Cimento Portland artificial

O cimento Portland artificial é obtido a partir de uma mistura proporcionada de calcário (carbonato de cálcio) e margas, contendo argila (silicatos de alumínio e ferro) e, eventualmente, mais algumas substâncias ricas em sílica, alumina ou ferro (materiais auxiliares, geralmente areia e óxido de ferro), que constituem o “cru”. As matérias-primas, reduzidas a pó muito fino

2. Matérias-primas 43 (“farinha”), e após controlo da finura e composição química, são submetidas à acção de temperaturas da ordem de 1450ºC, em grandes fornos rotativos, sendo a homogeneização e dispersão realizada actualmente por via seca.

À temperatura de 900ºC (temperatura de descarbonatação), obtêm-se os óxidos. Sujeitas a temperatura elevada, as matérias-primas reagem entre si, com o apoio da fase líquida obtida pela fusão de cerca de 20% dessa mesma matéria-prima, originando novos compostos. Através destes processos químicos e físicos, os produtos da reacção, ao arrefecerem de forma rápida (para que o silicato tricálcico formado se mantenha, sem se transformar em silicato bicálcico), aglomeram-se em pedaços com dimensões variáveis mas geralmente entre 2 e 20 mm, designados por clínquer [595].

A mistura das matérias-primas é doseada, controlada e corrigida de modo que, depois de perder a água e o dióxido de carbono, por acção da temperatura atingida no forno, tenha uma composição dentro dos limites que se apresentam no quadro 2.8.

Quadro 2.8 - Gama de composição química dos cimentos [595]

COMPOSTO % CaO (C) 60 a 68 SiO2 (S) 17 a 25 Al2O3 (A) 2 a 9 Fe2O3 (F) 0.5 a 6 MgO 0 a 2 K2O + Na2O 0.5 a 1.5

A alumina (Al2O3) e os óxidos de ferro (Fe2O3) designam-se por fundentes, pois os compostos

em que intervêm fundem à temperatura mais elevada (temperatura de clinquerização), ajudando à melhor combinação de todos os intervenientes nas reacções em que se formam os componentes do cimento.

Através de análises químicas, físicas e de microscopia ao clínquer, efectua-se o controlo do teor em cal livre (óxido de cal não combinado, que é indiciador de deficiente cozedura ou dosagem de matérias-primas não optimizada), da massa volúmica (para aferição da temperatura de cozedura) e da composição química.

O clínquer é composto por quatro minerais artificiais principais, que são os silicatos bi e tricálcicos (belite - C2S e alite - C3S), o aluminato tricálcico (C3A) e o ferro-aluminato tetracálcico

(C₄AF). A mistura destes dois últimos designa-se por celite. Os silicatos são minerais muito resistentes. O silicato tricálcico é o componente que confere maiores resistências iniciais, forma- -se a temperatura próxima dos 1450ºC e, por ser metaestável, transforma-se em C₂S se o arrefecimento ocorrer devagar. O silicato bicálcico forma-se entre os 900ºC e os 1200ºC (era o

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constituinte base dos cimentos antigos) ou por arrefecimento lento do C3S. Apresenta

relativamente baixas resistências iniciais, mas que aumentam a partir dos 28 dias e confere boa resistência química. Os aluminatos constituem uma fase intersticial, que se insere no meio dos silicatos, funcionando como veículo de desenvolvimento da cozedura e promovendo a formação desses mesmos silicatos. O aluminato tricálcico é muito sensível quimicamente. É o constituinte com maior responsabilidade na libertação de calor na hidratação do betão. O ferro-aluminato tetracálcico é mais resistente quimicamente. Se existir mais ferro forma-se mais C₄AF em detrimento de C3A. É o ferro, juntamente com o tipo de matéria-prima, que confere a cor

cinzenta ao cimento Portland18_.

Para a obtenção do cimento, o clínquer é moído e adicionado de gesso (como retardador de presa) e de adições (geralmente calcário moído, correntemente designado por filler calcário, escórias de alto forno ou cinzas volantes). O gesso utilizado para combinação com os aluminatos é introduzido numa percentagem aferida ao longo da produção, mas que geralmente ronda os 5%. O filler calcário é utilizado para obtenção de cimento Portland tipo CEM II (“composto”), como material de enchimento, substituindo uma percentagem do clínquer (até 20% corresponde à classe de resistências características mínimas aos 28 dias de 42,5 MPa – R, de resistências iniciais elevadas; até 35% corresponde à classe de resistências mínimas de 32,5 MPa – N, de resistências iniciais normais). As escórias são um subproduto do alto forno, arrefecido muito bruscamente

que, quando moído fino, reage formando compostos do tipo do C2S do clínquer, com

consequente diminuição do calor de hidratação e aumento da resistência química. As cinzas volantes ou outro tipo de pozolanas podem ser utilizadas com vantagens na produção de cimento do tipo CEM IV (“pozolânico”). Podem substituir a percentagem de clínquer até 35% (a que terão de corresponder resistências características mínimas aos 28 dias de 32,5 MPa). Reagem com o hidróxido de cálcio libertado pelo cimento e hidratam, formando essencialmente silicato bicálcico. O cimento resultante apresenta resistências iniciais normais (N), que vão aumentando com a hidratação, mais lenta, das pozolanas. O calor de hidratação é reduzido e as resistências químicas são incrementadas.

No caso do cimento Portland, a hidratação dos silicatos tricálcico e bicálcico conduz à formação da tobermorite (CSH) que, por combinação com a cal livre, constitui o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2 – portlandite]. É o elemento mais fraco de pastas ou argamassas com cimento Portland

endurecidas, pois pode dissolver-se na água e carbonatar-se.

18 _{Os cimentos brancos, para além de serem constituídos por uma matéria-prima mais “pura” em calcário, não podem conter}

óxido de ferro como fundente, sendo este papel desempenhado por caulino cuja cor contribua para a brancura desejada. O caulino utilizado pela SECIL para fabrico do cimento branco é importado de Espanha, porque a nível nacional não foi encontrado material que conferisse o índice de brancura requerido.

2. Matérias-primas 45 Na presença da água e de sulfatos, o aluminato tricálcico forma a etringite que pode conduzir à desagregação da argamassa. Por outro lado, a reacção do aluminato tricálcico com os sulfatos e a consequente formação da etringite19 _{(vd. 3.3.11.1), combinada com o aluminato tetracálcico, pode}

formar uma camada insolúvel sobre os grãos do material que retarda a hidratação (do tipo do papel de retardador desempenhado pelo gesso em cimentos ricos em C3A). Também por ataque

de sulfatos, os silicatos de cálcio podem formar taumasite20, com acção também muito destrutiva por desagregação do material.