Todo cimento é chamado de Cimento Portland porque foi uma homenagem de Joseph Aspdin, descobridor do cimento moderno em 1824, a ilha britânica de Portland.

A fabricação do cimento Portland basea-se em três etapas fundamentais:

1. Moagem e mistura da matéria-prima (90% calcário e 10% argila)

2. Produção do clínquer (forno rotativo a 1450ºC + arrefecimento rápido)

3. Moagem do clínquer, mistura com gesso e aditivos (pozolana, escória)

Todo cimento tem a adição de gesso. O gesso tem a função de retardar a pega do cimento para que ele não endureça rapidamente, ou seja,  aumenta o tempo de aplicação do cimento.

Os cimentos não são todos iguais. Temos vários tipos de cimentos cada um com uma característica. Assim, vamos conhecer cada um para que nas obras possam escolher o melhor.

Cimento CP-I (NBR 5.732): É conhecido como o Cimento Portland Comum porque não possui nenhum tipo de aditivo, apenas o gesso que tem a função de retardar o início de pega do cimento para que possamos ter um tempo de aplicação. Tem alto custo e menos resistência. Sua produção é toda direcionada para a indústria.Classe de resistência: 25 MPa.

Cimento CP-II (NBR 11.578): É conhecido como Cimento Portland Composto porque tem a adição de outros materiais na sua mistura que conferem a este cimento um menor calor de hidratação (libera menos calor quando entra em contato com a água). São 03 tipos de CP-II:CP-II E: cimento portland com adição de escória de alto-forno. CP-II Z: cimento portland com adição de material pozolânico.CP-II F: cimento portland com adição de material carbonático - fíler.

O CP-II é versátil e aplicado a todas as fases de obras.Classe de resistência: 25, 32 e 40 MPa.

Cimento CP-III (NBR 5.735): É conhecido como Cimento Portland de Alto-forno (NBR 5735) porque tem na sua composição de 35% a 70% de escória de alto-forno. Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É menos poroso e mais durável.Classe de resistência: 25, 32 e 40 MPa.

Cimento CP-IV (NBR 5.736): É conhecido como Cimento Portland Pozolânico porque tem na sua composição de 15% a 50% de material pozolânico. Por isso, proporciona estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, em especial de ataque por sulfatos.Possui baixo calor de hidratação,

o que o torna bastante recomendável na concretagem de grandes volumes e sob temperaturas elevadas. É pouco poroso sendo resistente a ação da água do mar e esgotos.Classe de resistência: 25 e 32 MPa.

Cimento CP-V ARI (NBR 5.733): É conhecido como Cimento Portland de Alta Resistência Inicial porque em função do seu processo de fabricação tem alta reatividade nas primeiras horas de aplicação fazendo que atinja resistências elevadas em um curto intervalo de tempo. Ao final dos 28 dias de cura também atinge resistências maiores que os cimentos convencionais. É muito utilizado em obras industriais que exigem um tempo de desforma menor. É recomendado apenas para a fabricação de concretos.

Cimento RS (NBR 5.737): É conhecido como Cimento Portland Resistente a Sulfatos. Os materiais sulfatados estão presentes em redes de esgotos, ambientes industriais e água do mar. Assim, seu uso é indicado para construções nesses ambientes.

Cimento Branco (NBR 12.989): É conhecido como Cimento Portland Branco (CPB). Tem como primeira característica a cor branca diferenciada dos outros cimentos. A cor branca é conseguida através de matérias-primas com baixo teor de manganês e ferro e a utilização do caulim no lugar a argila. Existem dois tipos de cimento branco:

Estrutural: indicado para fins arquitetônicos. Não comum nos dias de hoje devido ao custo e a tecnologia que as tintas proporcionam.

Não estrutural: indicado para rejunte de cerâmicas.

Cada região do Brasil encontra-se um tipo de cimento com mais disponibilidade que outro, dependendo da quantidade de matéria-prima do aditivo disponível. Sabemos que esse é um tema mais técnico mas que gera bastante dúvidas. Se as dúvidas continuarem, entrem em contato!

REAÇÕES NO PROCESSO DE CALCINAÇÃO – CLINQUERIZAÇÃO.

Reações exotérmicas:São reações que liberam calor quando de seu processamento. A reação de combustão dos combustíveis com o oxigênio é um exemplo de reação exotérmica, pois conforme ilustrado abaixo de forma simplificada libera uma grande quantidade de calor.C + O2(gás) ¬ Energia de Ativação ¬ CO2(gás) + 8.093 Kcal/kg.Trata-se de uma típica reação exotérmica, porem, para que se inicie a reação é necessário adicionar certa quantidade de calor, caso contrario o combustível fica em contato com o oxigênio indefinidamente sem liberar a energia química intrínseca de 8093 Kcal/Kg. Este calor adicionado é chamado de “Energia de Ativação” da reação química de combustão.

Reações endotérmicas:São reações químicas que só ocorrem com a absorção de calor, isto é, uma vez cessado o fornecimento de calor, a reação acaba. Como exemplo tem o caso da descarbonatação do carbonato de cálcio do calcário que requer uma grande quantidade de calor para sua realização.CaCO3(sólido) ¬ CALOR ¬ CaO(sólido) + CO2(gás) – 393 Kcal/KgNa formação do clínquer portland, pelo fato de se utilizar diferentes matérias-primas, cada qual com propriedades e características físico-químicas e mineralógicas próprias, as mesmas vão reagir de formas distintas e irão gerar condições e comportamento diferentes de operação do forno, bem como, clínquer com características mineralógicas e qualidade distinta.A evaporação da água livre e adsorvida ou interlaminar dos componentes constituintes da farinha ocorre em temperatura da ordem de 100 - 400C. Normalmente a umidade livre da farinha alimentada no primeiro estágio de ciclone oscila na faixa de 0,20 – 0,40%, e a temperatura dos gases na saída deste estágio dependendo das características construtivas do pré-aquecedor é da ordem de 320 - 400C.H2O(líquida a 100ºC) ¬ H2O(vapor 100ºC) – 539,6 Kcal/kg

Desidratação das argilas:Na faixa de temperaturas de 400-700C ocorre à desidratação ou perda de água combinada ou de cristalização dos diferentes minerais argilosos (argilominerais) presente nas argilas usadas na formulação da farinha. A quantidade de água de cristalização ou água combinada, bem como, a facilidade de desidratação das argilas, esta ligado aos seguintes fatores:1. O grupo a que pertence, bem como, o tipo e a concentração dos minerais argilosos constituintes das argilas;

2. A natureza e a quantidade de impurezas contidas nas argilas;

3. A distribuição granulométrica e o tamanho médio das partículas;

4. A mineralogia e grau de cristalização das argilas.

Por exemplo, os minerais argilosos constituintes das argilas caulinitas iniciam a desidratação a temperatura da ordem de 500-550C. Existem argilas cuja temperatura de desidratação, é inferior a 500C.O calor absorvido para a desidratação da caulinita é –262 Kcal/Kg a 500/550ºC, porém libera 72 Kcal/Kg a 900/950ºC ao recristalizar-se em metacaulinita.A caulinita ao se desidratar da origem a compostos de sílica e alumínio de alta reatividade, e a liberação de grupos hidroxilas em forma de água (perda de massa).Al2(OH8S14O10 ¬ 2(Al2O3 . 2SiO2) + 4 H2O                                                           Caulinita                 Metacaulinita        Água     Em temperaturas mais elevadas (>900C), a metacaulinita se decompõe dando lugar à formação de compostos de silício e alumínio, ainda mais reativos.

Al2O3 . 2SIO2 ¬ maior 900ºC ¬ Al2O3 + 2SiO2

Decomposição do carbonato de Magnésio (MgCO3):A decomposição do MgCO3 em MgO e CO2 contido nos calcários tem início à temperatura acima de 340C, mas a temperatura crítica de dissociação é de 590C, porém à medida que o teor de cálcio aumenta, também se eleva à temperatura de decomposição do carbonato de magnésio.MgCO3(sólido) ¬ 590ºC ¬ MgO(sólido) + CO2(gás) – 270 Kcal/kgEmbora tratar-se de um bom fundente que contribui para o incremento da fase líquida e cinética das reações de cristalização do clínquer, a participação do MgCO3 na composição das farinhas, normalmente é pequena e limitada, pois, o MgO liberado posteriormente irá dissolver-se na fase líquida onde parte do mesmo (máximo 2%) formará soluções sólidas na zona de clínquerização com as fases cristalinas mais importantes do clínquer (C3S e C2S). A fração de MgO remanescente não combinada ficará livre na forma de cristais de periclásio.

Decomposição do carbonato de cálcio:A reação de decomposição do carbonato de cálcio puro na forma de calcita inicia a temperatura da ordem de 600C sendo que a temperatura crítica de dissociação deste mesmo composto a 1atm de pressão é de 896C.CaCO3(sólido) ¬ 896ºC ¬ CaO(sólido) + CO2(gás) – 393 Kcal/kgA reação de descarbonatação do calcário é uma das principais reações para obtenção de clínquer portland, principalmente em decorrência do grande consumo de energia necessária à sua realização e a influência que a mesma exerce sobre a velocidade de deslocamento do material no interior do forno.A velocidade das reações químicas (cinética das reações) depende de vários parâmetros, sendo especialmente favorecidas pelas seguintes condições:1. Presença de minerais de argilas reativos;

2. Partículas com superfície de contato adequada;

3. Intimo contato entre as diferentes partículas;

4. Composição e módulos químicos da farinha crua apropriado;

5. Perfil e nível de temperatura necessário.

Considerações relativas ao processo de descarbonatação.Descarbonatação é o processo de decomposição ou dissociação dos materiais carbonatados, mediante o fornecimento de calor com a geração de uma fase sólida (óxido) e uma fase gasosa (CO2), conforme ilustrado a seguir:Calcário calcítico: CaCO3(sólido) + calor ¬ CaO(sólido) + CO2(gásCalcário dolomítico: CaCO3 . MgCO3(sólido) + calor ¬ CaOMgO(sólido) + 2CO2(gás)Calcário magnesiano: MgCO3(sólido) + calor ¬ MgO(sólido) + CO2(gás)

Relação entre temperatura e pressão de CO2 – (PCO2):Considerando as reações químicas de descarbonatação, dois parâmetros básicos devem ser estudados com relação as suas influências sobre o processo de calcinação:1. Fornecimento de calor (temperatura);

2. Geração de fase gasosa (pressão do CO2).

Para cada pressão de CO2, existe uma temperatura mínima que promove a decomposição do carbonato de cálcio do calcário, denominada de temperatura de dissociação de equilíbrio conforme evidenciado no gráfico da fig.58.Observando o gráfico acima, verifica-se que para o caso da calcita, se considerar a pressão de 1atm, a temperatura de equilíbrio de dissociação é da ordem de 882C. Na prática como já foi citado, este valor é levemente superior (896C).No caso de calcários magnesianos, a temperatura de equilíbrio de dissociação dependendo da proporção de MgCO3 e CaCO3 no calcário é da ordem de 400- 580C.

Relação entre a concentração de CO2 e a temperatura:

Para uma pressão total de CO2 de 1atm, a relação entre a concentração de CO2 e a temperatura envolvente pode ser representada em gráfico.

Fig.59- Representação gráfica da concentração de CO2 em função da temperatura de dissociação.

Cinética da reação de dissociação do carbonato de cálcio.A cinética de dissociação de uma partícula de calcário segue o modelo topoquímico, considerando fundamentalmente cinco etapas, a saber:Transmissão de calor para a partícula através da fase gasosa por radiação e convecção;Transmissão de calor através da parte já dissociada até a nova frente de reação;Reação química: decomposição do carbonato na interface carbonato/óxido (frente de reação);Difusão do CO2 através da camada de CaO já formada;Difusão do CO2 para fora da camada de CaO formada (ambiente).Qualquer uma das cinco etapas acima citadas pode ser considerada controladora do avanço da reação. De um modo geral, podemos assegurar que para partículas pequenas, as etapas de transferência de calor e de massa podem ser negligenciadas, sendo a reação química de decomposição dos carbonatos dos calcários, a etapa controladora do avanço das reações. Por outro lado, para o caso de partículas grandes, as etapas controladoras do avanço da reação são as de transferência de massa e calor, sendo neste caso a reação química pouco significante.O tempo necessário para o aquecimento das partículas em suspensão é relativamente curto. Partículas mais grossas exigem tempos maiores, pois as mesmas são separadas nos ciclones antes de alcançar a temperatura dos gases circulantes, fazendo com que diminua a eficiência de troca térmica, razão pela qual se dispõe de varias etapas de ciclones em série.