1_apostila cimento 2010 ifes

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 1 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 2 1.1. Histórico ............................................................................................................................ 2 1.2. Experiência brasileira ........................................................................................................ 3 2. INDÚSTRIA DO CIMENTO ....................................................................................................... 3 2.1. Definições.......................................................................................................................... 3 2.2. Características da indústria cimenteira ............................................................................. 4 3. MATÉRIAS-PRIMAS ................................................................................................................. 5 3.1. Calcário ............................................................................................................................. 5 3.2. Argila ................................................................................................................................. 6 3.3. Minério de ferro ................................................................................................................. 6 3.4. Sílica.................................................................................................................................. 7 3.5. Gesso ................................................................................................................................ 7 3.6. Qualidade da matéria-prima .............................................................................................. 7 3.7. Dosagem da matéria-prima ............................................................................................... 8 4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO ............................................................................................... 8 4.1. Britagem ............................................................................................................................ 8 4.2. Moagem de cru ............................................................................................................... 10 4.3. Homogeneização ............................................................................................................ 10 4.4. Pré-aquecimento ............................................................................................................. 10 4.5. Clinquerização................................................................................................................. 10 4.6. Resfriamento ................................................................................................................... 13 4.7. Depósito de clínquer ....................................................................................................... 14 4.8. Adições............................................................................................................................ 14 4.9. Moagem do cimento ........................................................................................................ 15 4.10. Armazenamento .......................................................................................................... 15 4.11. Expedição.................................................................................................................... 15 5. QUALIDADE DO CIMENTO ................................................................................................... 15 5.1. Cor................................................................................................................................... 15 5.2. Finura .............................................................................................................................. 16 5.3. Presença de cal livre ....................................................................................................... 16 5.4. Hidratação do cimento .................................................................................................... 16 5.5. Sal de Candlot ................................................................................................................. 16 5.6. Pega e endurecimento .................................................................................................... 17 5.7. Resistência aos esforços mecânicos .............................................................................. 18 6. TIPOS DE CIMENTO .............................................................................................................. 18 6.1. Cimento Portland Comum – CPI ..................................................................................... 18 6.2. Cimento Portland Composto - CPII ............................................................................... 19 6.3. Cimento Portland de Alto-Forno – CPIII .......................................................................... 20 6.4. Cimento Portland Pozolânico – CPIV.............................................................................. 23 6.5. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CPV ....................................................... 24 6.6. Cimento Portland Resistente aos Sulfatos - RS.............................................................. 26 6.7. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação............................................................. 26 6.8. Cimento Portland Branco ................................................................................................ 26 6.9. Cimento Portland para Poços Petrolíferos ...................................................................... 27 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................ 27

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 1

1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................................... 2 1.1. Histórico ............................................................................................................................ 2 1.2. Experiência brasileira ........................................................................................................ 3

2. INDÚSTRIA DO CIMENTO....................................................................................................... 3 2.1. Definições.......................................................................................................................... 3 2.2. Características da indústria cimenteira ............................................................................. 4

3. MATÉRIAS-PRIMAS................................................................................................................. 5 3.1. Calcário ............................................................................................................................. 5 3.2. Argila ................................................................................................................................. 6 3.3. Minério de ferro ................................................................................................................. 6 3.4. Sílica.................................................................................................................................. 7 3.5. Gesso................................................................................................................................ 7 3.6. Qualidade da matéria-prima.............................................................................................. 7 3.7. Dosagem da matéria-prima............................................................................................... 8

4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO ............................................................................................... 8 4.1. Britagem............................................................................................................................ 8 4.2. Moagem de cru ............................................................................................................... 10 4.3. Homogeneização ............................................................................................................ 10 4.4. Pré-aquecimento ............................................................................................................. 10 4.5. Clinquerização................................................................................................................. 10 4.6. Resfriamento ................................................................................................................... 13 4.7. Depósito de clínquer ....................................................................................................... 14 4.8. Adições............................................................................................................................ 14 4.9. Moagem do cimento........................................................................................................ 15 4.10. Armazenamento .......................................................................................................... 15 4.11. Expedição.................................................................................................................... 15

5. QUALIDADE DO CIMENTO ................................................................................................... 15 5.1. Cor................................................................................................................................... 15 5.2. Finura .............................................................................................................................. 16 5.3. Presença de cal livre ....................................................................................................... 16 5.4. Hidratação do cimento .................................................................................................... 16 5.5. Sal de Candlot................................................................................................................. 16 5.6. Pega e endurecimento .................................................................................................... 17 5.7. Resistência aos esforços mecânicos .............................................................................. 18

6. TIPOS DE CIMENTO.............................................................................................................. 18 6.1. Cimento Portland Comum – CPI ..................................................................................... 18 6.2. Cimento Portland Composto - CPII ............................................................................... 19 6.3. Cimento Portland de Alto-Forno – CPIII.......................................................................... 20 6.4. Cimento Portland Pozolânico – CPIV.............................................................................. 23 6.5. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CPV ....................................................... 24 6.6. Cimento Portland Resistente aos Sulfatos - RS.............................................................. 26 6.7. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação............................................................. 26 6.8. Cimento Portland Branco ................................................................................................ 26 6.9. Cimento Portland para Poços Petrolíferos ...................................................................... 27

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................ 27

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1. INTRODUÇÃO

1.1. Histórico

Idade antiga: culturas pré-egípcias usavam tijolos cozidos com ligantes naturais, breu e argila, sem nenhum tratamento térmico e de resistência muito reduzida.

Egípcios: empregaram o gesso parcialmente desidratado nas argamassas para construir a pirâmide de Quéops, cerca de 2700 anos a.C.

Hebreus: encontra-se na Bíblia o primeiro registro do uso da cal (Quinto livro de Moisés cap.27, vers. 02): “Será, pois que, no dia em que passares o Jordão à terra que te der o Senhor teu Deus, levantar-te-ás umas pedras grandes, e as caiarás com cal” (1200 anos a.C. aproximadamente). Nesta época a cal era um material muito precioso porque precisava de uma grande quantidade de combustível para sua produção, em contraste ao gesso que se podia calcinar com esterco de camelo ou palha.

Fenícios: usaram o cedro do Líbano como combustível para produzir cal. A eles se deve o conhecimento de que a cal misturada às cinzas vulcânicas resulta numa argamassa hidráulica impermeável.

Gregos: no século 1 a.C. desenvolveram em suas colônias na Itália uma técnica de construção de muros mais resistentes. Eles empregavam uma mistura de grandes e pequenos blocos de pedras no espaço livre entre duas paredes delgadas de tijolos, vertendo sobre os muros uma argamassa de cal que era posteriormente compactada (origem do concreto).

Romanos: aprenderam com os gregos a técnica dos concretos e argamassas. Inventaram posteriormente a construção de arco e abóbadas, primeiramente com pedras talhadas e depois com concreto usando argamassa de cal, para torná-las resistentes e impermeáveis. As obras que têm sobrevivido há milênios como Pantheon, e suas ruínas de palácios, o Coliseu, aquedutos, etc. comprovam o alto nível da arte de construir alcançado pelos romanos.

Renascimento: as pedras começaram a ser desenhadas e não trabalhadas. O espírito de pesquisa desse período levou o homem a redescobrir o cimento.

1756: John Smeaton reconhece as propriedades químicas da cal hidratada. Obtém um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. Ele fora encarregado de estudar os seguidos desabamentos do farol de Eddystone, próximo ao Porto de Plymouth, um dos portos ingleses mais movimentados da época.

1796: James Parker patenteia um cimento natural de pega rápida obtido da calcinação de nódulos de calcário impuro contendo argila. Este cimento é chamado Cimento de Parker ou Romano.

1818: Louis Vicat compreende perfeitamente as causas do endurecimento da mistura de componentes argilosos e calcários. É considerado o inventor do cimento artificial.

1824: Joseph Aspdin patenteia o Cimento Portland, ainda uma cal hidráulica. O nome Portland se deve à semelhança da cor e propriedades de durabilidade e solidez das rochas da ilha britânica de Portland.

1885: Frederick Ransome inventa o forno rotativo, que prevalece até hoje.

1845: Isaac Johnson produziu cimento artificial moderno do tipo Portland de pega normal.

A partir desta data foram melhorados os processos de fabricação; o alemão Wilhen Micchaeliis (1790 - 1911) foi o primeiro a publicar um cálculo detalhado da mistura crua, substituindo o método de adivinhar, experimentar por meios seguros das ciências e da física.

O pesquisador de maior sucesso foi Henry Le Chatelier (1850-1940). Ele chegou à conclusão que o clínquer não é uma composição uniforme e sim uma mistura de minerais de diferentes fases que se distinguem nas suas qualidades ópticas. A constituição do clínquer de Le Chatelier foi confirmada anos mais tarde pelo sueco Tennebahn que denominou as fases do clínquer de: alita, belita, celita e felite.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 3

1.2. Experiência brasileira

1888: Comendador Antônio Rodovalho instala uma fábrica na fazenda Santo Antônio, de sua propriedade, situada em Sorocaba-SP. A usina de Rodovalho operou de 1897 a 1904, voltando em 1907 e extinguindo-se definitivamente em 1918.

1892: Ilha de Tiriri – PB, uma pequena instalação que funcionou por três meses.

1912: Cachoeiro de Itapemirim – ES. O governo do Espírito Santo fundou, em 1912, uma fábrica que funcionou até 1924, quando foi paralisada e, após modernização, voltou a funcionar em 1936.

1926: Companhia de Cimento Brasileiro Perus - Primeira produção efetiva.

1939: 5 fábricas

1953: 15 fábricas

2004: 57 fábricas.

2. INDÚSTRIA DO CIMENTO

2.1. Definições

Cimento é um produto antigo cujo vocábulo proveniente do latim “coementum” significa pedaços de pedra ásperos e não talhadas.

Cimento Portland é um produto relativamente novo. Por definição é um aglomerante hidráulico quimicamente ativo. Ou ainda: é um aglomerante resultante da mistura homogênea de clínquer Portland, gesso e adições normalizadas finamente moídas. Ele é aglomerante porque ao ser misturado com a água ou o ar tem a propriedade de unir outros materiais (poder cimentante), ou seja, endurece e se adere à superfície com a qual foi posta em contato.

É hidráulico porque reage (hidrata) ao se misturar com água e depois de endurecido ganha características de rocha artificial, mantendo suas propriedades, principalmente se permanecer imerso em água por aproximadamente sete dias. É quimicamente ativo porque sua atividade ligante se dá por meio de uma reação química.

Os aglomerantes são classificados como quimicamente inativos e ativos. Os inativos são inertes como o saibro, piçarra, barro e semelhantes.

Os ativos podem ser aéreos ou hidráulicos. • Ativos aéreos: são os que devem ser empregados ao ar; não oferecem resistência

quando em água, como cal comum, gesso, magnésia e outros. • Ativos hidráulicos: são os que dão pega e apresentam resistência dentro da água; não

dependem do dióxido de carbono do ar para o seu endurecimento. Nesta categoria estão todos os tipos do cimento.

A combinação do cimento com materiais de diferentes naturezas como areia, pedra, cal, aditivo e outros, originam a formação das pastas, argamassas e concretos.

Concreto vem da palavra latina “concretus”, que significa “crescido junto”. É um material composto de um meio ligante hidráulico dentro do qual são misturadas partículas de um enchimento mineral relativamente inerte. Em concreto de cimento Portland o ligante é o cimento. O material de enchimento é denominado de agregado; o agregado fino (miúdo) é a areia e o agregado grosso (graúdo) é a brita. Denomina-se pasta a mistura do cimento com a água; de argamassa a mistura da pasta com agregado miúdo e considera-se concreto a mistura de argamassa com agregado graúdo.

Em concreto o agregado ocupa ¾ do espaço e ¼ é completado pelo cimento, água e ocos de ar. A vibração do concreto desfaz os ocos e uniformiza a concretagem.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 4

2.2. Características da indústria cimenteira

É uma indústria que requer grandes investimentos e está sujeita as pressões de custos. As despesas com combustíveis e energia elétrica na fabricação do clínquer representam 45% e 15%, respectivamente. O tempo necessário para a implantação de uma fábrica de cimento é de 3 a 5 anos, com escala mínima de um milhão de toneladas por ano e investimento de 200 a 300 milhões de dólares. O cimento, por ser um produto de baixa relação preço/peso, é bastante onerado pelo frete, na distribuição, sofrendo o impacto com os aumentos de combustível e outros derivados de petróleo.

A indústria brasileira de cimento é moderna e tecnologicamente atualizada. Por exemplo, o consumo médio de energia por tonelada de cimento produzido no país de é 112 kWh, enquanto nos Estados Unidos esse consumo é da ordem de 140 kWh.

A capacidade instalada do parque nacional cimenteiro é da ordem de 62 milhões t/ano. Atualmente a indústria opera com uma ociosidade em torno de 45%.

Tabela 1 - Produção de cimento (t) no Brasil por grupo empresarial - 2006

Grupo Produção (t) (%)

1º Votorantim 16.238.249 41,09 2º Nassau 5.078.757 12,85 3º Cimpor 3.888.564 9,84 4º Holcim 3.225.318 8,16 5º Camargo Corrêa 3.013.660 7,63 6º Lafarge 2.422.084 6,13 7º CP Cimento* 1.423.995 3,60 8º Soeicom* 1.351.672 3,42 9º Ciplan 1.247.620 3,16

10º Itambé 838.203 2,12 11º CCRG 787.966 1,99

TOTAL 39.516.088 100,00 Fonte: www.cimento.org *Dados não confirmados

VOTORANTIM: maior produtor nacional, com 25 fábricas no Brasil e 7 na América do Norte. A marca Poty é mais direcionada ao nordeste; a Aratu é produzida apenas na fábrica de Sergipe. As marcas Itaú e Tocantins são mais direcionadas ao Centro-Oeste e a Votoran para o Sul e o Sudeste do país.

JOÃO SANTOS: segundo maior produtor nacional. Produz uma única marca em todo o Brasil (Cimento Nassau). Possui 10 fábricas: 3 no Norte (únicos na região), 6 no Nordeste e 1 no Sudeste, em Cachoeiro de Itapemirim, no Espírito Santo.

CIMPOR: terceiro maior grupo cimenteiro do Brasil, com10 fábricas. Produz no nordeste os Cimentos Zebu e Bonfim. No Centro-Oeste produz o cimento Góias e no sul do Brasil o cimento Cimbagé. No Sudeste o grupo também produz o cimento Bonfim.

HOLCIM: grupo suíço que produz quatro marcas no Brasil. A Ciminas para o mercado de MG, produzido pela fábrica de Pedro Leopoldo-MG. O Cimento Barroso, produzido também em MG, pela fábrica de Barroso. Na fábrica do Espírito Santo a Holcim produz duas marcas de cimento, novamente o Ciminas e o Paraíso CPIII-40. As fábricas do RJ produzem o cimento Alvorada. A Holcim é a antiga Holdercim e tem como estratégia unificar as marcas locais.

CAMARGO CORRÊA: produz as marcas Cauê e Eldorado em suas três fábricas em Minas, Mato Grosso do Sul e outra em São Paulo. Em 2005 o Grupo adquiriu a gigante argentina Loma Negra e hoje é o maior produtor de cimento do país vizinho.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 5

LAFARGE: gigante mundial sediada na França, produz no Brasil quatro marcas de cimento em 6 fábricas. O Montes Claros que atende todo o estado de MG e uma pequena parte de São Paulo (capital). O Cimento Campeão que atende ao sul de MG, todo o restante do estado de SP e o Paraná. Produz também em menor escala o cimento Ponte Alta que atende ao Triângulo Mineiro e a divisa de São Paulo. O Cimento Mauá é produzido em sua fábrica de Cantagalo e distribui para todo o Rio de Janeiro.

CIPLAN: produz cimento no DF, comercializa apenas a marca Ciplan. Tem presença marcante na região Centro-Oeste. Recentemente expandiu sua atuação ao Norte e Nordeste brasileiro.

CP CIMENTOS: produz os Cimentos Tupy no sul de MG e uma no RJ e até 2006, o cimento Ribeirão na fábrica de Ribeirão Grande-SP, que voltou para o controle da Votorantim.

SOEICON: produz a marca Liz em sua fábrica de Vespasiano-MG.

ITAMBÉ: produz o cimento com a mesma marca em sua fábrica de Balsa Nova, no Paraná.

Fonte: http://www.cimento.org/marcabrasil.htm

3. MATÉRIAS-PRIMAS

As principais matérias-primas empregadas na fabricação de cimento Portland são: calcário, argila, minério de ferro e gesso. O calcário é fonte de carbonato de cálcio que é calcinado para formar cal (óxido de cálcio). A argila é fonte de alumínio e sílica. O minério de ferro e a areia são adicionados para corrigir a composição química da mistura calcário/argila. O gesso é adicionado numa etapa posterior para retardar a pega do cimento.

Em suma, os principais compostos para a produção de cimento são: CaO, Al2O3, Fe2O3 e SiO2.

3.1. Calcário

O calcário é a principal matéria-prima para a fabricação do cimento, participando com 85 a 95% da composição inicial. É constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), podendo conter várias impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro.

Quando exposto à temperatura acima de 800ºC, o CaCO3 se decompõe em CaO e CO2 (óxido de cálcio e dióxido de carbono).

Calcinação do calcário:

CaCO3 → CaO + CO2 ↑ eq. 1 100 g 56 g + 44 g

Como o dióxido de carbono é eliminado pela chaminé, há uma grande perda da matéria-prima (44%). Por isso, a localização de uma fábrica de cimento deve ser próxima à jazida de calcário.

A rocha calcária é extraída das jazidas com auxílio de explosivos, pois apresenta grande resistência mecânica. O desmonte é feito em bancadas com 10 metros de altura em sentido descendente. Os grandes blocos de pedra fragmentados pela explosão são submetidos à operação de britagem, onde são reduzidos ao tamanho de grão menor ou igual a 25 mm.

Nem todo calcário serve para a produção de cimento. As Normas Brasileiras toleram teor de óxido de magnésio (MgO) máximo de 6%. Em algumas regiões do Brasil, o calcário não é apropriado para o fabrico do cimento, pois possui elevado teor de magnésio. Algumas fábricas adotam o processo de flotação do calcário que pode baixar em cerca de 2% a magnésia.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 6

O calcário é classificado conforme a concentração de MgO:

Calcário Teor de MgO (%)

Calcítico menor que 5

Magnesiano entre 5 e 12

Dolomítico maior que 12

Por que não se permite, no fabrico de cimento calcário com elevado teor de magnésia? O assunto ainda é controvertido. Alguns autores como Dyckerhoff afirmam que o excesso de magnésia dá fissura e expansão no concreto a longo prazo. Quando o concreto se expande, ele se desagrega, deixando o ferro da armação exposto às intempéries, que podem causar inúmeras fissuras.

Para melhorar a qualidade do clínquer, o calcário recebe algumas correções complementares de: Filito (argila), que colabora com o alumínio Al2O3; Quartzito (material arenoso), que colabora com SiO2; Minério de ferro, que colabora com Fe2O3. Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho vertical de rolos, em proporções pré-determinadas, onde se processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização necessária, formando-se a farinha crua.

3.2. Argila

Abundante na crosta terrestre é de fácil extração para uso na produção de clínquer. Partindo desse parâmetro, avaliam-se as jazidas de argila pela sua maior proximidade gerando assim economia de transporte.

O desmonte da argila é feito com pás carregadeiras e tratores, pois a argila tem pouca resistência mecânica. Feita sua extração em seu estado natural, a argila é transportada para o desagregador por meios de caminhão fora de estradas onde passarão por etapas de desagregação, e em seguida será transportada por meios de correias, onde em conjunto com uma ponte rolante, formará a pilha de argila nas condições adequadas, para a formação de farinha crua.

Para se ter uma argila que confira ao calcário todas as características necessárias mistura-se 3 tipos de argila:

• Arenosa, que possui alto módulo de sílica;

• Branca, que possui alto módulo de alumínio;

• Vermelha, que possui baixo teor de sílica.

A argila é um silicato hidratado complexo de alumínio contendo ainda ferro e outros minerais. A argila se transforma da seguinte maneira: A caolinita (2 SiO2.Al2O3 .2 H2O) sendo um dos componentes da argila é aquecida no forno e se transforma em mulita:

2 Si2O.Al2O3.2 H2O → 2 SiO2.Al2O3 → SiO2. 2 Al2O3 eq. 2

No forno rotativo a temperatura atinge 1.450 ºC, ocasionando a combinação parcial da argila com a cal formada e cujos produtos resultantes são:

- 2 CaO.SiO2

- 2 CaO.Al2O3.SiO2

- 2 CaO.Al2O3.Fe2O3

3.3. Minério de ferro

Normalmente o minério de ferro é comprado na forma de finos, rejeitos das mineradoras. A % de minério de ferro varia em função da alimentação do moinho. Sua ação físico-química faz

caolinita 500 ºC metacaolinita 1000 ºC mulita

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 7

baixar o ponto de fusão, fazendo com que a farinha funda ou clínquerize em torno de 1.400 ºC. O ferro promove melhor combinação da sílica com a cal. Para corrigir a deficiência de Fe2O3 da argila, torna-se necessário o uso do minério de ferro hematita (Fe2O3.2H2O).

3.4. Sílica

Quando ocorre deficiência de SiO2 na argila é necessária a utilização da areia como corretivo da farinha crua. Pela sua elevada dureza, a areia é de difícil moagem tendo o inconveniente de desgastar as bolas do moinho.

3.5. Gesso

É uma rocha sedimentar de estrutura cristalina tendo como constituinte principal o sulfato de cálcio hidratado com duas moléculas de água: CaSO4 . 2 H2O

O gesso mineral ocorre no Brasil em vários Estados como: Maranhão, Rio Grande do Norte, Piauí, Pernambuco, Bahia e outros. Na Lagoa Feia, em Campos dos Goytacazes - RJ, existe um ótimo gesso “Selenita”, que se encontra entranhado em tabatinga e é de difícil remoção. Há gesso proveniente dos tabuleiros de salinas, denominado de escória ou “carago”, muito bom, porém altamente higroscópico.

Existe o gesso sintético ou químico que pode ser obtido quimicamente a partir do ácido sulfúrico e calcário:

CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 ↑ eq. 3

O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada de pasta, argamassas ou concretos, isto é, sem perda se plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é adicionado o gesso (CaSO4 . 2H2O) na moagem do cimento, cujo controle é feito através do SO3.

Durante a extração, processamento e estocagem, esses materiais são amostrados, analisados fisicamente e quimicamente pela equipe do laboratório da fábrica.

3.6. Qualidade da matéria-prima

3.6.1. Umidade

Nos períodos chuvosos a cominuição do calcário, da argila e do minério se torna problemática. Mesmo aumentando o rigor na moagem, uma umidade elevada, fora dos parâmetros, faz com que o rendimento do moinho seja baixo, pois a temperatura diminui devido ao grande calor absorvido por estes materiais. Como conseqüência, deve-se diminuir a alimentação, sob o risco de embuchamento do moinho que provoca cortes de alimentação.

3.6.2. Título

O título é um fator muito importante para a moagem, pois exerce influência direta no forno. Se o título da matéria-prima não for bem controlado, a saturação do cálcio poderá aumentar muito, produzindo uma série de efeitos no forno, como a formação constante de CO e CO2 e consequentemente CaO livre, o que influi negativamente na resistência do cimento e na expansibilidade.

3.6.3. Finura

A qualidade da farinha depende de sua finura, pois a reatividade e afinidade dos elementos na queima são atingidas nas proporções ideais quando se toma como referência esse parâmetro. A granulação e a queima do clínquer, que determinam sua qualidade, são também determinadas pela finura da farinha.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 8

3.6.4. Óxido de magnésio

O óxido de magnésio (MgO) também influencia negativamente na resistência do cimento. Por isso seu parâmetro foi determinado para minimizar seu efeito de expansibilidade, a fim de prejudicar a qualidade do cimento. O MgO ao reagir com a H2O forma hidróxido de magnésio, causando expansão.

3.7. Dosagem da matéria-prima

Após a pré-homogeneização do calcário e da argila, esses materiais são transportados para a alimentação do moinho de bola ou de rolos, onde são pulverizados e passam a denominar farinha bruta.

Tabela 2 - Composição química característica das matérias–primas para a moagem da farinha crua em %.

Calcário Argila Areia Min. Ferro Al2O3 1,50 15,75 5,02 0,40 SiO2 4,16 64,40 88,23 7,56

Fe2O3 0,90 8,92 1,30 83,13 CaO 51,29 0,70 0,63 2,09 MgO 0,36 0,80 0,11 0,43 K2O - 2,79 2,66 0,08

Na2O - 0,06 0,37 0,06 PF1 41,00 6,14 1,00 4,92

Módulo Msi 1,73 2,61 13,96 0,09 A/F 1,66 1,77 3,86 0,004

1: Perda ao fogo

4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO

Nas fábricas de cimento existiam dois processos clássicos: o via úmida e o via seca. A diferença é que no primeiro ocorria a adição de 40% água na mistura das matérias-primas britadas e devidamente dosadas. O processo via úmida foi totalmente substituído pelo processo via seca, cuja economia de combustível chega a 50%.

4.1. Britagem

O calcário é levado ao britador em caminhões fora-de-estrada. A britagem tem por objetivo reduzir a granulometria do calcário para aproximadamente uma polegada. O calcário britado é transportado para o depósito através de correias transportadoras para formar a pilha de calcário pré-homogeneizada.

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 9

Figura 1 – Fluxograma do processo de fabricação de cimento

JAZIDA DE CALCÁRIO JAZIDA DE ARGILA

BRITAGEM BRITAGEM

PRÉ-HOMOGENEIZAÇÃO PRÉ-HOMOGENEIZAÇÃO

CALCÁRIO ARGILA

AREIA MINÉRIO BALANÇAS DOSADORAS

MOAGEM

FARINHA CRUA SECA

SILOS DE HOMOGENEIZAÇÃO E ESTOCAGEM

GÁS QUENTE

PRÉ-AQUECEDOR DO FORNO

FORNO ROTATIVO

SILOS DE CLÍNQUER

BALANÇAS DOSADORAS

MOAGEM

SILOS PARA EXPEDIÇÃO

GESSO ADIÇÕES MINERAIS

COMERCIALIZAÇÃO

(saco, granel, big bag)

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4.2. Moagem de cru

O setor de moagem de cru é responsável pela produção da farinha, que deve se manter dentro dos parâmetros estabelecidos para dar estabilidade à operação do forno. Essa estabilidade depende da dosagem da mistura e do seu grau de moagem. Portanto, a moagem tem a função de secar e moer as matérias-primas: calcário, argila e minério de ferro.

O material é transportado dos silos para o moinho em correias transportadoras. A secagem das matérias-primas é obtida com aproveitamento de gases quentes, provenientes do forno arrastados por ventiladores.

A moagem da matéria-prima é obtida pelo atrito do material com bolas de carga e as costelas do moinho através de seu movimento de rotação contínua. O moinho possui duas câmaras, sendo a 1ª câmara destinado a secagem, homogeneização e transporte do material para câmara de bolas, que variam de tamanho de 90 a 20 mm de diâmetro.

O material após passar pela câmara de moagem é retirado por meios de sucção feita por um ventilador, que alimentará a um separador dinâmico. Esse separador tem como função, separar a farinha pela sua granulometria, ou seja, através de seu movimento de rotação separar o material fino, do mais grosso. Portanto, o material grosso retorna a primeira câmara para sofrer novamente o processo de moagem. O material fino irá abastecer os silos de homogeneização da farinha.

4.3. Homogeneização

Tem por objetivo misturar a farinha crua armazenada nos silos, deixando-a bem homogênea para que tenha um cozimento perfeito e obtenha um clínquer de boa qualidade. A homogeneização é obtida através da circulação da farinha no interior do silo. A captação da farinha nos silos é feita em várias partes, por válvulas que abre e fecha em seqüência, captando assim a farinha de vários pontos do silo. A farinha crua será transportada para a torre de ciclone, onde sofrerá as primeiras trocas de calor.

4.4. Pré-aquecimento

O pré-aquecimento é feito na torre de ciclone, situada na entrada do forno. Sua finalidade é promover a troca de calor, por contato direto, dos gases quentes vindos do forno rotativo com a farinha previamente homogeneizada. Ao entrar pelo alto da torre, a temperatura da farinha é de 100 ºC e desce por gravidade até a entrada do forno. No trajeto ocorre a troca de calor com a forte corrente de gás quente que segue no sentido ascendente e aumenta a temperatura da farinha para 900 oC.

4.5. Clinquerização

A clinquerização, processo de formação do clínquer ocorre no interior do forno rotativo, um tubulão de chapa de aço com aproximadamente uma polegada de espessura. Seu comprimento varia entre 56 e 60 m e o diâmetro entre 3 e 4 m.

A farinha crua já descarbonizada e pré-calcinada chega ao forno pela câmara de entrada a uma temperatura de 1.000 ºC aproximadamente após passar pela torre de ciclone e do pré-calcinador. A inclinação de 13% garante a movimentação do material em direção ao maçarico alimentado por óleo BPF ou carvão pulverizado. No decorrer desse percurso ocorre a formação do clínquer por reações químicas sob elevada temperatura.

Por serem inclinados, os fornos são providos de mancais de escora que impedem o seu deslizamento, giram sobre grandes anéis que repousam em roldanas, resfriadas à água. Sua parte interna é forrada com tijolos refratários. O forno trabalha continuamente, dia e noite durante meses, até que seu refratário vá se gastando. O forno é de constituição robusta. Está sujeito a esforços tradicionais: a contração e dilatação; sobrecargas momentâneas e superaquecimento em determinadas zonas.

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4.5.1. Zonas do forno

No processo via úmida, fora de uso, a pasta percorre o forno em cerca de três horas para atravessar as quatro zonas mostradas na tabela 3. Na primeira, de desidratação, dá-se a evaporação da água da pasta a 100 ºC. Na segunda zona, de aquecimento, ocorre a liberação da água de constituição da argila, queima da matéria orgânica e decomposição do carbonato de magnésio. A terceira zona é a da calcinação ou descarbonização, isto é, o desprendimento do dióxido de carbono (CO2), que se inicia, teoricamente, a 900 ºC. Na quarta zona dá-se a fase líquida e clinquerização, onde a temperatura se eleva a 1.450 ºC.

Tabela 3 – Transformações da pasta no forno rotativo no processo via úmida, por zona.

Zona Temperatura (ºC) Ocorrência

1ª: desidratação 100 Evaporação da água 500 Evaporação da água de constituição

600 -700 Decomposição de MgCO3 2ª: aquecimento 900 Decomposição do CaCO3 e cristalização de

certos constituintes argilosos. 3ª: calcinação ou descarbonização 900 – 1.200 Reação entre a cal e a argila

4ª: clinquerização 1.200 – 1.450 Formação de vários constituintes complexos do cimento.

Nas altas temperaturas é que se processam a combinação das matérias-primas com seus complexos componentes químicos cujos principais são o aluminato tricálcico (C3A) e ferro aluminato tetracálcico (C4AF). Convém informar que as resistências iniciais do cimento são devidas aos aluminatos e posteriormente aos silicatos.

No processo de fabricação via seca, onde a farinha isenta de água abastece o forno sob temperatura elevada, com mais de 50% do material descarbonizado, existe apenas duas zonas:

Zona de calcinação: para completar a total descarbonização

Zona de clinquerização: onde há formação dos constituintes complexos do cimento.

Na verdade a farinha após pré-calcinada, entra no forno para ser queimada. No interior do forno subdividido em seu comprimento efetivo em 5 zonas, temos:

Tabela 4 – Transformações da pasta no forno rotativo no processo via seca, por zona.

Zona Temperatura (ºC) Ocorrência

1ª: calcinação 900 – 1.100 Complementação da descabonatação da farinha. Forma-se C2S e inicia formação de C3A e C4AF.

2ª: transição 1.100 – 1.200 Aglomeração do material formando bolas ocas. Término da formação do C3A e C4AF

3ª: fusão 1.200 – 1.350 Formação da fase líquida que preenche os espaços vazios do material dando peso ao mesmo. Início da conversão do C2S em C3S.

4ª: alta temperatura 1.350 – 1.450 Complementação da formação do clínquer. Término da formação do C3S

5ª: resfriamento 1.450 – 1.200 Redução da temperatura do clínquer e solidificação da fase líquida pelos gases do resfriador.

OBS: O comprimento efetivo do forno, ou seja, a posição de cada zona ao longo do forno varia com as condições operacionais, podendo ele estar longo, curto ou normal.

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Um forno muito quente, calor gerado maior que o consumo, temos uma antecipação das zonas do forno, ou seja, atinge-se as zonas antes do previsto levando suas zonas mais próximas da câmara de entrada e assim alongando-a em relação à cabeça do forno.

Um forno frio, calor gerado insuficiente, tem a aproximação das zonas em relação à cabeça do forno.

4.5.2. Combustível

O ideal: é o gás de Poços Petrolíferos

O mais barato: é o carvão pulverizado - usado atualmente no Brasil, também usado nos EUA e nas zonas carboníferas da Europa.

O mais limpo e fácil de controle: é o fuel-oil - antes da crise do petróleo era o combustível usado no Brasil.

Portanto, o combustível atualmente utilizado é o carvão. Ainda utiliza-se óleo combustível para aquecer o forno em casos de paradas longas, pois pelo seu alto poder calorífero atinge-se mais rapidamente as condições de alimentação.

Existem inúmeros tipos de carvão e deve-se sempre procurar um carvão de boa qualidade no que diz respeito ao seu poder calorífero, % de cinzas, elementos voláteis, umidade, etc...

4.5.3. Reações químicas no forno rotativo

As reações químicas que se processam no interior do forno rotativo são reações entre fases sólidas, nas quais o grau de dificuldade entre elas é enorme, se analisarmos a situação comparando-a com um sistema de fase líquida. Assim vários fatores são preponderantes na fabricação do cimento, de maneira que os resultados das composições finais dos vários constituintes possam estar presentes no final da operação.

Desta forma tem-se:

- A composição da mistura (calcário + argila) tem que ser dosada convenientemente a fim de se obter as percentagens adequadas de SiO2, Al2O3, Fe2O3. Há certos casos em que o calcário já satisfaz a condição.

- A temperatura do forno tem que atingir certos limites de maneira a permitir a ocorrência de várias reações ao longo das zonas térmicas, isso porque há reações que ocorrem a 900 ºC, outras até 1.100 ºC e outras até e 1.450 ºC. Essas diversas zonas térmicas estão distribuídas ao longo do comprimento do forno, isto é, para cada tantos metros de um forno tem-se uma faixa de temperatura.

- O estado físico-químico da mistura, isto é, a questão de como o material se apresenta amorfo ou cristalino, as dimensões e das partículas, a área da partícula, etc.

- O tempo em que a mistura deve ser processada, é importantíssimo, de maneira que o produto final atinja limites de suas especificações.

- O controle da velocidade de resfriamento do clínquer na indústria, não é muito rígido, havendo casos em que existe vidro, no clínquer Portland comum. Na maioria dos clínqueres é comum se ter de 2 - 12 % de vidro.

4.5.4. Clínquer

O produto que sai do forno rotativo chama-se clínquer. Sua cor normal é preta-esverdeada. São bolas imperfeitas muito duras e pequenas com 1 a 3 cm de diâmetro e quando têm grãos acima da bitola é costume britá-las.

A forma e a posição da chama influenciam a qualidade do clínquer formado.

OBS: Para se fazer uma tonelada de clínquer necessita-se de 1,5 a 1,6 t de farinha.

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*Clínquer com capa externa preta e interior amarelo: mostra parcial redução do ferro seguido de uma oxidação que foi somente parcial.

*Clínquer com núcleo marrom escuro o brilhante: mostra a deficiência de cal.

*Clínquer retostado: indica excesso de queima

* Clínquer com manchas brancas: indica a presença de cal livre

Enfim o clínquer é o próprio cimento que ainda não foi moído e nem regulado a sua pega. Ele tem o aspecto de uma rocha.

A composição mineralógica do clínquer varia de acordo com as matérias-primas disponíveis e o processo de cozimento aplicado. Para cada tipo de clínquer (minerais) formado, a composição apresenta diferentes comportamentos de endurecimento que proporcionalmente influenciam as propriedades do cimento nas suas aplicações.

A tabela 5 mostra os principais compostos do clínquer e suas propriedades específicas.

Tabela 5 - Composição mineralógica do clínquer

Compostos

Fórmula Clássica

Sigla

Clínquer(%)

Propriedades Tecnológicas

Silicato tricálcico (Alita)

3 CaO.SiO2 C3S 50 - 65 Endurecimento rápido. Alto calor de hidratação. Alta resistência inicial.

Silicato dicálcico (Belita)

2 CaO.SiO2 C2S 15 - 25 Endurecimento lento. Baixo calor de hidratação. Baixa resistência inicial.

Aluminato tricálcico (Aluminato)

3 CaO.Al2O3 C3A 6 - 10

Pega muito rápida e deve ser controlado com adição de gesso, suscetível ao ataque de meios sulfatados, alto calor de Hidratação, alta retração, baixa resistência final.

Ferro aluminato tetracálcico (Ferrita)

4 CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 3 - 8

Endurecimento lento, resistente a meios sulfatados, não tem contribuição para a resistência, cor escura.

Cal livre

CaO C 0,5 - 1,5

Aceitável somente em pequenas quantidades. Em maiores quantidades causam aumento de volume e fissura.

Pequenos elementos como sódio, potássio, fósforo etc., também podem ter uma significante

influência sobre as propriedades do clínquer. Magnésio (MgO) e cal livre (CaO) podem causar um aumento de volume e ocorrências de fissuras.

4.6. Resfriamento

Trata-se da operação de arrefecimento do clínquer que sai do forno com temperatura entre 900 a 1.200 º C e é resfriado à temperatura entre 60 a 80 ºC.

O Clínquer sai rubro do forno e cai no resfriador. Enquanto vai descendo, o ar é insuflado em contra-corrente.

O material cai sobre as grelhas que tem como função resfriar o material. O material fino

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passa pelas grelhas, cai em um funil com válvula, para alimentar a arrastadora. O material mais grosso, que não passa pela grelha, é conduzido até o britador de clínquer que britará e jogará na arrastadora que por sua vez alimentará a correia transportadora, que levará o clínquer para o depósito de clínquer.

OBS: O clínquer que está fora dos padrões de qualidade, é desviado para um depósito ao ar livre. Caso esteja com temperatura acima de 150 ºC também é desviado para o pátio.

O clínquer sai do forno ao rubro e cai no resfriador, vai descendo enquanto o ar é insuflado em contra-corrente e segue para o forno como ar secundário e vem, assim auxiliar a combustão.

4.7. Depósito de clínquer

Local onde se guarda a maior parte do clínquer produzido, pois só o clínquer que estiver dentro dos padrões de qualidade atestada pelo laboratório irá para o depósito, o restante do material, é depositado no pátio ao ar livre por não estar nas qualidades desejadas.

Este depósito tem o formato de dois funis colados um no outro, posteriormente o clínquer é jogado em uma correia transportadora que os levará para o moinho de cimento.

4.8. Adições

O clínquer recebe adição de gesso para formar qualquer um dos diversos tipos de cimento portland. A adição de escória de alto forno, pozolona e calcário depende do tipo de cimento produzido.

4.8.1. Gesso

O gesso tem como função básica controlar o tempo de pega, isto é, o início do endurecimento do clínquer moído quando este é misturado com água. Caso não se adicionasse o gesso à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso, o gesso é uma adição presente em todos os tipos de cimento portland. A quantidade adicionada é pequena: em geral, 3% de gesso para 97% de clínquer, em massa.

4.8.2. Escórias de alto forno

As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e se assemelham aos grãos de areia. Antigamente, as escórias de alto-forno eram consideradas como um material sem maior utilidade, até ser descoberto que elas também tinham a propriedade de ligante hidráulico muito resistente, ou seja, que reagem em presença de água, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à do clínquer. Essa descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do clínquer com gesso, guardadas certas proporções, e obter como resultado um tipo de cimento que, além de atender plenamente aos usos mais comuns, apresenta melhoria de algumas propriedades, como maior durabilidade e maior resistência final.

4.8.3. Materiais pozolânicos

Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550 oC a 900 oC) e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Da mesma forma que no caso da escória de alto-forno, pesquisas levaram à descoberta de que os materiais pozolânicos, quando pulverizados em partículas muito finas, também passam a apresentar a propriedade de ligante hidráulico, se bem que de forma distinta. Isto porque não basta colocar os materiais pozolânicos, sob forma de pó muito fino, em presença de água, para que passem a desenvolver as reações químicas que os tornam primeiramente pastosos e depois endurecidos. A reação só vai acontecer se, além da água, os materiais pozolânicos moídos em grãos finíssimos também forem colocados em presença de mais um outro material. O clínquer é

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justamente um desses materiais, pois no processo de hidratação libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana. Esse é o motivo pelo qual a adição de materiais pozolânicos ao clínquer moído com gesso é perfeitamente viável, até um determinado limite. E, em alguns casos, é até recomendável, pois o tipo de cimento assim obtido ainda oferece a vantagem de conferir maior impermeabilidade, por exemplo, aos concretos e às argamassas.

Outros materiais pozolânicos têm sido estudados, tais como as cinzas resultantes da queima de cascas de arroz e a sílica ativa, um pó finíssimo que sai das chaminés das fundições de ferro-silício e que, embora em caráter regional, já têm seu uso consagrado no Brasil, a exemplo de outros países tecnologicamente mais avançados.

4.8.4. Materiais carbonáticos

Os materiais carbonáticos são rochas moídas, que apresentam carbonato de cálcio em sua constituição tais como o próprio calcário. Tal adição serve também para tornar os concretos e as argamassas mais trabalháveis, porque os grãos ou partículas desses materiais moídos têm dimensões adequadas para se alojar entre os grãos ou partículas dos demais componentes do cimento, funcionando como um verdadeiro lubrificante.

Quando presentes no cimento são conhecidos como fíller calcário.

Dentre todas as adições, o gesso não pode, em hipótese alguma, deixar de ser misturado ao cimento. As demais matérias-primas adicionadas (escória de alto-forno, materiais pozolânicos e materiais carbonáticos) são totalmente compatíveis com o principal componente do cimento portland, o clínquer, acabando por conferir ao cimento pelo menos uma qualidade a mais.

4.9. Moagem do cimento

O moinho de clínquer é semelhante ao de farinha. O clínquer e as adições são submetidos à ação mecânica das bolas para redução de granulometria. Após a moagem, a mistura é transportada por elevadores até os separadores que permitem a passagem do material com a finura previamente estabelecida. O cimento finalmente está pronto. O material mais grosso retorna ao moinho.

4.10. Armazenamento

O cimento sai do moinho com temperatura entre 80 e 100 ºC. Daí é conduzido por air-slide (impulsão a ar) para altos silos onde permanece sem hidratar por muito tempo devido ao seu calor armazenado. O cimento pode ser armazenado por 6 meses sem deteriorar.

4.11. Expedição

A comercialização do cimento pode ser feita a granel ou em sacos de 50 kg. O ensacamento é feito por máquinas automáticas em sacos valvulados feitos de papel Kraft. O produto a granel é mais econômico e é transportado por caminhões apropriados ou por vagões em ferrovias.

5. QUALIDADE DO CIMENTO

5.1. Cor

A cor do cimento provém do seu conteúdo de ferro. Alguns cimentos são mais claros, outros mais escuros. A tonalidade é, pois função do maior ou menor grau desse minério.

A cor não influi na resistência do cimento.

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5.2. Finura

Quanto mais fino mais resistente é o cimento.

- Vantagens: aumenta a resistência; o volume permanece constante; melhor hidratação

Os gerentes de fábrica moem os seus cimentos acima de exigido pelas Normas Técnicas, porque assim procedendo manterão alto padrão de sua marca.

A finura do cimento é determinada por vários métodos: o mais usado é pela superfície específica, ou seja, superfície em cm de todos os grãos contidos em uma grama do material. São utilizadas, outrossim, as peneiras manuais tecidas de arame de cobre ou aço inoxidável. Na peneira N.200, a mais usada, há 6.400 furos por centímetro quadrado. Convém notar que a moagem fina exige maior consumo de bolas no moinho.

5.3. Presença de cal livre

CaCO3 CaO + CO2↑ As causas podem ser: • Muito alta a saturação da cal. Neste caso falta os óxidos-ácidos para combinar com este cal

livre. • Temperatura de clínquerização não suficiente para perfeita combinação. • Má reatividade da matéria prima por causa da composição mineralógica não favorável. Na

maioria dos casos é devido ao quartzo não reativo. • Matéria-prima grossa, especialmente o calcário. • Clínquer super queimado. • Redução do clínquer por causa da má queima do combustível. • Módulo de alumínio alto demais ou muito baixo. Pelo seu grau de pureza, os calcários ocasionarão as seguintes denominações para os produtos formados:

5.4. Hidratação do cimento

O cimento é constituído por certo número de compostos anidros, cujas reações dão origem ao endurecimento, portanto é necessário examinar as reações desses compostos com a água.

Teoria de “Le Chatelier” sobre a cristalização (cristaloidal). O endurecimento é devido ao engavetamento de cristais que se formam pela cristalização de uma solução supersaturada de compostos hidratados menos solúveis que os anidros.

Teoria de Michaelis sobre hidratação (coloidal). A hidratação dá origem a uma solução supersaturada e formam-se cristais em agulhas e palhetas hexagonais.

Na hidratação do cimento ocorre o que se segue, com os compostos: C3S - A hidratação começa dentro de poucas horas com liberação de calor. O composto anidro vai

passando para a solução aparecendo cristais de Ca(OH)2 enquanto uma massa gelatinosa de silicato hidratado se forma em torno dos grãos originais.

C2S - É atacado lentamente pela água. Depois de uma semana os cristais se recobrem de silicato hidratado. Formam-se também Ca(OH)2, porém em menor quantidade que na hidratação do C3S.

C3A - Reage rapidamente com água e cristaliza-se com poucos minutos. Não produz hidróxido, mas aluminato hidratado. O calor é tanto que quase seca a massa.

C4AF - Reage menos rapidamente que o C3A. Não libera cal e forma também aluminato hidratado.

5.5. Sal de Candlot

Durante as etapas de pega e endurecimento ocorrem as reações de hidrólise e hidratação.

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Exemplo: C3A + 6 H2O → 3 CaO.Al2O3.6H2O

Numa segunda etapa, o composto acima formado reage com a gipsita, formando sal de Candlot:

C3A.6H2O + 3 (CaSO4).2H2O) + 19 H2O → C3A.3CaSO4.31H2O (sal de Candlot). O sal de Candlot tem sido responsável por muitas destruições de obras de engenharia. A

ocorrência desse fenômeno é resultado da presença de íons sulfatos.

5.6. Pega e endurecimento

O cimento ao ser misturado com água perde a plasticidade depois de decorrido determinado tempo. O intervalo de tempo decorrido entre a adição de água e o início das reações com os compostos do cimento é dito tempo de início de pega é evidenciado pela elevação de temperatura o aumento brusco de viscosidade da pasta.

Fim de pega é considerado e situação em que a pasta cessa de ser deformáveis para pequenas cargas e torna-se um bloco rígido.

A pega de um cimento está relacionada à consistência que determinado constituinte ou grupo de constituintes, quando submetidos à ação física, química ou físico-química, possa resultar num maior ou menor grau de consistência, ao longo dos seus vários estágios de mudança, ou transformação, dentro de períodos variáveis de tempo.

5.6.1. Características da duração da pega

Denomina-se endurecimento após o término do fim de pega, pois a massa continua a aumentar em coesão e resistência.

Cimentos ricos em C3A dão pega muito rapidamente, pois é o composto que reage imediatamente com água.

A duração da pega varia inversamente com o grau de moagem.

O cimento quente diminui o tempo de pega.

Temperaturas próximas de 0ºC retardam as reações e pouco abaixo deste valor, as paralisam.

Na indústria de cimento emprega-se a gipsita com o propósito de retardar o tempo de pega. A adição em geral corresponde a cerca de 1 a 5% de SO3, conforme as exigências e normas padrões de cada país.

Compostos solúveis que retardam a pega: carbonato de sódio, óxido de zinco, açúcar, bórax, ácido fosfórico.

As normas brasileiras estabelecem um tempo mínimo de 1 hora para o início de pega (todos os cimentos), máximo de 10 horas para final de pega dos cimentos CPI, CPII e CPV, máximo de 12 horas para o final de final de pega dos cimentos CPIII e CPIV. Geralmente os cimentos CPI, CPII e CPV apresentam tempo de início de pega variando de 2 a 3 horas enquanto os cimentos CPIII e CPIV apresentam tempo de início pega superiores a 3 horas.

Verifica-se em alguns cimentos o fenômeno denominado de falsa pega, que consiste em iniciar a pega alguns minutos após a adição de água, mas com o fim de pega normal. Ela decorre da desidratação do gesso quando o cimento atinge temperatura acima de 120º C (início).

Fatores que aumentam o tempo de pega: baixas temperaturas; impurezas orgânicas contida na água ou na areia; aditivos retardadores.

Fatores que reduzem o tempo de pega: finura elevada; altas temperaturas; baixa umidade do ar; baixo fator água / cimento; aditivos aceleradores.

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5.7. Resistência aos esforços mecânicos

Entre todos os ensaios físicos a determinação da resistência a compressão é, sem dúvida, o mais importante. Através dele podemos julgar se o cimento atende ou não as especificações de resistência, que definem a sua classe, além de avaliarmos seu comportamento mecânico nas diversas idades.

Nos laboratórios das fábricas, institutos oficiais e laboratórios particulares o método é o seguinte:

Prepara-se um traço de 1 por 3, ou seja, uma parte de cimento e 3 de areia padrão e água.

Areia padrão: o tipo de areia usada é normal, ou seja, natural do Rio Tietê - São Paulo, lavada e peneirada. Possui uma composição granulométrica formada por 4 tipos: grossa, média grossa, média fina e fina.

Água: preferencialmente destilada ou muito limpa.

5.7.1. Forma e moldagem do corpo de prova H2O = 150 g Areia 234 g (cada tipo) x 4 = 936 g Cimento = 312 g

Misturam-se estes compostos e massa-se durante 5 minutos, colocando a argamassa no cilindro em 4 camadas, batendo com o soquete 30 vezes em cada camada.

A face superior deve ser acertada com placas de vidro que, além de nivelar o topo do corpo de prova, evita a evaporação da água de amassamento.

A seguir as formas são colocadas em câmaras úmidas, onde permanecerão durante 20 ou 24 horas. Terminado esse período os corpos de prova são retirados cuidadosamente das formas e imersos em tanques de água saturada de cal, onde permanecerão até o momento do ensaio.

No dia do rompimento os corpos de prova são retirados do tanque e capeados com mistura de enxofre, a quente, para que os topos fiquem paralelos entre si e a carga de compressão se distribua uniformemente em sua superfície.

O resultado do ensaio, em cada idade, é representado pela resistência individual, pela média da resistência à compressão dos 4 corpos de prova, expresso em MPa, e também pelo desvio relativo máximo.

Molda-se o corpo de prova para:

• 1, 2 e 14 dias: para melhor controle;

• 3, 7 e 28 dias: exigido pelas normas brasileiras

6. TIPOS DE CIMENTO

6.1. Cimento Portland Comum – CPI

Norma: NBR – 5732 / 1991

6.1.1. Definição

“Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais forma de sulfato de cálcio”.

Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos nos teores especificados a seguir:

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Tabela 6 - Composição do Cimento Portland Comum (% em massa)

Sigla

Classe de resistência

Clínquer + sulfato de cálcio

Escória granulada de alto-forno

Material Pozolânico

Material carbonático

CPI

25 32 40

100 0

0

0

CPI –S

25 32 40

99 a 95 1 a 5 1 a 5 1 a 5

CPI : Cimento Portland Comum

CPI – S: Cimento Portland Comum com adição

Nota: Em relação às adições a EB – 1 prescreve:

• O material carbonático utilizado como adição deve ter no mínimo 85% de CaCO3 .

• A escória de alto-forno utilizada como adição deve atender aos requisitos da EB 208.

• A atividade do material pozôlanico, utilizado como adição, deve ser no mínimo de 75% aos 28 dias de idade.

6.1.2. Características

O Cimento Portland Comum era o cimento de maior participação no mercado brasileiro (75% a 80%), antes das modificações ocorridas em 1991. Atualmente, em função das necessidades crescentes de redução de custos e o domínio mais abrangente do comportamento físico–químico das adições, não há nenhum grupo nacional produzindo-o.

Cada um dos 2 tipos (CPI e CPI-S) apresenta 3 diferentes classes de resistência (25 – 32 – 40). Cada classe representa resistência mínima à compressão de corpos de prova de argamassa, traço 1:3 em peso, fator água/cimento igual a 0,48 l / kg e testados com idade de 28 dias, expressa em MPa.

As principais características do Cimento Portland Comum encontram-se entre as do Cimento de Alto-Forno (AF) e as do Cimento de Alta Resistência Inicial (ARI):

Calor de hidratação............................................................ AF < Comum < ARI

Resistência Inicial............................................................. AF < Comum < ARI

Início e Fim de pega.......................................................... AF > Comum > ARI

Resistência aos meios agressivos..................................... AF > Comum > ARI

Fissuramento ..................................................................... AF < Comum < ARI

Geralmente não existe nenhuma restrição ao uso do Cimento Portland Comum em nenhum tipo de estrutura ou local de aplicação. Apesar disso, em determinadas situações outros tipos de cimento são mais recomendáveis.

6.2. Cimento Portland Composto - CPII

Norma: NBR – 11578 /1991

6.2.1. Definição

“Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio”.

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Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos nos teores especificados a seguir: Tabela 7 - Composição do Cimento Portland Composto (% em massa)

Sigla Classe de resistência

Clínquer + sulfato de cálcio

Escória granulada

de alto-forno

Material pozolânico

Material carbonático

CPII-E 25 32 40

94 a 56 6 a 34 - 0 a 10

CPII-Z

25 32 40

94 a 76 - 6 a 14 0 a 10

CPII-F 25 32 40

94 a 90 - - 6 a 10

CPII-E: Cimento Portland Composto com Escória

CPII-Z: Cimento Portland Composto com Pozolana

CPII-F: Cimento Portland Composto com Filler

Nota: Em relação às adições a EB-2138 prescreve as mesmas definições da EB-1

6.2.2. Características

Apesar das modificações serem relativamente recentes pode-se afirmar que o seguinte comportamento esperado para os diversos tipos (CPII-E; CPII-Z; CPII-F ):

CPII-E: a possibilidade de adições de escória até 34%, juntamente com adições de filler calcário até 10% pode acarretar sensíveis alterações no comportamento físico-químico do cimento (comparando com Cimento Portland Comum) em função dos quantitativos estabelecidos por cada fabricante.

Os cimentos produzidos com teor de escória mais elevado apresentarão menor resistência inicial, mais baixo calor de hidratação, tempos de início de pega mais prolongados, maior durabilidade em presença de meios agressivos.

CPII-Z: pelo fato da adição de material pozolânico não ser tão elevada (6% a 14%) e, em função das características desse material, o CPII-Z não apresenta variações sensíveis em relação ao Portland Comum. As diferenças observadas são: ligeiro aumento no início de pega, pequena redução na resistência inicial e no calor de hidratação, menor número de fissuras decorrentes de retração hidráulica, melhor resistência ao ataque de sulfatos e conseqüente aumento da durabilidade. Determinadas pozolanas obtidas através da queima de argila podem elevar a resistência inicial do cimento.

CPII-F: O Cimento Portland Composto com filler é sem dúvida, aquele que mais se aproxima do Portland Comum, principalmente do CPI-S, tendo, portanto, características semelhantes.

6.3. Cimento Portland de Alto-Forno – CPIII

Norma: NBR - 5735 / 1991

6.3.1. Definição

“Aglomerantes hidráulicos obtido pela mistura homogênea de clínquer Portland e escória granulada de alto-forno, moído em conjunto ou separado. Durante a moagem é permitida a adição

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de uma ou mais formas de sulfato de cálcio e materiais carbonáticos nos teores abaixo.”

Tabela 8 - Composição do Cimento Portland de Alto-Forno (% em massa)

Sigla Classe de resistência

Clínquer + sulfato de cálcio

Escória granulada de alto-forno

Material carbonático

CPIII 25 32 40

65 a 25 35 a 70 0 a 5

6.3.2. Escória granulada de alto-forno

A escória é o subproduto da indústria siderúrgica e é obtida em estado líquido nos alto-fornos durante a fabricação do ferro gusa.

No cadinho do alto-forno a escória por ser mais leve que o ferro sobrenada protegendo-o contra a oxidação e purificando-o do enxofre, impureza contida no mineral de ferro e no combustível.

Atualmente com utilização de carvão vegetal para cada tonelada de ferro-gusa obtém-se aproximadamente 250 kg de escória.

A escória pode receber vários tratamentos durante o seu resfriamento, tipo:

Resfriamento lento ao ar: tem-se como resultado uma escória cristalina que, após britagem, pode ser usada como agregado graúdo na construção civil.

Resfriamento rápido em água: obtém-se uma escória não cristalina em estado vítreo com dimensão máxima de 5 mm. Esta escória granulada é usada na fabricação do Cimento de Alto-Forno e, atualmente, nos cimentos Portland Comum e Portland Composto. Algumas empresas também estão empregando a escória granulada como agregado miúdo, em substituição de parte ou da totalidade da areia natural em concretos de baixa responsabilidade estrutural e peças pré-moldadas.

Resfriamento por vapores de água: Tem-se como resultado um material poroso, usado na construção civil como isolante acústico.

Resfriamento com ar comprimido: Tem-se a lã de escória, usada como isolante térmico e acústico.

Somente as escórias resfriadas rapidamente em água são utilizáveis para a produção do cimento de alto-forno. Além disso, outras características devem ser atendidas:

• Físico-química: a escória deve ser amorfa;

• Química: a escória deve ser alcalina.

A escória tem seu poder hidráulico em estado latente, logo, necessita de um catalisador para despertar essa propriedade. Sabe-se que o hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, liberado pela hidratação do C3S e C2S, os álcalis e o NaOH são os catalisadores pois apresentam o íon oxidrila

(OH-). Sua composição química deve obedecer à relação: 0,1SiO

OAlMgOCaO2

32 >++ .

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Processos Industriais Inorgânicos Ifes - 2010 22

Tabela 9 - Composição química e características físicas de escórias granuladas de alto-forno segundo dois grandes fabricantes nacionais:

Açominas CSN

Física: t/m3 Densidade Real 2,93 -Densidade Aparente 1,3 a 1,4 -

Química: % SiO2 35,6 35,2CaO 42,8 40,9Al2O3 12,8 14,4MgO 6,5 6,9Fe total 1,0 1,3S 1,0 1,0

6.3.3. Material Carbonático

O material carbonático utilizado como adição deve ter, no mínimo, 85% de CaCO3

6.3.4. Características

O cimento de alto-forno tem como características principais um calor de hidratação relativamente baixo, portanto, o surgimento de fissuras no concreto é sensivelmente inferior aos concretos executados com ARI e Comum. Em concretos submetidos a meios e agentes agressivos, principalmente água do mar e águas residuais, apresenta uma boa trabalhabilidade.

Em relação a resistência mecânica pode-se afirmar que nas idades iniciais (3 e 7 dias) o seu desempenho deixa a desejar, ocorrendo considerável acréscimo na idade de 28 dias, superando ao Portland Comum em idades superiores a 60 dias. O tempo de pega, tanto inicial quanto final, é superior aos cimentos ARI e Comum possibilitando ao construtor um maior tempo de manuseio da argamassa ou concreto, característica muito importante principalmente em dias quentes. Com referência a probabilidade de reação álcali-agregado no concreto o cimento AF reduz essa possibilidade.

Pode ser empregado em todo o tipo de concreto e estrutura, com especial destaque para construções de galerias, canais, fundações e pavimentos rígidos. O seu emprego também deveria ser estimulado ou mesmo exigido quando em concretagem prediais em cidades litorâneas.

Outra vantagem do cimento AF é a sua excelente estabilidade de volume em tempo frio ou calor excessivo.

Devido a resistência inicial baixa não é recomendável a sua utilização em peças que necessitam desforma rápida.

Algumas especificações de obras proíbem o seu uso em concreto protendido com receio de corrosão das bainhas e das cordoalhas ao se fazer a injeção de nata, devido ao enxofre (S) limitado por norma em 2%, que se encontra na escória em forma de sulfeto e pode dar origem a ácidos sulfúricos que atacam as armaduras. Essa proibição é contestada por grande número de técnicos.

Nota: Nas Companhias Siderúrgicas o ferro é reduzido nos altos-fornos com adição de calcário que atua como fundente. Corrido o ferro líquido (ferro gusa) resta uma escória granulada

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que nada mais é do que um calcário calcinado à alta temperatura.

A escória obtida de um alto-forno na produção de ferro-gusa apresenta em média cerca de: 30 a 50% de CaO; 28 a 38% de SiO2 ; 8 a 24% de Al2O3; 1 a 18% de MgO e ainda óxido ferroso, óxido de manganês, enxofre, etc.

Os constituintes presentes são os mais variáveis, devido principalmente à maneira de como a escória é resfriada.

6.4. Cimento Portland Pozolânico – CPIV

Norma: NBR- 3/1991

6.4.1. Definição

“Aglomerante hidráulico obtido pela mistura homogênea de clínquer Portland e materiais pozolânicos, moídos em conjunto ou separado. Durante a moagem é permitido adicionar uma ou mais formas de sulfato de cálcio e materiais carbonáticos no teor especificado a seguir.”

Tabela 10 - Composição do Cimento Portland Pozolânico (% em massa)

Sigla

Classe de resistência

Clínquer + sulfato de cálcio

Material Pozolânico

Material carbonático

CPIV 25 32 85 a 45 15 a 50 0 a 5

6.4.2. Materiais pozolânicos

Materiais silicosos ou silicoaluminosos que por si só possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que, quando finamente dividido e na presença de água, reagem com hidróxido de cálcio, à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades cimentícias.

Pozolanas naturais: materiais de origem vulcânica, geralmente ácidos, ou de origem sedimentar.

Pozolanas artificiais: materiais provenientes de tratamento térmico ou subprodutos industriais com atividade pozolânica.

Argilas calcinadas: materiais provenientes da calcinação de determinadas argilas que, quando tratadas a temperaturas entre 500ºC e 900ºC, adquirem a propriedades de reagir com o hidróxido de cálcio.

Cinzas volantes: resíduos finamente divididos provenientes da combustão do carvão pulverizado ou granulado.

Outros materiais: são considerados ainda como pozolanas artificiais outros materiais não tradicionais, tais como: escórias siderúrgicas ácidas, microsílica, rejeito silico-aluminoso de craqueamento de petróleo, cinzas de vegetais e de rejeito de carvão.

6.4.3. Características

As principais vantagens e desvantagens do cimento pozolânico são:

Vantagens:

• Economia no processo de fabricação;

• Resistências finais elevadas;

• Melhora da plasticidade do concreto;

• Melhor calor de hidratação;

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• Aumento da resistência ao ataque de sulfatos;

• Estabilidade de volume;

• Inibição da reação álcali-agregado

Desvantagens:

• Baixa resistência inicial (3 e 7 dias );

• Baixa velocidade de endurecimento em tempo frio. Atenuada com cura a vapor.

O cimento pozolânico é especialmente indicado para obras de barragens, em concretos produzidos com agregados potencialmente reativos e estruturas em contato com agentes e meios agressivos.

Nota: A solidez e a estabilidade de tantos monumentos arquitetônicos erguidos pelos romanos, em regiões onde as intempéries e os abalos sísmicos se repetiam durante dois milênios, consagram às cinzas pozolânicas que usavam misturadas à cal.

Com efeito, as cais pozolânicas remontam a séculos anteriores à era cristã. O nome vem da terra vulcânica de Pozzuoli, usada com correção notável pelos construtores de Roma antiga.

Pozolanas - Isoladamente considera que todas as Pozolanas comportam-se à semelhança de inertes. Em presença da água, porém combinam-se com hidróxido de cálcio Ca(OH)2, dando lugar à formação de compostos característico dos aglomerantes hidráulicos.

Misturadas ao clínquer Portland, durante a moagem, irão reagir mais tarde com a cal que se liberta durante a hidrólise dos silicatos, desenvolvendo as propriedades cimentíficas típicas do Portland Pozolânico. Portanto, podemos definir pozolana, como sendo um material que finamente moído não possui nenhuma propriedade ligante, porém sendo constituídos de Silica-Aluminosa, é capaz de ativada com cal, tornando-se um composto estável com propriedades hidráulicas.

As pozolanas se dividem em naturais e artificiais.

No caso do Portland Pozolânico, a moagem mais demorada é imposição, pois a adição de cinzas ao Portland, se melhora sua resistência à compressão, em prazo longo, apresenta o inconveniente de reduzi-la nos primeiros tempos. Só com o aumento da finura poder-se-á antecipar a taxa normal, que aparecerá tardiamente se o produto não for moído convenientemente.

6.5. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CPV

Norma: NBR 5733/1991

6.5.1. Definição

“Aglomerante hidráulico que atende as exigências de alta resistência inicial, obtido pela moagem de clínquer Portland, constituído em sua maior parte de silicatos de cálcio hidráulicos, ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais carbonáticos, no teor especificado a seguir.”

Tabela 10 - Composição do Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – ARI – (% em massa)

Sigla Clínquer + sulfato de cálcio Material carbonático

CPV 100 a 95 0 a 5

6.5.2. Características

No cimento ARI o processo de endurecimento ocorre de modo muito mais rápido, sendo que o início de pega é normal, mais ou menos 2 horas.

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As inúmeras análises executadas em diversos laboratórios demonstram que, aos 3 dias de idade, o ARI alcança valores superiores a 30,0 MPa, resistência somente adquirida pelos cimento classe 32 em idades superiores a 14 dias. Aos 28 dias, a resistência atinge e ultrapassa 48,0 MPa.

As elevadas resistências, inicial e final, podem ser explicadas pelas seguintes características do cimento:

• Seleção cuidadosa da matéria prima;

• Não possuem adição de escória ou pozolana;

• Queima mais completa do clínquer;

• Alto teor de C3S.

Nota: Em 1992 foi lançado no mercado um novo tipo de ARI, denominado Cimento de Alta Resistência a Sulfatos (ARI-RS). Esse cimento é fabricado com adição de 20% de escória.

Vantagens:

Embora apresente custo mais elevado que os demais (entre 6% e 12%) o cimento ARI possui as seguintes vantagens:

• Redução do consumo de cimento em cada m3 de concreto, em função de sua maior resistência à compressão. Essa redução de consumo compensa o seu custo mais elevado;

• Eliminação do uso de aditivos aceleradores, geralmente a base de cloretos, que podem acarretar sérios danos à armadura;

• Eliminação de cura a vapor na indústria de pré-moldados, que requer um equipamento gerador e um controle tecnológico de alto custo.

Locais de aplicação: Construção civil: permite uma redução acentuada no tempo necessário ao

descimbramento em relação aos demais cimentos. As normas brasileiras recomendam que a retirada de escoramento ocorra após 14 dias. Quando da utilização do ARI os construtores executam o descimbramento em 3 dias obtendo, portanto, grande economia devido a rotatividade das formas além de reduzir o tempo de construção da obra;

Fabricação de blocos de concreto: a elevada resistência inicial possibilita liberar os blocos mais rapidamente para o transporte, diminuindo a quebra no manuseio e reduzindo o estoque em cura;

Fabricação de artefatos de concreto: os artefatos de concreto exigem formas de aço de alto custo, quanto maior a rotatividade das formas menor o custo operacional;

Concreto protendido: possibilita a proteção em prazos mais curtos, liberando as peças protendidas e possibilitando imediata aplicação de cargas.

Desvantagens: Por ser um cimento com alto teor de C3S seu calor de hidratação é mais elevado, por isso o

uso em concreto massa ou peças de grandes dimensões e volume deve ser evitado;

Apesar do tempo necessário para manter a estrutura em processo de cura ser inferior ao tempo dos demais cimentos, 2 a 3 dias, é importantíssimo que a cura seja iniciada o mais breve possível e efetuada de forma rigorosa com o objeto de reduzir ao mínimo o surgimento de trinca e fissuras, principalmente em lajes e pisos. Ocorrência bastante provável quando do emprego do cimento ARI.

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6.6. Cimento Portland Resistente aos Sulfatos - RS

6.6.1. Definição

Os cimentos Portland Resistentes aos Sulfatos são aqueles que tem a propriedades de oferecer resistência aos meios agressivos sulfatados, tais como os encontrados nas redes de esgotos de águas servidas ou industriais, na água do mar.

Alguns tipos básicos (CPI, CPII, CPIII, CPIV e CPV-ARI) podem ser considerados resistentes aos sulfatos, desde que obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições:

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

• Cimento do tipo alto-forno que contenha entre 25% e 40% em massa de material pozôlanico;

• Cimento do tipo pozolânico que contenha entre 25% e 40% em massa de material pozôlanico.

• Cimentos que possuam resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

No primeiro e no último caso, o cimento deve atender ainda a uma das normas NBR- 5732, 5733, 5735, 5736 e 11578. Se o cimento original for o Portland se alta resistência.

Nota: O professor Maurício Joppert da Silva é mestre no assunto. Em seu livro sobre o ataque das obras de concreto simples ou armado pela água do mar ele desenvolve a matéria com grande técnica.

Falando sobre a salinidade, isto é, o número que exprime em gramas o peso contido em 1000 gramas, ele informa que para os Oceanos, a cifra é de 35, embora ela desça a 3 no Golfo de Bótnia a suba para 220 no Mar Morto, onde ninguém consegue se afogar.

A ação da água do mar sobre o concreto apresenta os seguintes efeitos prejudiciais:

• Efeito mecânico: estado de agitação permanente que provoca erosão pelo choque das ondas;

• Efeito físico: inclui a difusão da cal para o exterior pela porosidade do concreto, cristalização dos sais, penetrando por capilaridade, aumento de volume e desagregação.

• Efeito químico: o mais forte destruidor. Consiste na formação rápida do sulfoaluminato de cálcio, denominado de sal de Candlot.

6.7. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação

O aumento de temperatura no interior de grandes estruturas de concreto devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento pode levar ao aparecimento de fissuras. Elas podem ser evitadas com uso de cimentos com taxas lentas de evolução de calor, os chamados cimentos Portland de Baixo Calor de Hidratação.

OS Cimentos de Baixo Calor de Hidratação, de acordo com a NBR 13116, são aqueles que desprendem até 260 J/g e até 300 J/g aos 3 dias e 7 dias de hidratação, respectivamente, e podem ser qualquer um dos tipos básicos. O ensaio é executado de acordo com a norma NBR 12006 - Determinação do Calor de Hidratação pelo Método da Garrafa de Langavant.

6.8. Cimento Portland Branco

O Cimento Portland Branco é um tipo de cimento que se diferencia dos demais pela coloração. A cor branca é conseguida a partir de matérias-primas com baixo teores de óxido de ferro e manganês e por condições especiais durante a fabricação, especialmente com relação ao resfriamento e à moagem dos produtos.

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No Brasil o Cimento Portland Branco é regulamentado pela norma NBR 12989, sendo classificado em dois subtipos: Cimento Portland Branco Estrutural e Cimento Portland Branco não Estrutural, cujas composições são mostradas no quadro abaixo.

Tabela 11 - Composição do Cimento Portland Branco – (% em massa)

Tipo de cimento Portland Sigla + classe Clínquer + Gesso Material

Carbonático Norma Brasileira

Branco Estrutural

CPB - 25 CPB - 32 CPB - 40

100 - 75 0 - 25 NBR 12989

Branco não Estrutural CPB 74 - 50 26 - 50

O Cimento Portland Branco Estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitetônicos, possuindo as classes de resistência 25, 32 e 40. Já o Cimento Portland Branco não Estrutural não tem indicação de classe e é aplicado, por exemplo, no rejuntamento de azulejos e na fabricação de ladrilhos hidráulicos, isto é, em aplicações não estruturais, sendo esse aspecto ressaltado na sacaria para evitar uso indevido por parte do consumidor.

Para fabricação do cimento Portland Branco substitui-se a argila por caulim, de baixo teor de ferro, que é o principal responsável pela cor escura de cimento. O calcário e a areia utilizados também devem ter baixo ter de ferro. Como é impossível obter-se matéria prima totalmente isenta de ferro, utiliza-se como recurso, a redução do ferro trivalente a ferro divalente logo depois da zona de clínquerização, com resfriamento imediato para impedir a reversibilidade da reação, isto é, a volta do Fe+2 a Fe+3. As bolas e o revestimento interno do moinho são feitas de sílex, uma rocha extremamente dura.

Nota: Cimento Colorido: é o cimento Portland comum ou branco, ao qual se adiciona entre 5 e 10 % de pigmentos. Nem todos os pigmentos podem ser usados, isso porque, pela falta de compatibilidade química que ocorrerá entre os componentes do cimento e o pigmento. Em outros casos, a mistura é compatível, mas o local de aplicação não o permite. Em outros, a exposição à luz altera visivelmente as suas propriedades. Em certos casos chegam a ocorrer alterações nas propriedades físicas do cimento. Os pigmentos mais empregados são:

• Óxido de ferro: marrom vermelho • Bióxido de manganês: verde • Azul de cobalto: azul • Negro de fumo: preto

6.9. Cimento Portland para Poços Petrolíferos

Constitui um tipo de cimento Portland de aplicação bastante específica, qual seja a cimentação de poços petrolíferos. O consumo desse tipo de cimento é pouco expressivo quando comparado ao dos outros tipos de cimento normalizados no país. O cimento para poços petrolíferos (CPP) é regulamentado pela NBR 9831 e na sua composição não se observa outros componentes além do clínquer e do gesso para retardar o tempo de pega.

No processo de fabricação do cimento para poços petrolíferos são tomadas preocupações para garantir que o produto conserve as propriedades reológicas (plasticidade) necessárias nas condições de pressão e temperatura elevadas presentes em grandes profundidades.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. Guia básico de utilização do cimento portland. 7.ed. São Paulo, 2002. 28p. (BT-106). Disponível em: www.abcp.org.br.

Sardenberg, M. A. Processos Industriais (apostila). CefetCampos, 2002.

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Sites:

http://www.cimento.org/

http://www.abcp.org.br/home.shtml

http://www.snic.org.br/25set1024/index.html

http://www.cienciaquimica.hpg.ig.com.br/interessante/cimento/cimento.htm