Produção e Caracterização do Cimento

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Resumo 4 
Nome: Francisca Angélica Albuquerque Severo / Turma: Civil 25 
Cimento Portland 
• Aglomerante hidráulico 
• Composição majoritária de silicatos de cálcio. 
Produção 
𝑀𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 → 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎çã𝑜 → 𝐴𝑑𝑖çã𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑝𝑠𝑖𝑡𝑎 → 𝑀𝑜𝑎𝑔𝑒𝑚 
Notação: 
A – 𝐴𝑙2𝑂3 
C – 𝐶𝑎𝑂 
F – 𝐹𝑒2𝑂3 
H – 𝐻2𝑂 
M – 𝑀𝑔𝑂 
S – 𝑆𝑖𝑂2 
�̅� - 𝑆𝑂3 
1) M atéria prima: 
• Formação de uma mistura de calcários (𝐶𝑎𝐶𝑂3) e argilas 
(𝑆𝑖𝑂2, 𝐴𝑙2𝑂3 𝑒 𝐹𝑒2𝑂3) numa proporção de 80/20. 
• Britagem da mistura até que o tamanho dos grãos seja inferior a 75 𝜇m e 
é feita a homogeneização da mistura. 
• A seguir a mistura é aquecida até 900ºC (Processo chamado de 
descarbonatação porque ocorre a reação 𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2) 
• Em seguida, a mistura passa para um forno giratório a 1450 ºC onde ocorre 
a combinação de óxidos e a formação do clínquer. 
2) Calcinação: 
Fases do clínquer: 
- Alita ou silicato tricálcico: 3𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 (𝑁𝑜𝑡𝑎çã𝑜: 𝐶3𝑆) – 45 a 65% 
- Belita ou silicato dicálcico: 2𝐶𝑎𝑂. 𝑆𝑖𝑂2 (𝑁𝑜𝑡𝑎çã𝑜: 𝐶2𝑆) – 10 a 30% 
- Aluminato tricálcico: 3𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3 (𝑁𝑜𝑡𝑎çã𝑜: 𝐶3𝐴) – 2 a 13% 
- Ferroaluminato tetracálcico: 4𝐶𝑎𝑂. 𝐴𝑙2𝑂3. 𝐹𝑒2𝑂3 (𝑁𝑜𝑡𝑎çã𝑜: 𝐶4𝐴𝐹) – 9 a 15% 
3) Adição: 
Adição de até 5% em massa de gipsita 
4) M oagem: 
Geralmente o tamanho dos grãos varia entre 2 a 80𝜇m e pode ou não ocorrer 
a adição de pozolana ou filer. 
Caracterização do cimento Portland 
Composição do cimento Portland: 
- 𝐶3𝑆 – 45 a 65% 
- 𝐶2𝑆 – 10 a 30% 
- 𝐶3𝐴 – 2 a 13% 
- 𝐶4𝐴𝐹 – 9 a 15% 
- 𝐶𝑆̅ – 2 a 5% 
- Outros – 1 a 2% 
Cimento anidro 
• Geralmente as fases anidro não são estruturas perfeitas o que causa 
instabilidade em meio aquoso. 
• Tanto a Alita quanto a Belita e o aluminato tricálcico podem conter 
impurezas (Mg, Al, Fe, Na e K) 
• Estrutura da Alita: 
 
o Irregularidade no campo eletrostático 
o Espaços intersticiais da coordenação irregular de O 
o Alta reatividade. 
• Estrutura da Belita: 
 
o Estrutura menos irregular que a Alita 
o Menos interstícios 
o Reatividade menor 
• 𝐶3𝐴 e 𝐶4𝐴𝐹: Possuem grandes vazios na estrutura e reagem ainda mais 
rápido que a alita. 
Hidratação 
• Cimento Portland endurece com água após reação com água. 
M ecanismos de hidratação 
1) Aluminatos 
• Hidrata antes dos silicatos 
• Hidratação do 𝐶3𝐴 e do 𝐶4𝐴𝐹 são similares 
• Reação instantânea com água (Retardada pela gipsita devido a interação 
dos aluminatos com a gipsita) 
• O 𝐶𝑆̅ em água libera 𝐶𝑎2+ 𝑒 𝑆𝑂4
2− ⇒ Diminui a solubilidade dos aluminatos 
• A hidratação dos aluminatos libera 𝐶𝑎2+ 𝑒 𝐴𝑙𝑂4
5−que por sua vez geram 
aluminato de cálcio hidratado (C-A-H) 
• Os íons 𝐶𝑎2+, 𝑆𝑂4
2− 𝑒 𝐴𝑙𝑂4
5− geram hidratos de sulfoaluminato de cálcio que 
se apresentam na forma de etringita(AFt) (𝐶6𝐴𝑆3̅𝐻32) ou 
monosulfato(AFm) (𝐶4𝐴𝑆̅𝐻18) 
• O produto final depende da relação de aluminato/sulfato da solução. 
• Tempo influencia no produto que forma: 
o Pouco tempo → Forma etringita 
o Muito tempo → Forma monosulfato 
2) Silicatos 
• 𝐶3𝑆 e 𝐶2𝑆 liberam 𝐶𝑎2+ e 𝑆𝑖𝑂4
4−, mas o 𝐶3𝑆 libera mais rápido. 
• A liberação dos íons é mais lenta que a liberação de 𝐴𝑙𝑂4
5−. 
• Por causa do 𝐶3𝑆 ocorre a formação do hidróxido de cálcio (Portlandita 
(𝐶𝑎(𝑂𝐻)2) ) 
• Por causa do 𝐶2𝑆 ocorre a formação do silicato de cálcio hidratado (C – S 
– H) 
Resumo: 
 
Processo de hidratação 
• Hidratação é um processo heterogêneo 
• Parâmetros que influenciam: 
o Taxa de dissolução das fases participantes 
o Taxa de nucleação e crescimento dos hidratos formados 
o Taxa de difusão dos íons e da água através dos produtos hidratados 
• Mecanismos propostos: 
o Através da solução: 
▪ Dissolução dos íons → Formação de hidratos → Precipitação 
dos hidratos 
o Estado-sólido: 
▪ Reação na superfície da partícula (Sem os compostos irem 
pra solução) 
• Etapas: 
o Pré-indução: 
▪ Dissolução rápida dos íons 
▪ Saturação de 𝐶𝑎2+ e 𝑆𝑂4
2− 
▪ Dissolução de 𝐶3𝑆 e precipitação de camada de 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 
▪ Dissolução de 𝐶3𝐴 e reação com 𝐶𝑎2+ e 𝑆𝑂4
2− para formar 
AFt 
o Indução: 
▪ Reação desacelera bruscamente por causa da 
impermeabilidade, da dupla camada elétrica que se forma e 
da nucleação. 
▪ Saturação de 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 e declínio, 𝑆𝑂4
2− fica constante e há 
formação de AFt 
o Aceleração: 
▪ Reação acelera por causa da nucleação de 𝐶 − 𝑆 − 𝐻. 
▪ Dissolução de 𝐶3𝑆, formação de 𝐶 − 𝑆 − 𝐻 e precipitação de 
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 
▪ Sulfato de cálcio é totalmente dissolvido e há formação de 
AFt. 
o Pós-aceleração: 
▪ Reação desacelera por causa da limitação da difusão e do 
preenchimento de espaço. 
▪ Hidratação do 𝐶3𝑆 e formação de produtos. 
▪ Início da hidratação do 𝐶2𝑆. 
▪ Quantidade de 𝑆𝑂4
2− diminui. Ocorre formação de AFm da 
reação de AFt e 𝐶3𝐴 adicional. 
▪ Pode haver partículas que não reagem 
▪ Ocorre aumento do tamanho da cama de C-S-H. 
 
 
• Uma alta relação água/cimento favorece a formação de poros capilares. 
• A hidratação do cimento Portland é exotérmica (Visto no lab) 
 
Propriedades 
1) Estado fresco: 
a. Trabalhabilidade 
▪ Esforço (Tema ver com consistência) pra trabalhar o concreto 
com a menor perda possível de homogeneidade (Tem a ver com 
coesão). 
▪ Consistência: Indica capacidade de fluir/Mobilidade do concreto 
fresco 
▪ Coesão: Indica capacidade do concreto fresco de segurar água ou 
agregado 
▪ Trabalhabilidade = Consistência + Coesão 
 
b. Tempo de pega 
▪ Relacionado com a perda de consistência da pasta de cimento 
▪ Hidratos De aluminato e C-S-H está relacionados ao tempo 
de pega 
 
2) Estado endurecido 
a. Resistência mecânica 
▪ A pasta de cimento ganha resistência mecânica com o tempo 
▪ Grande área superficial dos C-S-H, C-A-S-H C-A-H e C-A-𝑆̅-
H aumentam a resistência mecânica 
▪ Presença de poros diminuem a resistência mecânica. 
b. Estabilidade dimensional 
▪ Apresenta comportamento linear no diagrama Tensão x 
Deformação 
▪ Módulo de elasticidade: 7 a 28 GPa 
▪ Nem sempre é elástico 
▪ Retração (Contração da pasta endurecida): 
o Retração química: Volume do cimento anidro + 
Volume de água > Volume dos produtos hidratados. 
o Retração autógena: Redução de volume macroscópica 
após o início do tempo de pega 
o Retração por secagem: Deformação da pasta a partir 
da variação da umidade relativa do ambiente. 
▪ Devido a movimentação da água; 
▪ Irreversibilidade tem a ver com mudança de 
estrutura. 
▪ Fluência: 
• Mecanismo parecido com o da retração por secagem 
• Depende da carga, da temperatura e do tempo 
Concreto 
M icroestrutura do Concreto Endurecido 
Pasta 
• A fase sólida é formada pelos produtos hidratados: 
o C-S-H – 50-60% (Volume) 
▪ Estrutura pouco cristalina 
o C-A-S-H – 5-15% 
▪ Estrutura pouco cristalina 
o CH – 20 -25% 
▪ Estrutura hexagonal 
o C-A-𝑆̅-H – 15-20% 
▪ Estrutura em formato de agulhas (Ettringita) ou hexagonal 
(Monos.) 
o C-A-H – 5-15% 
▪ Estrutura hexagonal 
• Nessa fase sólida geralmente ainda há presença de cimento não hidratado 
• A água pode estar tanto nos poros quanto combinada com os produtos 
hidratados. 
• Poros: 
o Interlamelar do C-S-H 
▪ Surge entre lamelas 
o Capilares 
▪ Não ocupado por sólidos 
▪ Surge do excesso de água 
o Ar 
▪ Aprisionado ou incorporado 
• Água: 
o Pode estar no formato de água capilar, adsorvida, interlamelar ou 
combinada (Parte da estrutura do C-S-H) 
Zona de transição interfacial - definição e principais propriedades 
• Região de interface entre a pasta e o agregado 
• Formação: 
o Formação de filme de água ao redor do agregado 
▪ Alta relação água/cimento nessa região 
▪ Menor compactação de partículas de cimento nessa área 
o Formação de cristais CH e C-A-𝑆̅-H 
▪ Relativamente maiores e excesso de água 
▪ Estrutura mais porosa na região 
o Formação de C-S-H e outros produtos secundárioscom o tempo 
▪ Tampam um pouco dos poros da região 
 
• Propriedades: 
o Resistência mecânica: 
▪ Resistência mecânica é baixa por causa dos poros e dos 
produtos cristalinos de baixa superfície específica orientada 
o Propriedades mecânicas: 
▪ A ZTI é a parte mais fraca do concreto. 
▪ Concreto se comporta de forma diferente da pasta de cimento 
e do agregado no gráfico tensão x deformação por causa da 
ZTI 
Propriedades no estado fresco 
Definição 
• Estado fresco: Início da mistura até perder totalmente a fluidez. 
1) Trabalhabilidade: 
a. Slump test 
▪ Mede consistência 
▪ Ensaio simples 
▪ Não é bom para concretos de consistência muito alta ou baixa 
b. Perda de consistência 
▪ Ocorre devido às reações de hidratação, adsorção e 
evaporação de água 
▪ Dificulta trabalhar com concreto 
▪ Diminui a produção 
▪ Causa piora das propriedades mecânicas do concreto 
endurecido 
▪ Causas: Finura e composição do cimento, tempo excessivo de 
mistura, transporte, lançamento, adensamento, calor de 
hidratação, temperatura do ambiente 
▪ Soluções: Conhecer o tipo de cimento, otimizar tempo de 
mistura e aplicação e manter temperatura próxima da do 
ambiente. 
 
 
c. Perda de coesão (Segregação) 
▪ Separação dos agregados da argamassa/pasta ou a água se 
separa do concreto e fica mais concentrada na superfície. 
▪ Piora nas propriedades do concreto endurecido 
▪ Causas: Consistência inapropriadas, aplicação e compactação 
inapropriadas, partículas grandes com alta/baixa densidade, 
baixa quantidade de finos 
2) Tempo de pega: 
• Início da solidificação do concreto fresco. 
• Início do tempo de pega: Começa a apresentar dificuldade em ser 
trabalhado 
• Fim do tempo de pega: Começa a ganhar resistência rapidamente 
• Causa: Cimento Portland reage com água e começa a formar produtos 
hidratados 
a. Ensaio de Vicat: Penetração da agulha se relaciona com tempo de 
pega 
 
• O que influencia: 
o Cimento Portland: 𝐶3𝐴, sulfatos, etc. 
o Relação água/cimento: Aglomeração dos produtos hidratados 
o Temperatura 
o Aditivos e adições 
Principais parâmetros de influência 
• Água 
o Aumenta consistência e diminui coesão 
• Cimento Portland 
o Aumenta coesão e diminui consistência 
• Agregados 
o Quanto mais redondo ou de maior tamanho, maior é a consistência 
• Aditivos 
o Aumenta consistência e coesão 
• Adições 
o Aumenta coesão e diminui consistência 
Propriedades no estado endurecido 
• Após solidificação do concreto 
1) Resistência mecânica: 
• Capacidade de suportar cargas e não falhar 
• Pastas e argamassas seguem a relação inversa entre resistência e 
porosidades 
• Concreto não segue essa relação por causa da ZTI 
• ZTI e porosidade são fatores limitantes na resistência do concreto. 
• Ruptura ocorre quando microfissuras da ZTI se liga com as fissuras da 
pastas 
• A ruptura normalmente é frágil e na compressão é menos frágil. 
• Fatores que afetam: 
o Características e proporções de materiais: 
▪ Relação a/c 
▪ Presença de ar: Afeta mais concretos de alta resistência, 
aditivos incorporadores de ar aumentam consistência. 
▪ Tipo de cimento 
▪ Agregado: 
 
▪ Água 
▪ Adições e aditivos 
o Condições de cura 
▪ Tempo de cura: Hidratação ocorre com o tempo e aumenta a 
resistência do concreto 
▪ Umidade da cura: Quanto mais úmido, menor é a perda de 
água para o ambiente. 
▪ Temperatura da cura: 
 
o Parâmetros de ensaios/testes 
▪ Parâmetros da amostra: Formato 
▪ Parâmetros do carregamento: Velocidade e duração do 
carregamento interferem na resistência (Fluência) 
▪ Efeito Rusch: Menores valores de resistência com carregamento 
de longa duração quando comparado ao carregamento de curta 
duração (Relacionado a fluência) 
2) Deformação 
• Resposta do concreto a uma dada manifestação ou efeito. 
• Devido a carga: Tensão-Deformação 
• Devido a água: Retração por secagem, autógena e fluência 
• Devido à temperatura: Expansão/contração 
• O concreto geralmente está sujeito a deformação, o que surge tensões 
quando há restrição de movimento e podem causar fissuras 
• Tensão x deformação: 
o Não tem comportamento linear até a ruptura 
o Porosidade, empacotamento e composição influenciam o modulo de 
elasticidade do agregado. 
o Tamanho, forma, mineralogoia e textura influenciam a formação de 
microfissura na ZTI 
o Porosidade (Influenciada pelo a/c) influencia o módulo de 
elasticidade da pasta 
o A/C e interação com agregado influenciam a porosidade, as 
microfissuras e portlanditas orientadas da ZTI 
• Retração por secagem e fluência: 
o Perda de água capilar, adsorvida e intralamelar devido à umidade 
do ambiente causa retração por secagem 
o Perda de água capilar, adsorvida e intralamelar devido à carga causa 
retração por fluência. 
o Fluência é irreversível 
o Fatores que afetam: 
▪ Materiais e proporções 
▪ Tempo e umidade (Maior ocorrência a curta idade) 
• Não tem retração por secagem com umidade relativa 
100% 
• Ocorre fluência mesmo com umidade relativa a 100% 
▪ Geometria do concreto 
• Quanto maior a altura, maior o caminho que a água 
precisa percorrer. 
▪ Temperatura 
▪ Intensidade da carga 
▪ Histórico da cura 
• Expansão/contração devido a temperatura 
o Geralmente o coeficiente de dilatação térmica do agregado tem 
maior influencia nesta propriedade do concreto 
o Variação muito grande entre coeficiente de dilatação térmica entre 
pasta e agregado favorece formação de microfissuras 
Concreto a curta idade 
Definição 
• Tempo até que o concreto atinja certa maturidade 
• Varia de acordo com reatividade do cimento, temperatura, adições, etc 
• Geralmente 2-7 dias 
Principais etapas 
1) 
a. Dosagem : 
▪ Determinação das melhores proporções dos materiais 
o Cuidados: Medir em massa ou volume, ordem de 
colocação dos materiais antes de misturar 
b. Mistura 
▪ Mistura dos materiais para obtenção de massa homogênea 
o Cuidados: Massa não ficar homogênea, nem perder 
consistência rapidamente 
c. Transporte 
▪ Transporte do concreto fresco até o ponto de aplicação 
o Cuidados: Não pode perder consistência rapidamente 
nem ocorrer segregação dos materiais 
2) 
a. Lançamento 
▪ Colocação do concreto nas formas no ponto de aplicação. 
o Cuidados: Não pode perder consistência rapidamente, 
nem haver segregação de materiais e nem ocupar todo 
o espaço. 
b. Adensamento 
▪ Adensamento do concreto para diminuir vazios 
o Cuidados: Não pode haver segregação dos materiais, 
excesso de vazios e nem abertura das formas. 
c. Acabamento 
▪ Aprontar a superfície do concreto pronta para próxima etapa 
ou finalizada 
o Cuidados: Desnivelamento, exsudação e demais 
cuidados variando de acordo com a finalidade 
3) 
a. Cura 
▪ Processo no qual se limita a perda de água e se controla a 
temperatura do concreto 
o Cuidados: Perda excessiva de água ou grande variação 
da temperatura (Pode ser evitado jogando água sobre 
o concreto ou cobrindo-o) 
b. Retirar formas 
▪ Processo no qual se retiram as formas do concreto após certa 
maturidade 
o Cuidados: Concreto deve ter atingido resistência 
suficiente para suportar o peso próprio 
Tipos de concreto 
1) Concreto leve 
Definição 
• Concreto com massa específica menor que 1800 kg/m3 (Usual é 2500 
kg/m3) 
Vantagens 
• Baixo peso próprio 
• Alta relação resistência mecânica/ massa específica 
Componentes 
• Agregados leves (Normalmente tem alta porosidade) (Ex.: Argila 
expandida) 
• Cimento convencional 
• Aditivos de incorporador de ar 
Principais propriedades 
• Trabalhabilidade: Necessita de menor consistência que o usual; Segregação 
(Flutuação do agregado); Pode acontecer perda rápida de consistência. 
• Massa específica: Deseja-se atingir maior relação resistência 
mecânica/Massa específica 
• Resistência mecânica: Ruptura geralmente ocorre no agregado. Resistência 
varia de 20-35 MPa 
• Deformação: Baixo módulo de elasticidade; Maior fluência e retraçãopor 
secagem. 
Aplicações 
• Obras de baixo custo: Custo global menor mesmo com concreto leve sendo 
mais caro 
2) Concreto de alta resistência 
Definição 
• Concreto com resistência mecânica maior que 60 MPa (Usual é 25-50 MPa) 
Vantagens 
• Alta resistência mecânica 
• Diminuição da seção transversal 
Componentes 
• Cimento convencional 
• Superplastificantes e pozolanas 
• Agregados com boa estabilidade dimensional, granulometria e tamanho 
limitado 
Principais propriedades 
• Trabalhabilidade: Alta consistência por causa do superplastificante; Alta 
coesão(Por causa dos finos, do cimento e das adições) 
• Resistência mecânica: Pode chegar a 60-130 Mpa a 90 dias de cura; 
Principal fator é relação a/c, adições e aditivos da mistura. 
• Deformação: Aumento da retração autógena; Aumento da retração pela 
temperatura; Aumento da fluência/retração por secagem; Aumento do 
módulo de elasticidade 
• Diagrama tensão-deformação é mais linear devido a ZTI mais resistente 
Aplicações 
• Obras de grandes alturas 
3) Concreto de alto desempenho 
Definição 
• Concreto com desempenho superior utilizado para determinada função 
(Fácil lançamento, coeso, alta resistência inicial, permeabilidade, 
durabilidade, etc.) 
Vantagens 
• Melhor desempenho que o concreto convencional para dada aplicação 
Componentes 
• Varia de acordo com a finalidade 
Principais propriedades 
• Trabalhabilidade: Alta consistência por causa do superplastificante; Alta 
coesão(Por causa dos finos, do cimento e das adições) 
• Resistência mecânica: Pode chegar a 60-130 Mpa a 90 dias de cura; 
Principal fator é relação a/c, adições e aditivos da mistura. 
• Deformação: Aumento da retração autógena; Aumento da retração pela 
temperatura; Aumento da fluência/retração por secagem; Aumento do 
módulo de elasticidade 
• Diagrama tensão-deformação é mais linear devido a ZTI mais resistente 
Aplicações 
• Offshore e plataforma: Baixa permeabilidade para evitar corrosão de 
armadura 
• Pontes de longa vida útil: Superior ao concreto convencional 
• Pontes perto do mar: Baixa permeabilidade, boa estabilidade dimensional, 
etc. 
4) Concreto auto adensável 
Definição 
• Concreto que pode ser lançado sem necessidade de adensamento e que 
tenha poucos vazios 
• Concreto que apresente alta consistência e alta coesão no estado fresco 
Vantagens 
• Não precisa de adensamento 
• Alta produtividade 
• Menor falha de concretagem 
Componentes 
• Cimento convencional 
• Superplastificantes 
• Adições finas 
• Modificador de viscosidade 
• Agregados convencionais (Limitar tamanho) 
Principais propriedades 
• Trabalhabilidade: Concreto de muito alta consistência (Normalmente não 
dá pra medir por slump test 
Aplicações 
• Locais com muita armadura: Muito alta consistência melhora processo de 
concretagem 
5) Concreto com fibras 
Definição 
• Concretos que contém materiais discretos e descontínuos chamados de 
fibras 
Vantagens 
• Dependendo do tamanho e quantidade principalmente aumentam 
tenacidade e resistência ao impacto 
Componentes 
• Materiais convencionais 
• Adições e aditivos 
• Fibras (Aço, polímero, etc.) 
Principais propriedades 
• Trabalhabilidade: Baixa consistência 
• Resistência mecânica: Maior resistência à tração 
• Tenacidade: Aumento da tenacidade 
• Estabilidade dimensional: Colabora pouco 
Aplicações 
• Onde necessita de ductilidade ou controle de fissuras 
• Há casos em que não dispensa uso da armadura 
Aplicações do concreto estrutural 
• Concreto armado: Aço trabalha em conjunto com concreto (Compósito) 
para resistir principalmente aos esforços de traçaõ 
• Concreto protendido: Aço é tracionado, gerando efeito de compressão no 
concreto, dificultando formação de fissuras quando surge efeito de tração 
na peça.