O cimento Portland, material n° 1 da engenharia civil
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.
Durabilidade: Padrão
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.
Durabilidade: Padrão
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.
Durabilidade: Maior
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.
Durabilidade: Maior
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.
Durabilidade: Padrão
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.
Durabilidade: Padrão
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.
Durabilidade: Maior
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.
Durabilidade: Padrão
Etapas do processo industrial de fabricação do cimento
Extração da matéria prima
A principal matéria-prima do cimento é o calcário. Ele é extraído de pedreiras e jazidas e normalmente as fábricas de cimento estrategicamente se posicionam próximas ao local da extração.
Britagem
A britagem é realizada com o objetivo de reduzir os materiais à condição de grãos em tamanhos adequados para a continuação do processo.
Moedura e mistura
As matérias-primas são misturadas na proporção pré-determinada e são finamente moídas formando o chamado “cru”.
Queima
O “cru” é queimado em um forno constituído por um tubo inclinado girando lentamente em torno do seu eixo. O resultado dessa queima é o clínquer.
Adição de gipsita (sulfato de cálcio)
É adicionado sulfato de cálcio em pó, mais conhecido como gesso, ao resultado da queima para retardar a hidratação do cimento.
Moedura do clínquer
O clíquer, então, é moído e recebe adições (minerais) formando os mais diversos tipos de cimentos existentes.
Expedição
O produto final, cimento, depois de pronto é ensacado para ser enviado às distribuidoras ou segue à granel para concreteiras.
Produtos a partir do cimento
Pasta
A pasta é o produto da mistura de cimento com água.
Argamassa
A argamassa é o resultado da mistura e homogeneização de cimento, água e areia (agregado miúdo). Esse material é utilizado para chapisco, contrapiso e, com adição de cal, em emboço, rejuntamento e assentamento de alvenaria.
Concreto simples
O concreto, por sua vez, é o resultado da mistura e homogeneização de cimento, águas, areia (agregado miúdo), brita (agregado graúdo) e água. Também podem ser adicionados aditivos à mistura para alterar algumas de suas propriedades. Esse material pode ser utilizado em pequenas e grandes edificações, estradas, pontes, viadutos, passarelas, usinas de energia, estádios, canais, saneamento, etc.
Concreto magro
O concreto magro é um concreto sem função estrutural. Ele é feito utilizando-se pouco cimento, muito agregado e reduzida quantidade de água. Normalmente é utilizado para regularizar ou proteger mecanicamente certas superfícies. Um uso muito comum é na criação do chamado lastro, que consiste em uma camada uniforme sob os elementos de fundação de concreto com o objetivo de evitar o contato direto destes com o solo.
Concreto armado
O concreto armado é a combinação do concreto simples com uma armadura passiva. Essa armadura normalmente é composta por barras CA-50 ou CA-60 e é chamada passiva pois não recebe tensionamento.
Concreto protendido
O concreto protendido é o concreto armado com adição de armadura ativa, que é composta por barras tensionadas que conferem esforço de compressão à estrutura.
Artefatos
Elementos pré-fabricados feitos de argamassa, concreto ou de forma composta. Como exemplo, podemos citar os blocos, tubulações, peças hidro sanitárias, estruturas pré-moldadas.
Produção de cimento no Brasil – números
Região norte – 8 fábricas
Região nordeste – 33 fábricas
Região centro-oeste – 9 fábricas
Região sudeste – 39 fábricas
Região sul – 12 fábricas
Total de cimento produzido no Brasil em 2020 – 16.971.647 toneladas
Fonte: Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SINIC) – 2019
Globalmente, as emissões de CO2 da indústria do cimento representam cerca de 7% das emissões totais produzidas pelo homem. No Brasil, em função de ações que vêm sendo implementadas há anos, esta participação é praticamente um terço da média mundial, ou 2,6%, segundo o Inventário Nacional de Gases de Efeito Estufa.
Olhar mais profundo – Clínquer
Constituintes desejáveis
Cal (CaO)
Sílica (SiO2)
Alumina (Al2O3)
Óxido de ferro (Fe2O3)
Constituintes indesejáveis
Magnésia (MgO)
Álcalis (Na2O, K2O)
Sulfatos (SO3)
Compostos
- Silicato tricalcico (3CaO . SiO2) ou Alita – C3S
Responsável pela resistência do cimento, principalmente nos primeiros 28 dias. Tem endurecimento rápido, alta resistência inicial, alto calor de hidratação e promove a cura. Sua participação no cimento está em torno de 65%.
- Silicato bicalcico (2CaO . SiO2) ou Belita – C2S
Responsável pelo endurecimento e ganho de resistência no longo prazo, após 28 dias. Tem endurecimento lento, baixo calor de hidratação, baixa resistência inicial e resiste aos ataques químicos. Representa, aproximadamente, 20% do cimento.
- Aluminato tricalcico (3CaO . Al2O3) – C3A
Contribui para a resistência principalmente no primeiro dia. Tem pega muito rápida, é suscetível ao ataque de meios sulfatados, alto calor de hidratação, alta retração e baixa resistência final.Representa, aproximadamente, 5 a 10% do cimento.
- Ferro Aluminato tetracalcico (4CaO . Al2O3 . Fe2O3) ou Ferrita – C4AF
Não contribui para a resistência do cimento. Porém, é responsável pela formação do eutético, que barateia o custo do cimento. Apresenta endurecimento lento, é resistente aos meios sullfatados e possui coloração escura. Representa em torno de 5 a 10% do cimento.
- Cal livre CaO
Expansivo , é aceitável somente em pequenas quantidades. Ele é resultado da falha de fabricação do cimento. Tem participação entre 0,5 e 1,5%.
- Periclásio MgO
Com a cal livre, também é expansivo e indesejável. Sua participação no cimento deve estar abaixo de 6,5%.
