A Industria cimenteira: tipos de cimentos

A indústria de cimento está distribuída por quase todos os países do mundo, com actuação marcante tanto de empresas locais como de grandes grupos internacionais integrados e com desempenho global. 
A indústria sistematicamente implanta novas unidades  integradas, com investimentos situando-se em torno de US$ 150,00/t/ano de clínquer, englobando somente equipamentos e construção, não sendo computados terrenos, jazidas e capital operacional. No total, o investimento situa-se entre  US$ 180,00 e US$ 200,00/ton/ano de cimento ou clínquer.
A produção mundial de cimento em 2013 foi um pouco superior a 4.000 Mton, ou seja, um crescimento próximo a 8,1% em relação ao montante produzido em 2012, que foi de aproximadamente 3.700 milhões de toneladas.

• Veja Cimento

O  Cimento Portland Comum é referência para comparação com as características e propriedades dos 8 tipos básicos de cimento Portland disponíveis no mercado. São eles:

• Cimento Portland Comum (CP I)
• Cimento Portland Composto (CP II)
• Cimento Portland de Alto-Forno (CP III)
• Cimento Portland Pozolânico (CP IV)
• Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI)
• Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS)
• Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)
• Cimento Portland Branco (CPB).

Esses tipos se diferenciam de acordo com a proporção de clínquer e sulfatos de cálcio, material carbonático e de adições, tais como escórias, pozolanas e calcário, acrescentadas no processo de moagem. Podem diferir também em função de propriedades intrínsecas, como alta resistência inicial, a cor branca etc. O próprio Cimento Portland Comum (CP I) pode conter adição (CP I-S), neste caso, de 1% a 5% de material pozolânico, escória ou fíler calcário e o restante de clínquer. O Cimento Portland Composto (CP II- E, CP II-Z e CP II-F) tem adições de escória, pozolana e filler, respectivamente, mas em proporções um pouco maiores que no CP I-S. Já o Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) e o Cimento Portland Pozolânico (CP IV) contam com proporções maiores de adições: escória, de 35% a 70% (CP III), e pozolana de 15% a 50% (CP IV).

 Aplicações dos tipos de cimento

1. Cimento Portland Comum CP I e CP I-S (NBR 5732)

Um tipo de cimento portland sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega) é muito adequado para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. O Cimento Portland comum é usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento. Também é oferecido ao mercado o Cimento Portland Comum com Adições CP I-S, com 5% de material pozolânico em massa, recomendado para construções em geral, com as mesmas características.

2.  Cimento Portland CP II (NBR 11578)
O Cimento Portland Composto é modificado. Gera calor numa velocidade menor do que o gerado pelo Cimento Portland Comum. Seu uso, portanto, é mais indicado em lançamentos
maciços de concreto, onde o grande volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa. Este cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefactos de cimento. Veja as recomendações de cada tipo de CP II:

a- Cimento Portland CP II-Z (com adição de material pozolânico) – Empregado em obras civis em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. E para produção de argamassas, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefactos de cimento. O concreto feito com este produto é mais impermeável e por isso mais durável.

b- Cimento Portland Composto CP II-E (com adição de escória granulada de alto-forno) – Composição intermediária entre o cimento portland comum e o cimento portland com adições (alto-forno e pozolânico). Este cimento combina com bons resultados o baixo calor de hidratação com o aumento de resistência do Cimento Portland Comum. Recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam  ser atacadas por sulfatos.

c- Cimento Portland Composto CP II-F (com adição de material carbonático – fíler) – Para aplicações gerais. Pode ser usado no preparo de argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto simples, armado, protendido, projectado, rolado, magro, concreto-massa, elementos pré-moldados e artefactos de concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo-cimento, dentre outros.

3. Cimento Portland de Alto Forno CP III – (Com escória – NBR 5735)

Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim com alta resistência à expansão devido à reacção álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, de concreto simples, armado, protendido, projectado, rolado, magro e outras. Mas é particularmente vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reactivos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.

4. Cimento Portland CP IV – 32 (Pozolânico – NBR 5736)

Para obras correntes, sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefactos de cimento. É especialmente indicado em obras expostas à acção de água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com este produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação.

5. Cimento Portland CP V ARI – (Alta Resistência Inicial – NBR 5737)

Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias, que superam em muito os valores normativos de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e 7 dias, respectivamente, o CP V ARI é recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de artefactos de cimento em indústrias de médio e pequeno porte, como fábricas de blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitectónicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras desde as pequenas construções até as edificações de maior porte, e em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade.

6. Cimento Portland CP (RS) – (Resistente a sulfatos – NBR 5733)

 CP-RS oferece resistência aos meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos. Pode ser usado em

concreto dosado em central, concreto de alto desempenho, obras de recuperação estrutural e industriais, concretos projectado, armado e protendido, elementos pré-moldados de concreto, pisos industriais, pavimentos, argamassa armada, argamassas e concretos submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamento de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas. De acordo com a norma NBR 5737, cinco tipos básicos de cimento – CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI – podem ser resistentes aos sulfatos, desde que se enquadrem em 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;
• Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;
• Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;
• Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

7. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) – (NBR 13116)

O Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) é designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC. Por exemplo: CP III-32 (BC) é o Cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição. Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.

8. Cimento Portland Branco (CPB) – (NBR 12989)

O Cimento Portland Branco se diferencia por coloração, e está classificado em dois subtipos: estrutural e não estrutural. O estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitectónicos, com classes de resistência 25, 32 e 40, similares às dos demais tipos de cimento. Já o não estrutural não tem indicações de classe e é aplicado, por exemplo, em reajustamento de azulejos e em aplicações não estruturais. Pode ser utilizado nas mesmas aplicações do cimento cinza. A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila. O índice de brancura deve ser maior que 78%. Adequado aos projectos arquitectónicos mais ousados, o cimento branco oferece a possibilidade de escolha de cores, uma vez que pode ser associado a pigmentos coloridos.

Obs: As recomendações de uso de determinado cimento,  baseia-se em critérios técnicos e económicos. Não significa que um determinado tipo de cimento não possa ser utilizado para um determinado tipo de obra, quase todos poderão ser utilizados para quaisquer obras,  desde que hajam estudos de dosagem e procedimentos específicos

Propriedades físicas do cimento:

Pega do Cimento: A pega pode ser entendida como a evolução das propriedades mecânicas da pasta de cimento no início do processo de endurecimento, a partir do processo químico de hidratação.
Início de Pega: Tempo disponível para trabalhar a pasta ( Mistura, Transporte, Lançamento, Adensamento.)
Fim de Pega: Tempo mínimo para se transitar sobre o cimento e prazo mínimo para o início do processo de cura.
Falsa pega: o cimento adquire dureza, mas não tem resistência suficiente.
Endurecimento: período de fenómenos físicos entrelaçamento dos cristais.

Factores que influenciam na Pega do Cimento:

• Finura do cimento – Cimentos mais finos dão inicio de pega mais rápido e fim de pega mais demorado.
• Maiores quantidades de água diminui o tempo do inicio de pega.
• O aumento de temperatura diminui o tempo do inicio de pega.
• Temperaturas próximas de 00C retardam as reacções e temperaturas abaixo desta as paralisam.

 Propriedades químicas do cimento:
Durante a calcinação das matérias-primas, ocorrem combinações químicas, principalmente no estado sólido, que conduzem à formação dos constituintes principais do cimento Portland:

• silicato tricálcico (3CaO.SiO2);
• silicato bicálcico (2CaO.SiO2);
• aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3);
• ferro aluminato tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3).

 As propriedades do cimento são directamente relacionadas com as proporções dos silicatos e aluminatos.
A composição potencial do cimento Portland varia em função das condições de operação do forno e do subsequente resfriamento do clinker.

O conhecimento das proporções dos constituintes do cimento reside na correlação existente entre estes e as propriedades finais do cimento e também do concreto.
O silicato tricálcico é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do primeiro mês de cura. O silicato bicálcico adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. O aluminato tricálcico também contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. O ferro aluminato de cálcio em nada contribui para a resistência.

O aluminato de cálcio muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no início do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor. Os dois outros componentes contribuem pouco para a liberação de calor.
O aluminato de cálcio, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. Com a adição de proporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação é controlado. O silicato tricálcico é o segundo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Os outros componentes se hidratam lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega.