração, cisalhamento.
Importante também conhecer o comportamento
deste ganho de resistência.
• Durabilidade - Capacidade de manter as suas
propriedades durante o uso. A degradação pode
ser oriunda de agentes externos (águas ácidas,
sulfatadas) ou internos (compostos no próprio
aglomerante ou presentes na mistura na qual o
mesmo está contido).
AGLOMERANTES
Propriedades fundamentais
• Solubilidade - Determina a capacidade de
dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em
meio aquoso, influenciada pelo tamanho das
partículas, reatividade, temperatura etc.
• Reatividade - Facilidade do material de
interagir quimicamente, tendo influência
significativa na cinética das reações.
• Área específica - Corresponde à superfície
efetiva de contato do sólido com o meio externo,
sendo relacionada com a finura.
CIMENTO
• Aglomerante hidráulico largamente utilizado
para a composição de peças estruturais em
concreto e revestimento devido à sua excelente
capacidade resistente.
• Tipos: Cimento comum, Portland (comum,
composto, de alta resistência, de moderada
resistência a sulfatos, de alta resistência a
sulfatos etc.)
CIMENTO PORTLAND
Compostos básicos
MATÉRIA PRIMA
 Pedra calcária
▫ CaCO3
 Argila
▫ SiO2
▫ Al2O3
▫ Fe2O3
▫ Outros
CLÍNQUER
 C3S - 3 CaO . SiO2
 C2S - 2 CaO . SiO2
 C3A - 3 CaO . Al2O3
 C4AF - 4 CaO . Al2O3 .
Fe2O3
 Outros – álcalis, CaO
~1.500ºC

4. 4
CIMENTO PORTLAND
Processo de fabricação
• Extração e preparo da matéria prima
• Dosagem da mistura
• Clinquerização (fornos rotativos)
• Adições finais (gesso), moagem, ensilagem
CIMENTO PORTLAND
Processo de fabricação
1. Extração da
matéria prima
2. Britagem
3. Moagem da
mistura crua
4. Homog. da
mistura crua
5. Calcinação
do clínquer
6. Moagem do
clínquer com
gesso
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
• C3S - 3 CaO . SiO2 (silicato tricálcico)
▫ Principal responsável pelas propriedades
hidráulicas, tendo reação rápida com a água
• C2S - 2 CaO . SiO2 (silicato dicálcico)
▫ Reage lentamente com a água, apresentando
pouca resistência mecânica inicial que tende a
aumentar significativamente com o decorrer da
hidratação.
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
• C3A - 3 CaO . Al2O3 (aluminato tricálcico)
▫ Reage instantaneamente com a água (elevada
liberação de calor de hidratação), sendo, por
isso, necessária adição de sulfato (gesso) para
geração de produtos insolúveis na água.
• C4AF - 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 (ferro aluminato
tetracálcico)
▫ Apresenta pega muito rápida.
• Outros - óxido de cálcio livre (CaO), periclásio
(MgO), álcalis (Na2O, K2O), outros compostos
Propriedades dos compostos fundamentaisCompostos fundamentais do Cimento
PortlandPropriedades
C3S C2S C3A C4AF
Resistência boa boa+
fraca fraca
Intensidade
de reação
média lenta rápida rápida-
Calor de
hidratação
médio pequeno grande pequeno
Estabilidade
química
grande-
grande baixa baixa
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer
CIMENTO PORTLAND
Compostos do clínquer - distribuição
75%
8%
8%
9%
silicatos combinados C3A C4AF Outros

5. 5
CIMENTO PORTLAND
Reações de hidratação
• Silicatos de cálcio (C3S, C2S)
▫ 2 C3S + 6 H2O  C-S-H + 3 Ca(OH)2
▫ 2 C2S + 4 H2O  C-S-H + Ca(OH)2
• Principal componente formado:
▫ C-S-H - 3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O
silicato cálcico hidratado - gel de tobermorita
CIMENTO PORTLAND
Reações de hidratação
• Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF)
▫ Devido à adição do sulfato para regulação da
pega, os aluminatos são analisados já
combinados com este componente:
▫ C3A + CaSO4 . 2H2O  etringita
(C3A.3CS.32H)  C3A CS H + C4AH
▫ C4AF  C3(A,F).3CS.32H  C3(A,F) CS H +
C4(A,F) H
•  reação imediata  reação lenta
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
DENOMINAÇÃO SIGLA NORMA
Portland comum CPI/CPI-S NBR5732
Portland composto
CPII-Z
CPII-E
CPII-F
NBR1157
Portland de alto forno CPIII NBR5735
Portland Pozolânico CPIV NBR5736
Portland de alta
Resistência Inicial
CPV-ARI NBR5733
Portland Resistente a
Sulfato
CP – RS NBR5737
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
TIPOS DE
CIMENTO
CLÍNQUER +
SULFATO
ESCÓRIA DE
ALTO-FORNO
MATERIAL
POZOLÂNICO
MATERIAL
CARBONÁTICO
CPI 100 0
CPI-S 99-95 1-5
CPII-E 94-56 6-34 0-10
CPII-Z 97-76 6-14 0-10
CPII-F 94-90 6-10
CPIII
Alto forno
65-25 35-70 0-5
CPIV
Pozolânico
85-45 15-50 0-5
CPV – ARI 100-95 0-5
• CP I e CP II
• São empregados em obras de concreto, em geral,
não apresentando propriedades específicas para
um determinado uso.
• CP III e CP IV
• São empregados em obras de concreto massa e
em ambientes agressivos.
• CP V ARI
• São empregados, especificamente, em situações
que se desejam resistências iniciais elevadas,
possuindo o inconveniente de gerar elevado
calor de hidratação.
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos
• RS são Cimentos Portland resistentes à
sulfatos, devendo ser designados pela sigla
original de seu tipo, acrescido de RS.
• Condições:
•C3A, no clínquer, inferior ou igual a 8 % e
não possuir mais de 5% de CaCO3 e/ou
•Cimento Portland Pozolânico com
percentual de pozolana entre 25% e 40% e/ou
•Cimento Portland de alto forno com
percentual de escória entre 60% e 70%
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos

6. 6
• BC são Cimentos Portland de baixo calor de
hidratação, devendo ser designados pela sigla
original de seu tipo, acrescido de BC.
• Condições:
Valores máximos de calor de hidratação em
Joules por grama (J.g-1)
3 dias 260
7 dias 300
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas - Tipos
Cimentos com finura elevada e ricos em C3S
apresentam rápidas velocidades de hidratação,
sendo empregados em situações que requerem o
desenvolvimento de resistências iniciais elevadas.
Pela rápida liberação de calor, não são
recomendáveis para uso em concreto massa,
devido aos problemas de fissuração de origem
térmica
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
CIMENTO PORTLAND
Especificações normativas
O Ca(OH)2 e os aluminatos hidratados são
componentes do clínquer hidratado, mais instáveis
sob o ataque de sulfatos. Portanto, quanto à
durabilidade em meio agressivo (sulfatos), clínquer
com percentual elevado de C2S e baixos percentuais
de C3S e C3A são os mais recomendáveis. Estes
clínqueres também possuem baixo calor de
hidratação.
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais
São produtos minerais adicionados em certos
percentuais ao Cimento Portland (clínquer + gesso),
com a finalidade de melhorar determinadas
propriedades, em empregos específicos, nos quais o
Cimento Portland, sozinho, não possui. Também
podem ser consideradas adições minerais, produtos
que entram apenas como carga no Cimento Portland
ADIÇÕES MINERAIS
•Ativas
• Pozolanas (Z)
• Naturais
• Artificiais
• Argilas calcinadas (Baixa reatividade)
• Metacaulim (Elevada reatividade)
• Subprodutos
• Sílica ativa (Elevada reatividade)
• Cimentante
• Escória de alto forno (E)
• Inerte
• Calcário moído (F)
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais
São produtos minerais que possuem certa quantidade
de minerais reativos, os quais possuem a capacidade
de reagir com o Ca(OH)2, liberado na hidratação do
clínquer, na presença da água, produzindo silicato de
cálcio hidratado (CSH).
C3S+H20 CSH+Ca(OH)2
Poz+Ca(OH)2+H20 CSH
Cimento Portland
Reação Pozolânica
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Pozolanas

7. 7
• A reação pozolânica é lenta, sendo liberado menos
calor de hidratação, principalmente, nas idades
iniciais;
• A reação pozolânica consome Ca(OH)2 em vez de
produzí-lo;
• A reação pozolânica induz o refinamento dos
poros, pela nucleação dos cristais de hidróxido de
cálcio.
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Pozolanas
•São adições minerais que, por si só, possuem
atividade hidraúlica, necessitando apenas da
presença de água para o endurecimento.
• Possuem propriedades semelhantes às pozolanas
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Cimentantes
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO
FÔRNO (E)
São adições que não reagem com nenhum dos
compostos do clínquer hidratado, entrando apenas
como carga.
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais - Inertes
FILLER CALCÁRIO (F)
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Resistência mecânica
• Endurecimento - resistência mecânica
▫ Processo de preenchimento progressivo dos espaços
vazios da pasta com os produtos, com redução na
porosidade e permeabilidade
▫ Importância:
 Determina a capacidade resistente do material aos diversos
tipos de esforços (compressão, tração, cisalhamento).
• Determinação - NBR 7215:
 Resistência à compressão e tração na compressão diametral - cp
cilíndrico
 Tração na flexão - cp prismático
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Resistência mecânica
CP II E - 32
CP – Cimento Portland
II - Composto
E – Escória de Alto Fôrno
32 – Res. Mínima à compressão,
em MPa, nas condições:
•a/c=0,48
•Idade: 28 dias
•T.U.P.: 1:3 (cim:areia
padrão normalizada)
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Finura
• Finura
▫ Corresponde à área específica de contato dos
grãos de cimento com a água da mistura,
tanto maior quanto mais eficiente for a
moagem do clínquer com gesso
▫ Determinação:
 Finura (NBR 11.579): peneiramento (nº 200 e
nº 325)
 Área específica (NM 76): Permeabilímetro de
Blaine

8. 8
▫ Influência no comportamento do cimento:
▫ Aumento das resistências iniciais e finais;
▫ Aumento do calor de hidratação em um espaço
de tempo menor;
▫ Aumento do consumo de água, isto é,
necessita-se elevar relação água/materiais
secos para manter a mesma trabalhabilidade;
▫ Melhora a estabilidade da mistura no estado
fresco, reduzindo o fenômeno de exsudação.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Finura
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
• Pega
▫ Termo usado para descrever a solidificação da
pasta plástica de cimento
 Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a
pasta torna-se não trabalhável
 Fim de pega: Tempo necessário para a pasta se
torne totalmente rígida
▫ Importância:
 Determina o período de tempo que o concreto
pode ser trabalhado após o seu lançamento.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
• Pega
▫ Determinação: Aparelho de Vicat
 NM 43: Água da pasta de consistência normal
 NM 65: Tempo de pega
 Início de pega: Agulha penetra 36mm na pasta
 Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da
pasta, sem penetrar
▫ Enrijecimento:
 Perda de consistência da pasta plástica do cimento -
está relacionada com a perda de abatimento do
concreto.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Tempo de pega
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Expansibilidade
• Expansibilidade - sanidade - estabilidade
volumétrica
▫ Retrata a variação de volume do cimento após a
pega, por conta de hidratação lenta ou reação
expansiva com algum composto presente no
cimento endurecido
 CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de
etringita atrasada)
▫ Determinação (MB3435):
 Ensaios em auto clave.
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - Expansibilidade

9. 9
CIMENTO PORTLAND
Propriedades – Calor de hidratação
• Calor de hidratação
▫ Representa o calor gerado pela reação
exotérmica de hidratação do cimento
▫ Importância:
 Execução de peças com grande volume de concreto
(concreto massa) - barragens, blocos de fundação
 Regiões com baixa temperatura ambiente
▫ Determinação:
 Calorímetro (difícil avaliação precisa - encontrado
apenas em grandes laboratórios)
Limites
Ensaios und
CP V RS CP II F 32 CP II Z 32 RS CP IV 32 RS
Adição de material carbonático % 0 - 5 6 -10 0- 10 0- 5
Adição de pozolana % 6 -14 15-50
Res. na peneira Nº 200 %  6  12  12  8
Finura
Área especifica m2
/kg 300 260 260
Tempo de início de pega h 1 >1 >1 >1
Tempo de fim de pega h <10 <10 <10 <10
Resíduo insolúvel % <1 <2,5 <16
1 dia MPa 14
3 dias MPa 24 10 10 10
7 dias MPa 34 20 20 20
Resistência à
compressão
28 dias MPa 32 32 32
Cimentos comercializados na RMR
CIMENTO PORTLAND
Propriedades - ensaios
CIMENTO PORTLAND
Água presente na pasta endurecida
• Água capilar - água presente nos poros de
grande dimensão (> 50Å), livre das forças de atração
exercidas pela superfície sólida (água livre ou retida
por tensão capilar)
• Água adsorvida - refere-se àquela água próxima
da superfície do sólido, sob influência das suas forças
de atração
CIMENTO PORTLAND
Água presente na pasta endurecida
• Água intramolecular (água de gel) -
camada molecular de água presente ente as camadas
de C-S-H, sendo perdida somente por secagem com
umidade inferior a 11% (retração autógena)
• Água quimicamente combinada - é a água
integrante da estrutura dos produtos hidratados do
cimento (C-S-H, Ca(OH)2, sulfoaluminatos de cálcio
hidratados)
CIMENTO PORTLAND
Vazios presentes na pasta endurecida
• Espaço intramolecular do C-S-H - vazio existente
entre as camadas de C-S-H, não tendo influência quanto à
resistência e permeablidade
• Vazios capilares - espaço não preenchido pelos
componentes sólidos da pasta (cimento anidro + água =
produtos de hidratação + vazios) - porosidade
▫ macroporos (>50nm) -  resistência e permeabilidade
▫ microporos (<50nm) - retração por secagem e fluência
• Ar incorporado - vazios obtidos por meio de aditivos
(50 a 200m), a fim de incrementar a trabalhabilidade, ou
durante a operação de mistura (até 3mm) -  resistência e
permeabilidade