Cimento Portland: composição, definição e propriedades

A composição do cimento Portland é a chave para compreendermos o comportamento e a aplicação de cada tipo de cimento amplamente empregados na Construção Civil. Mesmo sendo um dos materiais mais conhecido ao redor do globo, poucos profissionais realmente conhecem os aspectos técnicos por trás desse produto.

O primeiro passo para compreender a composição é entender como funciona o processo de fabricação do cimento, conforme expliquei nesse artigo aqui. Basicamente, o produto final será formado por clínquer, gesso e outras possíveis adições (a depender de sua aplicação).

Composição do cimento Portland: conceito geral

Quimicamente falando, o cimento nada mais é do que um material pulverulento, constituído de silicatos e aluminato de cálcio, praticamente sem cal livre. Ao serem misturados com a água de amassamento, esses silicatos e aluminatos complexos se hidratam e produzem o endurecimento da massa, garantindo sua resistência mecânica.

Se quiser entender mais sobre o endurecimento do cimento e compreender os pontos mais importantes sobre a pega desse material, te indico esse artigo aqui. Além do conceito apresentado acima, temos o conceito normativo de cimento Portland. Conforme ABNT NBR 16.697, item 3.1:

Cimento Portland

“Ligante hidráulico obtido pela moagem do clínquer Portland, ao qual se adiciona, durante a fabricação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio e adições minerais nos teores estabelecidos nesta Norma”.

Composição química do cimento

Cada componente é responsável por determinado comportamento do cimento durante a sua aplicação, seja em pastas, argamassas ou concreto.

Os componentes principais, cuja determinação é feita a partir de uma análise química, são: cal (CaO), sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), magnésia (MgO), álcalis (Na2O e K2O) e sulfatos (SO3).

a) Cal (CaO):

Conforme diz Petrucci (1970), é o componente essencial dos cimentos, figurando algo em torno de 60 a 67% na composição do cimento. Pode-se dizer que as propriedades mecânicas do cimento Portland aumentam com o teor de cal.

Se o seu processo de fabricação não é perfeito, pode resultar uma certa quantidade de cal livre, cuja presença em estado anidro, acima de certos limites, prejudica a estabilidade de volume de concretos e argamassas.

b) Sílica (SiO2)

O bióxido de silício é o constituinte básico de muitas rochas naturais, tais como arenitos, quartzitos, areias e argilas. Na sua forma natural cristalizada, a sílica é material praticamente inerte (FUSCO, 2011).

A sua proporção no cimento varia na proporção de 17 a 25%. Durante a fabricação do cimento, a sílica reage com a cal, formando silicatos de cálcio. São estes silicatos que, por hidratação, conferem o efeito aglomerante ao cimento.

Ou seja, é da combinação da sílica com a cal que se obtém os compostos mais importantes do cimento.

c) Alumina

Também provinda da argila, seu teor no cimento pode variar em uma média de 3 a 8%. Ela reage com a cal, formando aluminatos de cálcio, os quais, ao serem hidratados, também formam coloides rígidos.

São os compostos formados pela combinação desse óxido com a cal que aceleram a pega do aglomerante e reduzem a resistência aos sulfatos. Logo, devem estar presentes em pequenas quantidades na composição do cimento.

Conforme assevera Fusco (2011), exceto nos cimentos aluminosos, que são usados quando se quer o endurecimento muito rápido, como em obras submarinas, a contribuição da alumina para a resistência dos cimentos é baixa.

d) Óxido de Ferro

É proveniente da argamassa utilizada na fabricação do cimento e aparece na composição do cimento Portland em quantidades relativamente pequenas, 0,5 a 6%, combinado com outros óxidos presentes.

O óxido de ferro não deve estar presente na fabricação dos cimentos brancos, uma vez que o cimento com essa composição adquire uma coloração escura, com tonalidade de café. Além disso, esse componente possui um importante papel de fundente, desenvolvendo uma ação mais enérgica que a alumina.

Acredita-se que os teores relativamente altos de alumina e óxido de ferro na composição possam facilitar a produção comercial de um cimento com cal suficiente para converter toda a sílica em silicato tricálcio, se que resulte cal livre em quantidade inconveniente.

Composição média do cimento Portland

Antes de tudo, saiba que na química dos cimentos há uma notação própria, simplificada, que facilita o estudo e compreensão dos fenômenos referentes a este aglomerante. Assim, para os quatro componentes principais que governam as propriedades do cimento, temos o seguinte quadro abaixo:

Assim, com base nesses elementos e nessas notações, o exame microscópico do clínquer nos revela os seguintes elementos finais:

Vale ressaltar que, o cálculo da composição potencial do cimento Portland é baseado no trabalho de R. H. Bogue e de outros autores, e é frequentemente denominado “composição de Bogue” (NEVILLE, 2015). A microfotografia de uma seção transversal de clínquer de cimento Portland está representada na imagem abaixo.

Por fim, Petrucci (1970) nos apresenta um quadro resumo com as propriedades desses compostos:

Palavras finais

Esse tema é bastante denso e complexo, por isso boa parte dos profissionais acabam desconhecento realmente sobre o material que estão manuseando no dia a dia. Pretendo trazer outros tópicos, mais avançados, a fim de complementar o estudo. Caso tenha alguma dúvida ou sugestão, deixa aí em baixo. 🙂

 

Abraços do João