O cimento portland ou simplesmente cimento é resultado da mistura proporcionada de calcário e argila. Esse material foi patenteado em 1824 pelo pedreiro britânico Joseph Aspdin. Sua mistura continha calcário finamente moído e argila primeiro aquecida e depois moída em pó. Esse material ao entrar em contato com a água endurecia, ou seja, era hidráulico. No estado endurecido, se tornava semelhante a uma rocha encontrada na ilha de Portland, na Inglaterra, o que justifica o segundo termo acrescentado ao nome desse material.

Apesar de ter sido patenteado somente em 1824, o cimento foi realmente concebido em 1756 pelo inglês John Smeaton, que obteve um material resistente através da mistura de componentes argilosos e calcários. Após ele, em 1818, o engenheiro francês Louis Vicat obteve resultados semelhantes. Em 1822 Louis inaugurou a Ponte de Souillac sobre o rio Dordogne na França, feita com o cimento artificial. Apesar desses três nomes aparecerem na história do surgimento desse tão importante material, atualmente, se considera apenas Louis Vicat como o inventor do cimento artificial.

Principais componentes do cimento Portland

Clínquer Portland

O clínquer é um produto granulado obtido da queima de uma mistura de calcário e argila.  As matérias primas (calcário e argila) passam pelo processo de britagem e moagem, são dosados na proporção correta e homogeneizados de maneira que praticamente toda cal (CaO) livre se combine com os compostos argilosos, sem que reste cal livre prejudicial.

Havendo CaO livre, ela poderá, posteriormente, combinar-se com o enxofre. Dessa combinação resultará na formação de um sal que agregará 32 moléculas de água, o que gerará expansão indesejada do cimento.

Após isso, a mistura é queimada ou clinquerizada em um forno com temperatura em torno de 1450°C e posteriormente resfriados. Por fim, as “pedras” de clínquer são moídas para serem misturadas com os outros componentes.

Sulfato de cálcio

Representado pela fórmula química CaSO4, o sulfato de cálcio (gipsita) é um elemento indispensável ao cimento, pois ele retarda a sua hidratação. Em outras palavras, é o sulfato de cálcio que faz com que o cimento não endureça instantaneamente ao entrar em contato com a água, dando tempo para manuseá-lo como se queira.

O clínquer Portland em pó somado ao sulfato de cálcio formam a base para todos os tipos de cimentos comuns existentes. Essa mistura primária é chamada de “cimento simples” ou “CPI” e ao receber outros componentes passa a ter outros nomes como será visto a seguir.

Tipos de cimento Portland

Os diferentes tipos de cimento são identificados por siglas. Seguem abaixo todas elas.

Cimento CPI ou cimento Portland comum

Cimento Portland CPI é o resultado da mistura entre o clínquer Portland e o sulfato de cálcio nas devidas proporções. Ele tem alto custo e baixa resistência. Além disso, é pouco utilizado no mercado atual.

Cimento CPII ou cimento Portland composto

Cimento Portland composto é o cimento comum com a adição de outros materiais. Esses materiais complementares diminuem o calor de hidratação do cimento. É bastante aplicado nos mais diferentes tipos de obras.

Tipos de Cimento Portland composto:

CPII-E: é um cimento comum com adição de escória granulada de alto forno.

CPII-Z: é um cimento comum com adição de pozolanas.

CPII-F: é o cimento comum com adição de fíler. Fíler é um material carbonático.

Cimento CPIII ou cimento Portland de alto-forno

O Cimento CPIII é o cimento comum com adição de 35 a 70% de escória de alto-forno.

Cimento CPIV ou cimento Portland pozolânico

O Cimento CPIV é o cimento comum com adição de 15 a 50% de material pozolânico. Esse tipo é recomendado para concretagens volumosas e em condições de elevadas temperaturas.

Cimento CPV-ARI ou cimento Portland de alta resistência inicial

Esse tipo de cimento possui alta reatividade nas primeiras horas de aplicação. Isso faz com que ele alcance elevada resistência em pouco tempo. Além disso, após 28 dias ele também apresenta maior resistência do que os cimentos convencionais. Ele tem a sua aplicação em obras que exigem rapidez de execução.

Cimento RS ou cimento Portland resistente a sulfatos

Esse cimento, como o nome indica, apresenta a característica de resistir aos meios agressivos sulfatados. Esses meios podem ser a água do mar, o esgoto, águas servidas, águas industriais ou, até mesmo, certos tipos de solos.

Cimento CP-BC ou cimento Portland de baixo calor de hidratação

Esse cimento tem a propriedade de liberar o calor da hidratação em taxas lentas de evolução. Dessa forma, é evitado o aparecimento de fissuras térmica, principalmente e grandes volumes de concreto onde o problema de fissuração térmica é agravado.

Cimento CP-B ou cimento Portland branco

Cimento de coloração branca, que é alcançada através do uso de caulim em substituição da argila e do baixo teor de manganês e ferro na composição. Ele tem aplicação em estruturas e também no rejunte de cerâmicas.

Telhados de argila podem ser encontrados no túnel do tempo em períodos por volta de 10000 ac. A argila era popular porque era um material disponível localmente, mas à medida que nos movemos para o século 19, as telhas de concreto e metal começaram a aparecer regularmente. Hoje, no século 21, a diversidade aumentou ainda mais, como veremos. Há diversos tipos de telhas.

20 a 25% da superfície urbana é constituída por telhados. E um dos elementos essenciais dessas estruturas é a telha. Elas são instaladas nos mais diversos tipos de propriedades residenciais, comerciais e históricas. Abrangem de restaurantes e resorts a museus e igrejas. Podem ser produzidas com diversos materiais, tais como cerâmica, pedra, cimento, amianto, metal, vidro, plástico, madeira e bambu. Os principais tipos de telhas serão apresentados abaixo com suas respectivas características particulares.

Telha cerâmica

As telhas cerâmicas são fabricadas com argila por meio de um processo que envolve homogeneização, moldagem e queima. A argila oferece excelente moldabilidade e alta retenção de coloração. Esse tipo de telha apresenta baixa transmissão de calor e ruído, o que aumenta o conforto térmico e acústico da edificação, e têm alta durabilidade. Por outro lado, são pesadas, o que exige uma estrutura reforçada para o telhado, propensas à quebra caso não sejam manuseadas com cuidado,  e, além disso, exigem profissionais experientes para a montagem. Os modelos mais comuns são: americana, francesa, romana, italiana e portuguesa.

Tipos de telhas cerâmicas

Imín: Inclinação mínima do telhado.

Tipos de acabamentos para telhado cerâmico

Curiosidade: No Brasil, o uso de telhas cerâmicas ocorre desde o descobrimento. Inicialmente as telhas eram conformadas manualmente com mão-de-obra escrava, onde estes as moldavam nas suas pernas.

Telha metálica

Nas formas ondulada ou trapezoidal a telha metálica se destaca por sua leveza e facilidade de instalação. Pode ser produzida com alumínio, estanho, cobre, zinco ou aço galvanizado. Tem elevada longevidade e durabilidade se comparada com os outros tipos de telhas, podendo ter uma vida útil de até 70 anos. Por outro lado, apresenta comportamento ruidoso em eventos de chuva e queda de granizo.

A inclinação mínima recomendada para essa telha é de 5%.

Se apresenta em três versões principais: tradicional, sanduíche e forro.

Telha metálica tradicional

Composta por uma lâmina de aço galvanizado em formato ondulado ou trapezoidal. O formato ondulado permite a instalação em forma de arco, o que é muito comum em galpões e que, dificilmente, pode ser reproduzido com a maiorias dos outros tipos de telhas.

Telha metálica sanduíche

Composta por duas lâminas de aço galvanizado em formato trapezoidal intercaladas por uma camada de poliestireno expandido (EPS), mais conhecido como isopor.

Telha metálica de forro

Composta por uma lâmina superior de aço galvanizado em formato trapezoidal, uma camada interna de poliuretano e uma camada inferior de PVC, deixando o aspecto de forro para a vista de baixo.

Telha de fibrocimento

As telhas de fibrocimento são desenvolvidas com a tecnologia CRFS (Cimento Reforçado com Fios Sintéticos). São utilizadas em obras residenciais, comerciais, etc. Se o foco da sua obra é rapidez e praticidade na construção, a telha Ondulada é a melhor alternativa. Por conta disso, ela é muito utilizada em projetos de escolas, hospitais, indústrias e conjuntos habitacionais.  Instalação simples e rápida, exige estrutura simples de apoio e apresenta grande variedade de peças complementares. Deve ser instalada com inclinação mínima de 9% (5°). Possui garantia de até 5 anos.

Telha ecológica

As telhas ecológicas são elementos de cobertura fabricados com material reciclado. Podem ser produzidas com resíduos de fibras vegetais, tais como pinho, eucalipto, bananeira e coco. Também podem ser fabricadas a partir da fibra de celulose, extraída de papel reciclado. Apresenta considerável leveza, chegando a ser 12 vezes mais leve do que os tipos de telhas de cerâmica e 4 vezes mais leve do que as telhas de fibrocimento. Do ponto de vista estético, muitas vezes esse tipo de telha não se promove muito bem.

Telha de vidro

A telha de vidro é uma ótima opção para quem deseja aproveitar a iluminação natural no interior da edificação.  Permite a passagem de luz, inibe a ocorrência de fungos e a proliferação de morcegos. É um elemento decorativo que contribui para a economia de energia elétrica.

A instalação é rápida, no entanto, exige mais cuidado. A manutenção não é constante, mas o custo para aplicação pode ser um pouco mais elevado que o dos outros tipos de telhas mais comuns.

Telha de concreto

Telhas de concreto são formadas essencialmente a partir da mistura de cimento Portland, areia, água e corantes. Possuem diversas formas e texturas e apresentam alta resistência ao vento. Se comparadas com as telhas cerâmicas, apresentam menor vida útil. Assim como a telha cerâmica, são pesadas, exigindo uma estrutura reforçada para o telhado, propensas à quebra caso não sejam manuseadas com cuidado  e exigem profissionais experientes para a montagem.

Apresenta baixa condutividade térmica, garantindo conforto no interior da casa, pouca absorção de água, levando a um telhado mais leve quando chove. Além disso, tem resistência que se destaca entre os tipos de telhas existentes, suportando cargas superiores a 200 kg. Pesa em torno de 40 kg/m² e possui 20 anos de garantia.

Telha translúcida

Ondulada ou trapezoidal é uma telha fabricada com polipropileno ou policarbonato. Permite a passagem de aproximadamente 70% da iluminação incidente sobre o telhado e é resistente aos raios solares. Tem boa durabilidade e resistência e é de fácil instalação. No caso dessa telha, a inclinação sugerida é de 27% (15°).

Esse tipo de telha pode ser mesclado com as telhas opacas de fibrocimento, proporcionando um telhado com regiões de iluminação específicas.

Telha gravilhada

Telha metálica revestida com material cerâmico. Material de alta tecnologia e sofisticação e, além disso, é durável e confere conforto à residência. Pesa 6,2 kg por m², é resistente e de fácil instalação. Não irradia calor, não absorve umidade e não gera ruído significativo sob chuvas fortes.

Além de reduzir os custos com mão de obra e estrutura de sustentação, as telhas gravilhadas conferem à arquitetura um acabamento diferenciado.

Podem ser encontrados os tipos Francesa, Romana e Shake. A inclinação mínima é de 12%.

Telha de compósito

Telha fabricada a partir de plástico e outros materiais sustentáveis. Como é característico dos materiais compósitos, apresenta baixa densidade, ou seja, é mais leve que a maioria das suas concorrentes. Por ser durável, algumas telhas de compósito dispões de uma garantia de 50 anos.

Telha fotovoltaica

Telha especial que, além de garantir a cobertura da residência, converte a energia proveniente da radiação solar em energia elétrica. Ela possui uma célula fotovoltaica acoplada responsável pela conversão de energia. Esse tipo de telha ainda é novo no Brasil, mas tem despertado o interesse do público por ser uma tecnologia que traz eficiência energética e contribui para a sustentabilidade, uma vez que produz energia de forma limpa e renovável. A grande dificuldade de popularização desse material é o seu alto custo se comparado aos tipos de telhas tradicionais.

O aço é uma liga de ferro carbono com no máximo 2,1% de carbono além dos elementos residuais inerentes ao processo de fabricação, tais como fósforo, enxofre, manganês e silício. Ele é obtido a partir de uma rocha conhecida como Hematita. Nas siderúrgicas, a hematita é reduzida formando o ferro gusa, que é a liga de ferro carbono. O agente redutor é o carbono. A liga de ferro carbono com mais de 2,1% de carbono em sua composição é classificada como ferro fundido e a outra parcela é classificada como aço.

Neste texto, vamos falar um pouco sobre a cal. Primeiramente, cal é o nome genérico de um aglomerante simples que resulta da calcinação de rochas calcárias. Além disso, essas rochas se apresentam sob diversas variedades, com características resultantes da natureza da matéria-prima empregada e no processamento conduzido. Em suma, a calcinação da rocha pura produz um óxido de cálcio puro (insumo industrial) que é um produto mais valorizado do que os normalmente utilizados na construção.

Matéria-prima para a produção do aglomerante cal

A princípio, sabe-se que nas rochas calcárias naturais, o carbonato de cálcio é frequentemente substituído pelo carbonato de magnésio, que não constitui uma impureza. Nesse sentido, a sílica, os óxidos de ferro e de alumínio são as impurezas mais comuns presentes nas rochas calcárias. Do mesmo modo, além das rochas calcárias, prestam-se também como matéria-prima os depósitos de esqueletos de animais como ocorre nos sambaquis.

Reações químicas do aglomerante cal

Inicialmente, na calcinação do calcário natural, o carbonato de cálcio é submetido a ação do calor a temperatura aproximada de 900°. Dessa forma, decompõe-se em óxido de cálcio e anidridos carbônicos. Esse processo ocorre de acordo com a seguinte reação química.

CaCO₃ +Calor → CaO + CO₂

Semelhantemente, o carbonato de magnésio (MgC03) se decompõe a uma temperatura ligeiramente inferior.

A cal viva

Antes de tudo, este material é o produto da calcinação do calcário natural. Primordialmente, ela contém óxido de calcário e exibe estrutura porosa e formatos idênticos aos dos grãos da rocha original. Além disso, podem ter vários tamanhos em função do processo de fabricação utilizado. Mas, em geral, são grãos de grandes dimensões, com 10 a 20 cm. Assim, são chamadas pedra de cal viva.

A cal extinta

Sobretudo, a cal viva não é ainda o aglomerante utilizado na construção. Portanto, o óxido deve ser hidratado, transformando-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante cal. Nesse sentido, a operação de hidratação recebe o nome de extinção. Assim, o hidróxido resultante denomina-se cal extinta quando o processo se realiza no local do emprego do material e cal hidratada quando a extinção se processa na fábrica.

Assim também, a reação química de extinção da cal viva é a seguinte:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

A cal hidratada

Primeiramente, a cal hidratada é um produto manufaturado que sofreu na usina o processo de hidratação. Dessa forma, é apresentada como um produto seco, em forma de flocos de cor branca. Por fim, a hidratação é feita em usinas por meio de um processo mecânico realizado em 3 estágios.

1. Antes de tudo, a cal viva é moída e pulverizada.
2. Em seguida, o material moído é misturado com a quantidade de água necessária.
3. Por fim, é realizado um peneiramento ou outra técnica equivalente. Assim, a cal é separada da não hidratada e das impurezas.

Classificação do aglomerante cal

Atualmente, se classificam as variedades de cal segundo dois critérios:

Classificação da cal de acordo com a composição química

• Cal cálcica

Tipo de cal que possui um teor mínimo de 75% de Ca0.

• Cal magnesiana

Tipo de cal com um teor mínimo de 20% de Mg0.

Classificação da cal de acordo com o rendimento da pasta

• Cal gorda

Tipo de cal com rendimento em pasta maior do que 1,82.

• Cal magra

Tipo de cal com rendimento em pasta menor do  que 1,82.

Processo de extinção da cal

Esse processo consiste na hidratação da cal viva, obtida mediante adição de água. Nesse sentido, a hidratação é uma reação altamente exotérmica, acompanhada de considerável aumento de volume. Dessa forma, na variedade cálcica de grande pureza, o processo é violento. Por outro lado, na variedade magnesiana, o processo é mais lento e consequentemente a produção de calor e o aumento de volume são menores.

Dinâmica da reação de extinção do aglomerante cal

A reação de hidratação da cal viva pode resultar na produção de hidróxido em forma cristalina ou coloidal em proporções que dependem das condições mantidas durante a reação. Assim, os cristais formam-se e desenvolvem-se devagar enquanto o hidróxido coloidal se forma com grande rapidez. Nesse sentido, a utilização de água quente ou morna e a agitação da mistura concorrem para o aumento da proporção de colóides, que melhora a plasticidade, o rendimento e a capacidade de sustentação da areia.

Cuidados no processo de extinção do aglomerante cal

Na extinção da cal cálcica, usualmente gorda, deve-se evitar a violenta elevação da temperatura, controlando o processo no sentido de um desenvolvimento térmico aceitável. Por outro lado, na extinção da cal magnesiana ocorre o contrário. Por ser lenta, a reação de hidratação, convém aproveitar a energia a energia térmica para acelerar o processo, que então resulta em uma maior proporção da fase coloidal de hidróxidos. Assim, no primeiro caso, para eliminar o perigo de queima da cal, o processo é conduzido com excesso de água. Por outro lado, no segundo caso, com controle da água utilizada.

Envelhecimento da pasta

Terminada a operação de extinção da cal, a pasta deve ser envelhecida, para que a hidratação se complete inteiramente.

• A pasta de cal obtida pela extinção da cal em pedra deve envelhecer de 7 a 10 dias
• Pode-se utilizar a pasta obtida pela extinção de cal em pó depois de 14h
• Pastas obtidas pela extinção de cal de variedades magnesianas devem ser envelhecidas por períodos mais longos, até 2 semanas.

Processo de endurecimento da cal

A cal extinta é utilizada em misturas com água e areia em proporções apropriadas na elaboração de argamassas. Acima de tudo, elas têm consistência mais ou menos plástica que endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo o carbonato original. Além disso, esse endurecimento se processa com lentidão e ocorre de fora para dentro. Por fim, o mecanismo de endurecimento, que depende do gás carbônico da atmosfera, explica o nome dado a esse aglomerante: Cal aérea.

A reação de carbonatação é a seguinte:

Ca(OH)₂ +  CO₂ →  CaCO₃ + H₂O

Sobretudo, essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água. Pois, o gás carbônico seco não combina satisfatoriamente com o hidróxido.

Comparação da cal: hidratada versus viva

Vantagens da cal hidratada

1. Primeiramente, tem maior facilidade de manuseio, transporte e armazenamento
2. Em seguida, é um produto pronto para ser utilizado eliminando em canteiro as operações de extinção e envelhecimento
3. Além disso, sendo produto seco e pulverulento, oferece maior facilidade de mistura na elaboração de argamassas
4. Por fim, não está sujeito aos riscos provocados pela hidratação espontânea da cal viva. Além disso, não tem risco de incêndios que poderiam ocorrer durante o seu transporte ou armazenamento.

Vantagens da cal viva

1. Primeiramente, a plasticidade das argamassas preparadas com pasta de cal resultante da extinção da cal viva é normalmente superior às preparadas com a cal hidratada.
2. O rendimento econômico é maior, assim como a capacidade de sustentação de areia.
3. Além disso, muita cal hidratada, por defeito no processo de fabricação, apresenta tão baixa proporção de coloides que sua plasticidade é muito reduzida. Todavia, isso dificilmente ocorre quando se utiliza a cal viva extinta.

Aplicação do aglomerante cal na construção civil

• Como um dos materiais para a produção da argamassa utilizada no emboço e no assentamento de alvenaria.
• Pinturas em construções de baixa responsabilidade, como as obras temporárias.
• Também, na utilização da técnica de solo-cal na estabilização de solos.