Concreto Portland - Petrucci

5/13/2018 Concreto Portland - Petrucci - slidepdf.com

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ELADIO G. R. P~TRUCCIEngenheiro, Ex-Professor Catedratico da Escolade Engenharia da Universidade Fede-

ral do Rio Grande do SuI; Ex-Professor Titular de Materiais de Construcao da Escola

Politecnica da Universidade de Sao Paulo

CONCRETO' ;

DE C IMENTO

PORTLAND

13" Edi< ;a o

VL AD IM IR A NTO NIO PA ULON

Engenheiro, Ex-Professor da Disciplina de Materiais de Construcao da Escola Poli-

tecnica da Universidade de Sao Paulo; Ex-Professor Responsavel pela Disciplina de

Materiais de Construcao da Universidade de Carnpinas; Engenheiro Senior da Pro-

mon Engenharia, de Sao Paulo



1 1

Copyright © 1970 by Eladio G. R. Petrucci

Copyright © 1978 by Lia Miranda Petrucci

Direitos mundiais de edicao em lingua portuguesa eectidos a

EDITORA GLOBO S.A.

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C E S U M A R . B IB lI O T E C A

Clas f/7 3. S'i;P ' : i C ! 9 < C .

Impressao e acabamento:

CromosefeGR'AFICA E EDITORA lTDA.

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/ J l e d ' r COi~~ ...o -_ _ NF ~i .

R$ 3SlfD Data . .29··0\0 Olj

CIP-Brasil. Catalogacao-na-tonte - Camara Brasileira do Livro, SP

Petrucci, Eladio G. R., 1922-1975

Concreto de cimento Portland / Eladio G. R. Petrucci. - 13. ed.

rev.por Vladimir Antonio Paulon - Sao Paulo: Globo, 1998.

Bibliografia

ISBN 85-250-0225-9

1. Ctmento Portland 2. Concreto 1. Paulon, Vladimir Antonio,

193'3- II. Titulo. III. Serie

87-0537

CDD-620.136

-620.15

-691.3

-691:5

Indices para catalogo sisternatico

1.Ctmento Portland: Materiais de construcao 691.5

2. Clmento Portland: Materiais de engenharia 620.15

3. Concreto: Materiais : Engenharia 620.136

4. Concretos : Materiais de construcao 691.3



1

MATERIALS COMPONENTES

o concreto hidraulico e urn material de construcao constituido

por mistura de um aglomerante com um ou mais rnateriais inertcs

e agua. Quando recem-misturado, deve oferecer condicocs tais

de plasticidade que facilitem as operacoes de manuseio indispensaveis

ao Iancamento Has formas, adquirindo, com 0 tempo,' pelas reacoeeque entao se processarem entre aglomerant.e e agua, coesao e resis-

tencia.

Os materiais que 0 comp5em sao: eimento, agregado mirido,

agregado graudo e agua.

Moderriamente, porern, tem-se, freqiientemente, algum outro

constituinte destinado a melhorar ou conferir propriedades especiais

ao conjunto, tais como impermeabilidade da massa, dirninuicao

do calor de hidratacao, aumento da durabilidade, maior plasticidade

quando fresco, rapido aumento da resistencia quando endurecido,

etc. Sao os chamados aditivos, que dao origem aos concretos

tratados.

Produto fabricado pelo pr6prioengenheiro, muitas vezes no

eanteiro de service, e devendo apresentar caraeteristieas e proprie-

dades compativeis .corn 0 fim a que se destina, dentro dos Iimites

€conomicos de cada obra, exige 0 concreto, de seu executor, um

perfeito conhecimento das propriedades e qualidade dos materials

constituintes e do proporcionamento destes, bern como da te~nicade seu preparo e uso.

Para obter um concreto duravel, resistente, economico e do

bom aspecto, devera 0 engenheiro estudar:

a) as propriedades de cada urn dos materials componentes;

b) as propriedades do concreto e os fatores suscetiveis de

altera-las;

c) 0 proporcionamento con·eto e a execucao cuidadosa da mis-

tura em cada caso, a fim de obter as ca~acteristicas impostas ,



2 E TICLOPEDIA TECNICA UNIVERSAL

d) os meios de transporte, lancamento e adensamento compa-

tiveis com a obra;

e ) 0 modo de executar 0 controle do concreto durante it pf-epa-racao e apos 0 endurecimento, a fim de eapacitar-se do aten-

dimento das earacteristicas exigidas, tomando os cuidados

devidos em caso contrar io.

Ao conjunto cimcnto mais agua da-se a denominacao de pasta;adicionando urn agregado miudo a pasta, obtem-se a arqamaesa,

considerando-se 0 concreto como uma argarnassa, a qual foi adiciona-

do urn agregado graudo,

A pasta tcra como funcao:

a) envolver os agregados, enchendo os vazios formados e

comunicando ao concreto possibilidades de manuseio, quando

recem-misturado ;

b) aglutinar os agregados no concreto endurecido,dando um

conjunto com certa imperrneabilidade, resistencia aos

esforcos mecanicos e durabilidade frente aos agentes agres-

SIVOS.

A f'uncao dos agregados sera:

a) contribuir com graos capazes de resistir aos esforcos solici-

tantes, ao desgaste e it ac;ao das intemperies;

b) reduzir as variacocs de volume provenientes de causas

varias;

c) reduzir 0 custo.



2

FATORES QUE INFLUENCIAM A QUALIDADE

DO CONCRETO

A qualidade do concretodependera primeiramente da qualidade

dos materiais componentes.

Impoe-se, portanto, 'quando se deseja um concreto superior,

uma selecao cuidadosa desses materiais.

Um fator a ser posta em evidencia e a uniformidade. :E pre-ferfvel eontar sempre com um produto de qualidade media do que

com um que oscile de 6timo a regular.

De posse de materials de boa qualidade, e preciso mistura-losnas proporeoes adequadas.

Neste proporcionamento, deve-se ter em conta a rela~ao entre

cimento e agregado, a divisgo do agregado em mijido e grarido e,

muito principal mente; a relacao entre a agua empregada e os rna-teriais secos, ou, como e mais usual, a rela~iio itgua/ cimenio.

Necessaria ainda se torna, na massa do concreto, a mistura

intima do cimento com a agua e a distribuicao uniforme da pasta

result ante nos vazios dos agregados miudo e grarido, que, PQr sua

vez, tambem devem ser convenientemente misturados.

Ap6s a mistura, deve .0 concreto ser transportado, laneado

-nas formas e adensado corretamente.

Um ultimo cuidado se faz ainda necessario: a hidrataeao docimento continua por tempo bastante longo e e preciso que as con-dicoes ambientes favoreeam as reacoes que entao se processam.

:E .0 que se denomina a cum do concreto.

Em suma, para obter as qualidades essenciais ao concreto:

facilidsde de emprego quando fresco, resisteneia mecanica, dura-

bilidade, impermeabilidade e constancia de volume depois de

endurecido, sempre tendo em vista .0 fator economico, SaQnecessarios:



4 ENCICLOPEDIA TECNICA UNIVERSAL

a) selecao cuidadosa dos materiais (eimento, agregado, agua

e aditivos) quanto a:- tipo e qualidade

- uniformidade

b) proporcionamento correto:

do aglomerante em relaeao ao inerte

do agregado miudo em relaliao ao graudo

da quantidade de agua em relaeao ao material seco

do aditivo em relacao ao aglomerante ou a agua utilizadac) manipulacao adequada quanta a:

- mistura

- transporte

- lancamento

- adensamento

d) cura cuidadosa.



3

CIMENTO PORTLAND

3.1 - Compo8i~ao quimica

o cimento portland e um material pulverulento, constituido de

silicatos e aluminatos de calcio, praticamente sem cal livre. Esses

silicates e aluminatos complexos, ao serem misturados com agua,

hidratam-se e produzem 0 endurecimento da massa, que pode entao

oferecer elevada resistencia mecanioa.o cimento portland resulta da moagem de um produto deno-

minado clfnquer, obtido pelo cozimento ate fusdo incipiente (±30%

de fase liquida) de mistura de calcario e argila convenienteniente do-

sada e homogeneizada, de tal forma que toda cal se combine com os

compostos argilosos, sem que, depois do cozimento, resulte cal

livre em quantidade prejudicial. Apos a queima, e feita pequena

adicao de sulfato de caleio, de modo a que 0 teor de 80a nao ultra-passe 3,0%, a fim de regularizar 0 tempo de inicio das reacoes do

aglomerante com a agua.

Para .facilitar 0 estudo dos compostos do cimento, e corrente

considera-los formados pela associaeao de corpos binaries contendo

oxigenio, aos quais se da 0 nome de componentes.

E costume, tambem, dar destaque a esses eomponentes nas

formulas dos compostos complexos que constituem 0 cimento.

Os eomponentes principais, euja determinacao e feita a partir

de uma analise quimioa, sao: cal (CaO), silica (8i02), alumina

(Al203), oxido de ferro (Fe20a), magnesia (MgO) , alcalis (Na20 e

K20) e sulfatos (803).Convem prelirninarmente passar em revista os componentes

que se eneontram nos cimentos:

CaO - A cal e 0 componente essencial dos cimentos, figurando

numa porcentagem de 60 a 67%. Na maior parte provem da

decomposicao do carbonato de ealcio. S6 em proporeao muito



6 ENCICLOP:EmIA TECNICA UNIVERSAL

pequena e que se encontra em est ado de liberdade no cimento

artificial. Em igualdade de condieoes, pode-se dizer que as pro-

priedades rnecanicas do portland aumentam com 0 teor de cal,

desde que se encontre completamente combinada. Se 0 processo

de fabricacao nao e perfeito, pode resultar uma certa quantidade

de cal livre, euja presenca em estado anidro, acima de certos limites,

prejudica a estabiIidade de volume das argamassas e concretes.

SiOz - A proporcao de silica no cimento portland varia de

17 a 25%. Ela se encontra combinada com outros componentes

e provem sobretudo das argilas usadas como materia-prima. E da

sua eombinacao com a cal que resultam os compostos mais impor-

tantes do portland.

Al203 - Tarnbern da argila provem a alumina do cimentoartificial; seu teor varia geralmente de 3 a8%. 0 composto formado

pela combinacao desse oxido com a cal acelera a pega do aglomerantee reduz- sua resistencia aos sulfatos, razao pela qual a quantidade

presente deve ser pequena. Praticamente na~ se pode prescindir

da alumina porque, agindo como fundente, faeilita, com as tern-

peraturas correntes na industria, 0 desenvolvimento das reacoesque possibilitam a formacao do clinquer.

Fe203 - Esse oxido, trazido pela argila, aparece geralmente

no eimento portland em quantidades relativamente pequenas, 0,5a 6%, combinado com outros 6xidos presentes. No cimento brancopode descer abaixo de 0,2%. Geralmente nao ha a assinalar a pre-

senca de FeO, salvo em quantidades muito pequenas, ate cerca

de 0,3%.

o oxido de ferro, desde que em porcentagem nao muito elevada,

e uti I pelo seu papel de fundente, desenvolvendo nesse sentido

uma ac;ao talvez mais energies do que a alumina. Acredita-se que

os teo res relativamente altos de alumina e 6xido de ferro possam

facilitar a rproducso comercial de urn cimento com porcentagemde cal suficientemente alta para converter toda a silica em silicate

tricalcico, sem que resulte cal livre em quantidade inconveniente.

S03 - Tern sua origem principalmente no sulfato de calcio

adicionado correntemente ao cimento para regular sua pega, retar-

dando-a. Geralmente, estabelecem as especifioaeoes 0 teor maximo

de 3% para 803, considerando-se perigosa sua presenea aeima

desse limite, em virtude da formacao do sulfoaluminato, Uma

boa parte do pequeno teor de enxofre contido nas materias-primas

e no combustivel desprende-se no forno com as poeiras. .

MgO +rr A magnesia no eimento provem do carbonatode

magnesio presente no calcario, geralmente sob a forma de dolo mit a(CaC03, Mg03), ou, em pequena quantidade, na argila. Seu teor no

cimento varia de 0,1 a 6,5%.



CONCRETO DE CIMENTQ PORTLAND 7

Admite-se que no cimento portland a magnesia nao se encontre

combinada. Em quantidades superiores a certos limites, esse oxide

atua como expansive, agindo de forma nociva sobre a estabilidade

de volume das argamassas e concretes.

Tanto em relacao ao S03 como ao MOO , admite a maioria

das autoridades que devem ser fixados limites, visto que as provas

de resistencia ate 28 dias nada inforrnam a este respeito. Quais os

limites aadotar e assunto discutivel que .tem figurado na literatura

tecnica desde os primeiros tempos da hist6ria dos aglomerantes

hidraulicos, .

KzO - NazO - Os a,lcalis KzO e NazO encontram-se com

frequencia no cimento portland, em teores de 0,5 a 1,3%, desenvol-vendo papel de fundentes na cozedura e agindo como aceleradores

da pega.

A certos agregados de composicso determinada atribui-se a

propriedade de provo car expansoes anormais nas argamassas,

quando 0 cimento contern urn teor de alcalis superior a 0,6% (calcu-

lado como Na20 + 0,658 K20).

Ti02 - Mn304 - Pz05 - Os 6xidos de titlinio e manganes

e 0 anidrido fosf6rico sao encontrados em pequenas quantidadesno cimento portland e, por isso, geralmente nao sao determinados

separadamente.

Perda ao fogo e insoluveis - Nas analises quimicas dos

cimentos figuram, ao lado dos componentes acima referidos, as

porcentagens correspondentes a perda ao fogo e insohiveis no HCl.Sao dados que podem dar indicacoes sobre a eficiencia da cozedura,

aeracao ou adulteracao ,A perda ao fogo reiine umidade, agua combinada e gas carb6-

nico. As especificacoes toleram no maximo 4,5%,0 que ja e excessivo.

Narealidade, s6 atingiria limites dessa ordem em cimentos arma-

zenados por tempo muito longo em condicoes pouco favoraveis,

e isso ficaria patenteado nos ensaios mecanieos.

o teor de insohiveis tolerado em especificacees em geral nao

excede a 1%, sendo 'que na realidade raramente se encontra urn

portland com mais de 0,4% de insohiveis.

A composieao em 6xidos dos cimentos nacionais, em valores

medios, e a seguinte:

CaO

Si02

Fe203

61 a 67 %20 a23 %2 a 3,5%

MOOS03Alcll.lis

0,8 a 6 %1 a 2,3%

0,3 a 1,5%




Os quatro primeiros componentes sao os principais e delesderivam os compostos fundamentais, que irao governar as pro-

priedades do produto,

Usa-se, na qufmicados cimentos, uma notacao propria, sim-plificada, que muito favorece 0 estudo e 'a compreensao dos fen6-menos referentes a este aglomerante,

Assim, temos:

CaO CSi02 SFe203 FAl203 A

Conhecida a composioao analitica do cimento, e possivel, abase de certas hip6teses, calcular as quantidades dos compostospresentes.

Os resultados de iniimeros trabalhos sobre a constituicao do

cimento portland mostraram ser ele essencialmente formado pelos

compostos: silicato tricalcieo, silicato dicalcico, aluminato tricalcico

e ferroaluminato tetracalcico, alerrrdo MgO e pequena quantidade

de cal livre. H a a considerar ainda a existencia de gesso. '

o exame microsc6pico do clfnquer revela 0 seguinte:

Silicato tricalcico: ocorre em cristais hem definidos, relativa-

mente grandes, com contornos hexagonais. Os cristais em algumas

amostras revelam formas muito perfeitas, com arestas bastante

vivas, e em outras apresentam corrosao acentuada, aparecendo os

Angulos arredondados (Fig', I-A),

Silicato dicalcico: ocorre em cristais relativamente grandes,

exibindo' forma arredondada ou apresentando bordos dentados,

sem nenhuma evidencia de forma regular (Fig. I-B).Entre os cristais dos silicatos de caleio encontram-se 0 material

intersticial claro e 0 material intersticial escuro, constitufdos

essencialmente das fases que se achavam no estado llquido a tem-peratura de elinquerizacao.

Das tres formas alotropicas do silicato dicalcico e 0 {3-2CaO.Si02

que se encontra no cimento portland.

o material intersticial claro foi identificado como sendo a

fase contendo ferro, 4CaO.AI203.Fe203 ou uma solucao s6lida

proxima dessa cornposicao (6CaO.2AI203.Fe203 e 2CaO.Fe203)'Sua forma cristalina e as vezes diffcil de ser distinguida(Fig. I-e).

o material intersticial escuro apresenta dois tipos: 0 cristalino

e 0 amorfo. 0 primeiro consiste de 3CaO.Al203 e 0 segundo e 0

lfquido que se solidificou sem ter tempo de cristalizar-se e e chamadovidro. Em clinqueres comerciais 0 teor do vidro varia de 0 a 22%,

conforme a velocidade do esfriamento (Fig. I-D).



CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND 9

Fig. 1 - Micrografia de uma lamina. de clfnquer.

Outras fases observadas sao CaO livre e M gO livre. Apresenta-se

a cal livre em graos arredondados, usualmente como inclusoes nos

silicatos. A magnesia a temperatura de clinquerizacao acha-se

dissolvida no liquido. Com o vesfriamento muito rapido, parte

do liquido converte-se em vidro retendo a magnesia em solucao.

Na parte do liquido que toma forma cristalina, a magnesia separa-se,dando origem a cristais de periclasio, admitindo-se que um!1 pequena

proporcao, ate cerca de 2%, se encontre em solucao solida no ferro

aluminate tetracalcico. Aparece 0 perielasio sob a forma de graos

angulosos, de formate irregular. Geralmente se encontra.associado

ao material intersticial.

Os demais componentes, que aparecem em porcentagens muito

pequenas, em geral inferior es a 2%, sao usualmente .ignorados

no calculo dos compostos, por nao se saber COmorealmente reagem.

A oomposicao assim determinada e chamada de potencial,pois presume-se ser 0 cimento inteiramente cristalino, sem qualquer

vitrificacao, 0 que nao e inteiramente eorreto.

A presenca de iporcoes vitrificadas afeta a' porcentagem dos

compostos e, destemodo, 0 calculo Teito e apenas aproximado,

Inicialmente, a cal se combina com 0 oxido de ferro e a alumina,

para dar 0 4CaO.Al203.Fe203. (G4AF) , ate esgotar-se 0 6xido de ferro.

A alumina restante vai formar, com a cal, 0 aluminate tricalcico

3CaO.Al203 (C3A). A silicacombina-se coma cal, dando 0 silicato

dicalcico 2CaO.8i02 (C28). 0 restante da cal age sobre 0 silicatedicalcico, dando 0 silicato tricalcico 3CaO.8i02 (C38). Se houver

cal em excesso, havera cal livre. .

Oada+um rdos quatro compostos principals mencionados COn-

tribui de maneira diferente nas .propriedades do aglomerante.




DETERMINACiio DOS CPNSTITUINTES DO CIMENTO PORTLANDMET 0 DO 0 E BOG U E

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Totol .96,5 Tolal _ ge .s

Fig. 2 - Nomograma de BOGUE.

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o calculo dos compostos, a partir da analise quimica em 6xidos,e usualmente feito pelo metodo de BOGUE, que admite encontrar-saem equilibrio 0 sistema na temperatura de clinquerisacao, assimpersistindo durante 0 esfriamento.

A aplica~ao deste metodo egrandemente facilitada pelo uso donomograma da. Fig. 2, onde tambem se aeha registrado um exemplode aplicacao,

Nos cimentos brasileiros, sao os seguintes os teores medicsdos compostos:

42 a 60%14 a 35%6 a 13%5 a 10%

Os earacterfatioos destes compostos, em resumo, sao os cons-tarites no quadro abaixo .

PROPRIEDADE CaS C2S CaA C4AF

Resistencia ......... boa boa fraca fraca

Intensidade de re~i!.o media lents rlipida rapida

Calor desenvolvido .. medio pequeno grande pequeno

"Eu

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C I _ III.ICa1O , a l C A w C o 1toO. liD,

Fig. 3 -- Comportamento rneeanico dos compostos decimento.




Do ponte de vista da resistencia, os dois silicatos de calcic sao

os fundamentals, 0 C3S nas primeiras ida des e 0 C2S em idades

maiores, como pode ser visto na Fig. 3.

Os aluminatos sao os responsaveis pelas primeiras reacoes,porem atingem valores muito baixos de resistencia aos esforeos

mecsnicos. Por outro lado, 0 calor desenvolvido pelas reacoesdo aglomerante com a agua e devido, principalmente, ao CgA , seguido

pelo C3S. 0 C2S e 0 C4AF liberam muito pouco calor por oeasiao

da hidratacao.

3.2 - Hidrataeao do cimento

o cimento portland e constituido por urn certo mimero de

compostos, cujas reaeoes sao a origem do processo de endurecimento,Consequentemente, antes de estudar 0 mecanismo do endureci-

mente, impoe-se examinar a naturezadas reaeoes desses compost os

com a agua.

Os compostos presentes no portland sao anidros, mas, quando

postos em contato com a agua, reagem com ela, formando produtos

hidratados. A hidrataeao do cimento consiste na transformacao

de eompostos anidros mais sohiveis em compostos hidratados

menos soluveis. N a hidratacao, ha formacao de uma camada degel em torno dos graos dos compost os anidros, de maneira que,

na zona de transicao (zona intermediaria entre 0 cristal primario

eo gel), a solucao e supersaturada em relaeao aos compostos hidra-

tados. As variacoes de concentracao de soluto e agua fazem com

que se gere urn gradiente de concentracao, originando uma pressao

osm6tica que vai trazer a ruptura do gel, expondo novas areas do

composto. anidro a a~ao da agua.

Os produtos hidratados sao de fraca solubilidade na agua, de

tal sorte que, em urn concreto denso, a dissolueao e de grandeza

despresfvel. Apesar disso, e interessante examinar 0 processo do

ataque pela agua, 0 que se fara para 0 caso dos silicatos hidratados,

que sao os compostos mais importantes do concreto endurecido.

o silicato hidratado, em presenea da agua pura, sofre hidrolise,

libertando ions Oa++ e OH-, H4Si04 e ions dos aoidoe silicioos,

ate que aconcentracao atinja 0 valor necessario para 0 seu equilibrio.

Se a extracao for continuada, com agua sempre renovada, 0 silicato

hidratado eventualmente deixara urn residue, constitufdo de silica

hidratada (H4Si04)n, passando 0 ion Ca++ totalmente para a solueao,

acompanhado de Ions OH- e de parte da silica que tende a permanecer

em solucao na forma de acido ortossilioico (H4Si04).

o silicate de calcio hidratado eonstitui urn exemplo de composto

que forma solucao incongruente. 0 composto e parcialmente




decomposto, quando em contato com a agua, perdendo, principal-

mente, calcio e pouco silfcio, tornando-se menos basico. 0 equilibrio

e atingido quando a eoncentracao dos ions Ca++, libertados em

solucao, atinge 0 valor neoessario para estabilizar ,0silieato de calcic

hidratado menos basico que result a do processo de dissolucaoparcial. Os dois silicatos solidos, mais basico e menos basico, junta-

mente com a solucao, formam um sistema em equilibrio para cada

temperatura considerada. Adicionando-se hidr6xido de calcio asolueao, este se combina com 0 silicato menos basioo e, se for ajuntada

mais agua, esta se oombinara com 0 silicato mais hasico. Em ambos

os casos, 0 sistema tende a atingir 0 equilfbrio, embora possa exigir

tempo consideravel em virtude da lentidao do processo quimico.

Na pratica, como foi dito, a dissolucao do silicato hidratado, contido

no cimento endurecido, e insignificante, sobretudo nas massas de

porosidade reduzida.Duas sao as teorias classicas que procuram explicar a hidrata-

c;ao: a de LE CHATELlER e a de MICHAELIS.

Na primeira, cristaloidal, 0 endurecimento e explicado pelo

engavetamento de cristais que se formam pela cristalizacao de uma

solucao supersaturada de compostos hidratados menos sohiveis

que os anidros.

o aglomerante, em definitivo, e um sistema de coustituintes

anidros instaveis, que, em presenca da agua, tendem a dar um sis-

tema de constituintes hidratados estaveis,Pela teoria .coloidal de MICHAELIS, a hidratacao do cimento

da origem a uma solucao supersaturada e formam-so cristais em

agulhas e palhetas hexagonais. Ha formacao de um silicato mono-

ealcico hidratado, pouco sohivel, que da origem a um gel coloidal

na massa geleificada, que aprisiona os cristais; 0 gel continua a

tomar agua, a massa endurece e impermeabiliza-se.

Veja-se 0 que ocorre com os compostos, na hidratacao do ci-

mento:

C3S - A hidratacao comeca dentro de poucas horas, despren-

de-se calor; 0 composto anidro vai passando para a solucao,

aparecendo cristais de Ca(OH)2, enquanto uma massa gelatinosa

de silicato hidratado se forma em torno dos graos originais.

C2S - E atacado lentamente pela agua; depois de semanas

os cristais se recobrem de silicato hidratado. Forma-se tambem

Ca(OHh, porem em menor quantidade que na hidratacao de C3S.

C3A - Reage rapidamente com a agua e cristaliza em poucos

minutos. Nao se produz hidr6xido, mas aluminate hidratado.

o calor de hidratacao e tanto que quase seca a massa.




C4AF - Reage menos rapidamente que 0 CaA. Nao libera

cal e forma tambem urn aluminato hidratado.

Estas reaeoes prooessam-se simultaneamente, havendo ainda

uma reacao, da parte dos compostos, com 0 gesso.

o aluminate de calcic hidratado reaciona com 0 sulfato de

ca,lcio e forma urn sulfoaluminato conhecido pelo nome de sal de

CANDLOT.

A eristalizacao desse sal se da com fixacao de muita agua,

Havendo cal dissolvida na agua de embebicao, 0 aluminato

nao esta dissolvido e forma-se nos poros da massa uma quantidado

de sulfoaluminato maior do que eles podem conter, 0 que provocaa expansao e desagregacao do material.

Em caso contrario, isto e , formando-se 0 sulfo aluminate a

partir do aluminate dissolvido, a cristalizacao do sal nao ocupa

urn volume maior que 0 dos tres componentes (agua-aluminato-

sulfato), 0 elemento solido se aloja nos poros e a mass a se torna

mais compacta.

As reacoes de hidratacao dos diversos produtos do cimento

portland podem ser representadas, de maneira esquematica, pela

Tabela I.Os estagios I, Ia, IV e IVa referem-se as reacoes que se proces-

sam inicialmente. Se 0 estagio IV for formado em primeiro lugar,

a transformacao para sulfoaluminato com alto teor de sulfato

po de comecar em algumas horas. Os estagios V e Va se formam

quando a gipsita se esgota, isto e , dentro de 12 a 24 horas da rnistura

do cimento com agua.

No sistema complexo geral, pode haver superposioao de diver-

sos estagios. A partir dos estagios V e Va, poderia ter-se um estagio

VI, adicionando-se a silica oriunda dos silicatos, formando solucoess6lidas complexas.

Ainda um est agio III poderia ser imaginado, resultante da

combinacao de alguma alumina com 3CaO.2Si02.aq., formando

um silicate de aluminio e calcic hidratado como 2CaO.Al203.si02.aq.,com separacao de silica.

Dos compostos resultantes, 0 iinico sohivel em agua e 0 hidro-

xido de calcic, sendo est a solubilidade a principal causa de degra-

dacao do cimento endureoido.

Nos cimentos portland comuns formam-se de 13 a 17% deCa(OHh,

A alta resistencia do cimento se obtem pela melhor moagem

ou pelo aumento de CaS (aumentando CaO), mas isto ocasiona




T A. BELA I

HIDRATAQAO DOS SILICATOS

3CaO.Si02 I 2CaO.Si02

_I I PARCI:\L ~I PARCIAL

2CaO.Si02.aq. + Ca(OHh 2CaO.Si02.aq.

(tobermorita) (tobermorita)

~I COMPLETA

3CaO.2Si02.3H20 + Ca(OH)2

(afwillita)

HIDRATAQAO DOS ALUMINATOS

3CaO.A120a + CaS04.2H204CaO.AI20a.Fe20a ++ CaS04.2H20 + Ca(OH)2

~IMEDIATA IVa I RAPIDA

Agulhas deAgulhas de

3CaO.A120a.3CaS04.aq. e

3CaO.AI2Oa.3CaS04.aq.3CaO.Fe20a.3CaS04.aq.

(semelhante 'a estringita)(provavelmente em solucao s6lida)

~+ Ca(OH)2 ~l

LACAS HEXAGONAIS PLACAS HEXAGONAffi

(solueao s6lida) (solueao s6lida)

3CaO.AI2Oa.CaS04.aq. 3CaO(A12Oa.Fe20a).CaS04.aq.

3CaO.AI20a.Ca(OHh·aq. I 3CaO.AbOa.Ca(OH)2.aq.



1 6 ENCICLOPEDIA TECNICA UNIVERSAL

uumento de hidr6xido, isto e , a melhoria de resistencia e acompanhadade menor estabilidade quimica.

o Ga(OH)2 dissolve-se ate na agua absorvida da umidade do

nr e, vindo a superffcie em eontato com 0 G02 do ar, da GaGO".Este carbonato insohivel da eflorescencias brancas.

Na agua, do mar, 0 sulfato de magnesio nela contido reage

com 0 Ga(OHh, e resulta Ga804, com consequente deposito de hidro-

xido de magnesio, Este sulfato de calcic ocasiona expansao na

massa do eimento e, juntamente com 0 existente na agua do mar,

combina-se com a alumina e da 0 sal de CANDLOT (sulfoaluminato

de calcic insoluvel), 0 que agrava como tempo a fragmentaeao

do cimento,

A adicao do gesso ao clinquer e feita para impedir as reaeoes

.quase instantaneas do G3A. 0 gesso combina-se com 0 G3A.aq.'insohivel, que precipita e retira, assim, da solucao 0 G 3A. A limit a-~ ao da quantidade de gesso e feita pelo teor de 803; quantidades

.excessivas podem dar lugar a cimentos expansivos (Sal de Candlot).

3.3 - Pega e endureciInento

Urn cimento misturadocom certa quantidadede agua, de modo

n . obter uma pasta plastics, comeea a perder esta plasticidade depois

de urn certo tempo;

o tempo que decorre des de a adicao de agua ate ao inicio das

reacoes com os compostos de cimento e chamado tempo de iniciode pega.

Este fen6meno de infcio de pega seevidencia pelo aumento

brusco de viscosidade da pasta e pela elevaeao da temperatura.

Convencionou-se denominar Jim de peqa a situac;ao em que

a pasta cessa deser deformavel para pequenas cargas e se torn a

um bloco rlgido.

A seguir, a massa continua a aumentar em coesao e resistencia,

denominando-se esta fase de endurecimento.

A determinacao dos tempos de inicio e fim de pega e impor-t.ante, po is "atraves deles se tern ideia do tempo' disponfvel para

trabalhar, transportar, Ianear e adensar argamassas e concretos, bern'

como transitar sobre eles ou rega-les para execueao da cura.

Varios sao os fatores que influenciam a duracao da pega:

Cimentos ricos emC3A, que e 0 composto que reage imediata-

mente com agua, dao pega muito rapidamente, devendo ser cor-



CONCRETO DECIMENTO PORTLAND 1.

rigido este tempo de inicio de pega pela adicao de gesso; a Iormaeaode sulfoaluminato retarda a hidratacao.

Para cada tipo de cllnquer, existe uma quantidade 6tima de

gesso a adicionar, e que e funeao, alem do teor de G3A, da por-eentagem de aIcalis e do grau de moagem a que se vai submetero elinquer.

A duracao da pega varia na razao inversa do grau de moagem.

Os cimentos moldos muito fino dao inicio de pega mais rapido

e fim de pega mais demorado que os menos finos.

A quantidade de agua empregada na confeccao da pasta influen-ciara a pega, verificando-se tempos de inicio de pega menores,

para maiores quantidades de agua de amassamento.

o aumento de temperatura diminui 0 tempo de pega, utilizan-

do-se esse conhecimento para acelerar a pega em certas tecnicas

de pre-fabricacao.

Os cimentos que eontem escorias ou pozolanas sao mais sensiveis

ao decrescimo de temperatura que os portland.

Temperaturas pr6ximas a O°C retard am as reacoes, e pouco

abaixo deste valor as paralisam.

Certos compostossoluveis aceleram a pega, ao passo que outrosa retardam.

Entre os primeiros, estao 0 cloreto de calcio (em porcentagem

superior a 0,5%), 0 cloreto de s6dio, alcalinos (potassa, soda);

como retardadores citam-se: gesso, carbonate de s6dio, 6xido de

sinco, acucar, borax, tanino, acido fosf6rico.

Com relacao ao tempo de inicio de pega, os cimentos sao clas-

sificados em cimentos de pega normal e cimentos de pega rapida.

Os primeiros, de acordo com a normalizaeao brasileira, saoaqueles que dao inicio de pega num tempo superior a uma hora,

medido este tempo em condieoes estandardizadas, numa pasta

de consistencia dita normal.

Nos cimentos de pega rapida, ofenomeno de pega se micrae termina em poucos minutos. Nao existe no Brasil a fixac;ao de

urn valor do tempo de inlcio de pega para estes cimentos.

As normas francesas classificam os cimentos, de acordo com 0

tempo de inicio de pega, em:

Cimentos de pega rapida < 8 minutos.Cimentos de pega semilenta, 8 a 30 minutos.

Cimentos de pega lenta (normal), 30 minutos a 6 horas.

Cimentos depega muito lenta > 6 horas.




Poderlamos adotar, nas condicoes brasileiras, a seguinte orde-

Pega rapida < 30 minutos.

Pega semi-rapid a, 30 a 60 minutos.Pega normal > 60 minutos.

o fim de peg a se da de 5 a 10 horas nos casos de cimentos

normais; na pega rapida 0 fim se verifica poucos minutos ap6s 0

inicio.

Em alguns cimentos, apresenta-se urn fen6meno conhecido

por falsa pega e que consiste em iniciar-se a pega poueos minutos

ap6s a adicao de agua, verifieando-se, porem, 0 fim de peg a normal

(Fig.4).

DIA I .. AM AI DA 'EIA E EIlDU.. EC IM EIITD DE 'UTA DE CIM EIITO

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Fig. 4 - Pega e endurecimento da pasta de cimento portland.

Nestes casos, um amassamento mais energieo da pasta, sem

acrescimo de agua, e suficiente para eliminar a falsa pega, passando

a pega a ser normal e nao haven do perda de resistencia mecaniea.

Uma das eausas da falsa pega e a desidratacao do gesso, porocasiao da moagem do cimento, onde a temperatura pode atingir

150°C. 0 fato est a eondicionado it quantidade de gesso desidratado<,

e it velocidade de precipitacao.



CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND 1 9

Com as reacoes, a temperatura nao se eleva, ao contrario do

que acontece com os cimentos de peg a rapida.

A medida do tempo de peg a se faz

com a utilizacao da agulha de VICAT

(Fig. 5) de formato cilindrico, secao

circular de 1 mm" e aplicada subreuma

pasta de consistencia normal, com uma

carga de 300 g.

A consistencia normal e determi-

nada pelo uso da sonda de TETMAJER,

de formato tambem cilindrico, mas de

diametro de 1 cm.

Diz-se que a pasta tem consisten-

cia normal quando, colocada em uma

forma de feitio de anel, com diame-tro interno de 8 em e altura de 4 em,

a sonda de TETMAJER, colocada sobre

a pasta sem choque e sem velocidade

inicial, estacionar a 6 mm do fundo da

forma.

o tempo de inicio de pega e 0

tempo que decorre desde 0 instante

em que se lanes no cimento a agua deamassamento ate que a agulha de VICAT,

aplicada tambem sem choque, estaciona Fig. 5 - Aparelho de VICAT.

a 1 mm do fundo.

o Jim da pega e 0 tempo que decorre desde 0 lancamento da agua

de amassamento ate 0 momento em que a agulha, aplicada suave-

mente sobre a superffcie da pasta, nao deixa veetigios apreciaveis.

As determinacoes devem ser feitas a 21°C e a umidade relativa

do ambiente deve ser superior a 85%.

Urn aumento de temperatura faz diminuir bastante a duracaoda peg a do cimento portland, acontecendo 0 inverso com a diminui-vao de temperatura.

Na temperatura de -1°C, a pega nao se da, havendo conge-

la<;ao da pasta.

Estes fenornenos podem ser detectados por medidas de velo-.

cidade de propagacao de som ou variacao da resistancia eletrica

sob uma corrente de alta frequencia, atraves de uma pasta de

cimento.

Assim,no primeiro caso, a velocidade aumenta bruscamentea partir de urn certo ponto (inicio de pega) e torna-se praticamente

constante mais adiante e igual a velocidade numa pasta eudurecida

(fim de peg-a).



20 ENCICLOPEDIA TEC\ICA UNIVERSAL

A resistividade aparente npresent a dois minimos bern definidos

com 0 correr do tempo, 0 primeiro correspondcndo an inicio e 0

segundo no fim de pega.

A medicao de temperatura de umu pasta fuzcndo pcga, emurn culorirnet.ro, mostra t ambem que 0 inicio de pega corresponde

a Urn inicio de aumento de temperatura e 0 fim de pega a ummaximo bern dcfinido:

Deste modo, 0 inicio e () fim da pcga dentro do processo

ffsico-qnlmico de hidratacao sao Ienomenos reais, postosem evi-

dencia em varies sistemas de mcdidu: mecanicos, termicos, eletricos

e acusticos.

3.4 - Grau de rnoagern

Alem da cornposicao quimica do cimento, 0 grau de moagem

cxerce grande influencia sobre suas propriedades.

A hidratacao dos graos de cirnento em contato com a aguase faz da superffcie para 0 interior c, deste modo, 0 grau de moagem

influira sobre a rapidez da hidratacao e, conseqiientemente, sobre

o desenvolvimento de calor, retracao e aumento de resistencia com

a idade.

Corno ordem de grandeza, podc-se citar que a agua age a 0,5p.

de profundidade nas primeiras 24 horas, 2p. na primeira seman a

e 4 , 1 . 1 no primeiro meso

Deste modo, urn clevado grau de divisao conduzira a cimentos

que endurecem mais rapidamente e mais resistentes a penetracao

da agua, bern como a pastas mais homogeneas e estaveis; em con-

trapartida liberarao maiores quantidades de calor, darao uma retra-

<;ao maior e por isso serao mais sensiveis ao fissuramento e a urn

armazenamento longo no deposito ou na obra,

A medida do grau de moagem era, e ainda 0 e em mui tos lugares,

feita atraves de Urn ensaio de peneiracao por uma peneira padrao

(n.> 200, rnalha quadrada de 741-1de lado).

Esta determinacao e bast.ant.e imprecisa e so foi conservadu

I'm face da facilidade de sua execucao, principalmente C01119 au-

xiliar no controle de fabricacao dos cimentos .

.Modernamente, se utiliza ou a determinacao de composicaogran ulometrica ou a medidn cia su perficie especifica, para definir

o grau de moagem.No prim eiro caso, verifica-se :t variacao da densidade por meio

de urn areometro, nurn tnnque de sedimcntacao, onde se precipita

urna amostra de cimento num [Iquido, que pode ser querosene ou

Concreto Portland - Petrucci

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