C IMENTO

Neville (1995) descreve cimento como um material com capacidades adesivas e coesivas, capaz de ligar fragmentos minerais num corpo compacto. Por outro lado, a norma NP EN 197-1 (2012) descreve cimento como um material inorgânico finamente moído que, em contacto com água, ganha presa devido a reações e processos de hidratação, mantendo propriedades resistentes após o endurecimento.

2.2.1.1. Tipos de cimento

Atualmente a norma NP EN 197-1 (2012) agrupa os tipos de cimentos em 5 classes principais:  CEM I – Cimento Portland;

 CEM II – Cimento Portland composto;  CEM III – Cimento de alto-forno;  CEM IV – Cimento pozolânico;  CEM V – Cimento composto.

A diferente classificação dos vários tipos de cimento deve-se ao facto de cada um apresentar diferentes quantidades dos diversos constituintes na sua composição, como o clínquer, escória de alto forno, sílica de fumo ou pozolanas, por exemplo. O CEM I foi o tipo de cimento utilizado na constituição das argamassas alvo de ensaios na presente dissertação, sendo o que contém maior percentagem de clínquer.

2.2.1.2. Cimento Portland

De acordo com Neville (1995), o cimento Portland comum é fundamentalmente fabricado a partir de materiais calcários, como calcários argilosos e calcários comuns puros às quais é necessário acrescentar alguma quantidade de argila. Após serem reduzidas a pó, as matérias primas são expostas a temperaturas até 1450ºC, o que provoca a fusão de cerca de 20% das mesmas, levando à formação de novos compostos (Sousa Coutinho, 1988). Consequentemente, a mistura e dosagem do calcário e argila, tem de ser tal que, após a perda da água e dióxido de carbono, a sua composição química se encontre dentro dos seguintes limites do Quadro 2.1 (Sousa Coutinho, 1988):

Quadro 2.1 - Limites da composição química do cimento Portland (Sousa Coutinho, 1988)

Composto Químico Abreviatura Limite

Óxido de cálcio CaO 60% a 68%

Dióxido de silício SiO2 17% a 25%

Óxido de alumínio Al2O3 2% a 9%

Óxido de ferro Fe2O3 0,5% a 6%

2.2.1.3. Processo de fabrico do cimento Portland

O processo de fabrico do cimento inicia-se com a extração da matéria prima, geralmente blocos de calcário de grandes dimensões, que são depois britados em frações menores. Este material é, posteriormente, armazenado, podendo receber adições de argila.

Na fase seguinte de moagem e homogeneização, Neville (1995) considera que existem duas vias distintas para a produção de cimento, a via húmida e a via seca. Atualmente, a primeira alternativa, embora mais tradicional, não é muito utilizada, devido ao seu grande dispêndio de energia. O produto resultante é armazenado em silos onde lhe poderão ser adicionados outros componentes, dando assim origem ao cru.

De seguida, o cru é encaminhado até fornos rotativos onde se procede à cozedura dos mesmos. Presentemente, o forno rotativo consiste num cilindro com diâmetro máximo de 7,6 metros e

comprimento até 232 m, assente numa plataforma com inclinação entre 2 e 6%, equipada com roletes, que permite a rotação do mesmo.

Segundo Sousa Coutinho (1988), a alimentação do forno poderá proceder-se de quatro formas distintas: entrada direta de farinha, pasta de cru, farinha humedecida com água até 13% ou em pasta dissecada. Para o aquecimento do forno recorre-se à queima de carvão ou fuel-oil, que são introduzidos na parte inferior do forno juntamente com ar. É necessária especial atenção ao combustível a que se irá recorrer, pois a sua combustão poderá alterar a composição química do cru.

Após uma subida de temperatura até à ordem dos 1450ºC, acontece a formação do clínquer. Após a formação das bolas de clínquer, estas devem ser rapidamente arrefecidas devido à instabilidade do silicato tricálcico a temperaturas inferiores a 1250ºC, de modo a ser possível a conservação da sua estrutura. Por outro lado, o silicato bicálcico apresenta duas formas, β e ϒ, onde a forma β é estável para temperaturas entre os 1200ºC e 675ºC. Abaixo desta temperatura, o silicato bicálcico β transforma-se em ϒ, forma em que é praticamente inerte, de modo que é desaconselhável a sua formação.

Para se proceder ao arrefecimento, o engenho mais utilizado é o planetário, conjunto de tubos de arrefecimento que envolvem o tambor.

Após o arrefecimento total do clínquer até temperaturas entre os 180ºC e 125ºC, o mesmo é armazenado até arrefecer totalmente, sendo posteriormente introduzido num moinho com esferas metálicas, onde lhe poderão ser adicionados aditivos, como gesso, para regular o tempo de presa ou modificar outras propriedades.

2.2.1.4. Composição química do clínquer de cimento Portland

Geralmente, considera-se que o clínquer Portland é composto maioritariamente por quatro constituintes principais (Neville ,1995), resultantes de reações químicas por ação da temperatura, descritos no quadro seguinte com a correspondente abreviatura:

Quadro 2.2 - Composição química do cimento Portland (Neville, 1995)

Composto Composição Abreviatura Quantidade

Silicato Tricálcico 3CaO·SiO2 C3S 20% - 65%

Silicato Bicálcico 2CaO·SiO2 C2S 10% - 55%

Aluminato Tricálcico 3CaO·Al2O3 C3A 0% - 15%

Aluminoferrato tetracálcico 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 5% - 15%

Sousa Coutinho (1988) divide da seguinte forma as alterações da matéria prima provocadas pelo efeito da temperatura:

 Até aos 100ºC, dá-se a evaporação da água livre;  Até aos 450ºC, dá-se a saída da água adsorvida;

 Entre os 450ºC e 800ºC, acontece a desidratação da argila e inicia-se a formação de carbonatos e óxidos tanto de cálcio como de magnésio;

 Entre os 800ºC e 900ºC, inicia-se a formação do aluminato de cálcio;

 Entre os 900ºC e 1100ºC, forma-se o aluminato tricálcico, iniciando-se a formação do aluminoferrato tetracálcico;

 Entre os 1100ºC e 1200ºC, o teor de silicato bicálcico atinge o seu máximo e a maior parte de aluminato tricálcio e aluminoferrato tetracálcico encontra-se formada;

 A 1260ºC, o óxido de cálcio combina-se com os óxidos de alumínio e ferro, levando à formação do silicato tricálcico a partir do silicato bicálcico.

2.2.1.5. Reações de hidratação do cimento Portland

A mistura do cimento Portland com a água desencadeia inúmeras reações químicas que levam à formação de uma mistura que, num pequeno período de tempo, adquire presa e resistências mecânicas importantes.

Sousa Coutinho (1988) afirma que os minerais constituintes do cimento, em contacto com água, reagem, originando novos compostos que cristalizam com hábito acicular, conferindo resistência à mistura. Neville (1995) refere existirem duas formas de os compostos do cimento Portland reagirem com a água da mistura:

 Pela adição direta de moléculas de água;  Hidrólise.

Logo, os compostos do cimento Portland, aquando do contacto com a água, formam novos compostos, sendo a reação de hidratação do cimento exotérmica.

O silicato tricálcico, quando combinado com água, dá origem a hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), parte do

qual fica em solução e parte cristaliza, sendo esta a reação mais rápida, traduzindo-se pela Equação 2.1.

2(3CaO·SiO2) + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 (2.1)

O silicato bicálcico, por sua vez, também forma hidróxido de cálcio, mas em menores quantidades, conforme a Equação 2.2.

2(2CaO·SiO2) + 4H2O → 3,3CaO·2SiO2·3,3H2O + 0,7Ca(OH)2 (2.2)

O aluminato tricálcico, se se encontrar num meio com elevadas concentrações de hidróxido de cálcio, fixa este composto, transformando-se num aluminato tetracálcico hidratado, conforme a Equação 2.3.

3CaO·Al2O3 + Ca(OH)2 + 12H2O → 4CaO·Al2O3·13H2O (2.3)

A reação do aluminato tricálcico na presença de água é bastante repentina e conduz a uma imediata presa da pasta de cimento. Devido ao facto desta reação não ser pretendida, poderá adicionar-se gesso à mistura o que leva a uma presa mais lenta. Logo, a combinação do gesso (CaSO4·2H2O) com o aluminato

tricálcico dá origem à formação de um composto insolúvel de sulfoaluminato de cálcio, designado por etringite (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O

ou

Equação 2.4.

O aluminoferrato tetracálcico, quando combinado com água, origina o aluminato tricálcico hidratado e ferrato monocálcico, de acordo com a Equação 2.5.

4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 7H2O → 3CaO·Al2O3·6H2O + CaO·Fe2O3·H2O (2.5)