A maioria dos cimentos comercializados é uma mistura do cimento puro com adições, muitas vezes resíduos de outras indústrias. Um problema que surge é o aumento da complexidade das características do cimento. A vantagem é a diminuição do preço do cimento, redução da emissão de CO2 por tonelada de cimento, a eliminação de resíduos de outras indústrias e o controle de algumas características do cimento, com indicações para aplicação para cada tipo.
Adições
Adições são materiais, que, adicionados ao cimento, alteram suas características e diminuem a quantidade de clínquer na tonelada de cimento produzido. As adições do cimento podem ser: sulfato de cálcio, escórias de alto forno, pozolanas e materiais carbonáticos. A oferta de adições para o cimento é diferente nas regiões brasileiras, por isso também a oferta de tipos de cimento é diferente em cada região. As pozolanas estão disponíveis no Sul, sob forma de cinza volante, e no Nordeste, como argila calcinada. As escórias de alto-forno estão disponíveis no Sudeste.
Sulfato de cálcio
É adicionado ao clínquer na fase de moagem, na forma de gipsita. Atua regulando a pega, pois o clínquer pode se hidratar muito rápido, de acordo com sua reatividade, o que impossibilitaria a utilização do cimento.
Materiais carbonáticos
O material carbonático mais utilizado é o fíler calcário, originado de rochas calcárias moídas. Sua finura é próxima às frações mais finas do cimento Portland. Devido aos seus benefícios e baixo custo, é utilizado em quase todos os cimentos produzidos. A adição de material carbonático no cimento preenche os poros do concreto, aumentando a densidade do concreto e deixando-o menos permeável e altera a sua porosidade inicial, o que modifica também a quantidade de água para manter a trabalhabilidade. O fíler calcário reage com o aluminato de cálcio, formando carboaluminatos. O fíler calcário acelera a hidratação do cimento nas primeiras idades.
Escórias de alto-forno
As escórias de alto-forno são resíduos da indústria metalúrgica e podem ser granuladas ou peletizadas. No entanto, somente as escórias granuladas são utilizadas como adição do cimento. Sua composição apresenta os mesmos óxidos que o cimento Portland (óxido de cálcio, sílica e alumina), mas em proporções diferentes. A escória é um aglomerante de reatividade baixa, que reage devido ao hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento e forma compostos similares aos do cimento Portland.
A sua velocidade de hidratação é muito baixa, mas aumenta em ambientes alcalinos e quando a escória se apresenta com diâmetros de partículas menores.
Os benefícios de adicionar escória de alto forno ao cimento são a minimização da reação álcali-agregado, da permeabilidade e do calor de hidratação, e o aumento de resistência à compressão em idades avançadas.
Pozolanas
As pozolanas são materiais sílicos ou sílico-aluminosos que agem como aglomerantes ao reagir com o hidróxido de cálcio gerado na reação de hidratação do cimento, formando compostos com propriedades cimentícias. A reação da pozolana depende do grau de reatividade, que, por sua vez, depende da quantidade de sílica em forma reativa e das dimensões das partículas. Além disso, a pozolana necessita de umidade e temperatura normal para reagir.
A presença de pozolana no cimento diminui a ocorrência da reação álcali-agregado e o torna menos permeável, além de melhorar a durabilidade do concreto em ambientes agressivos. Outros benefícios do uso de pozolanas são o aumento da coesão e redução da exsudação.
As pozolanas podem ser subdivididas em:
- Pozolanas naturais: não necessitam de tratamento, apenas da moagem para apresentar atividade pozolânica. São exemplos: terras diatomáceas, cinzas vulcânicas e rochas piroclásticas.
- Pozolanas naturais processadas: necessitam de algum tratamento para sua ativação, como calcinação. Temos como exemplo as argilas calcinadas.
- Metacaulim: produzido pela calcinação de argilas cauliníticas e argilas especiais, seguida de moagem.
- Pozonalas artificiais: são resíduos de indústria ou subprodutos, como escórias de alto-forno, cinzas volantes e sílica ativa.
- Escória granulada de alto forno: resíduo da produção de ferro-ligas, a escória líquida é resfriada rapidamente com água forma nódulos vítreos com propriedades aglomerantes
- Cinzas volantes: resíduo de termelétricas de carvão mineral. Suas partículas geralmente são esféricas e de finura semelhante ao do cimento Portland.
- Cinzas da casca de arroz: produto da calcinação da casca de arroz a temperaturas entre 500 e 900ºC. Pelo elevado teor de carbono na sua produção, altera a coloração e a textura do concreto, tornando-o mais viscoso. Devido à sua maior finura, aumenta a demanda de água no concreto para manter a trabalhabilidade, o que pode ser substituído pelo uso de aditivos superplastificantes.
- Sílica ativa: resíduo da produção de ferro sílico ou sílico metálico. Suas partículas são de dimensões muito pequenas, da ordem de 1µm de diâmetro, o que torna a sílica ativa altamente reativa. Por conta da grande área superficial, aumenta a demanda de água no concreto, ou demanda uso de aditivos superplastificantes. Sua finura aumenta a coesão do concreto, preenchendo poros e melhorando a resistência mecânica do concreto.
Tipos de cimento
O cimento é comercializado sob classificação de tipos, sendo estes normatizados pela ABNT NBR 16697 de 2018. O sulfato de cálcio geralmente é adicionado na forma de gipsita. As porcentagens são em massa. As classificações de tipo de cimento estão sujeitas a outros parâmetros, além dos teores de adição, exigidos pela norma ABNT NBR 16697 (2018). São necessários ensaios para determinar índices físicos e químicos, como o ensaio de resíduo insolúvel, perda ao fogo, óxido de magnésio, trióxido de enxofre, finura (resíduo na peneira 75µm), tempo de início de pega, expansibilidade a quente, resistência à compressão e índice de brancura (no caso do CPB). Cada ensaio é normatizado também.
Nomenclatura comercial do cimento
CP - se refere a Cimento Portland
I, II, III, IV ou V - refere-se à composição do cimento
E, Z ou F - se o cimento for composto (CP II), se refere à adição que recebeu
25, 32 ou 40 - classe de resistência do cimento aos 28 dias
RS ou BC - sufixo de indica resistência à sulfatos ou baixo calor de hidratação
Na tabela abaixo, estão relacionados os tipos de cimento e as proporções em massa de clínquer e adições, de acordo com a ABNT NBR 16697
Cimento Portland Comum (CP I e CP I - S)
clínquer + sulfato de cálcio
Pode conter adições (material carbonático, pozolana ou escória granulada de alto-forno) em teores de 0 a 5% no caso do CP I ou 6 a 10% de material carbonático, no caso do CP I - S. Podem receber a classificação de classe de resistência de 25,32 ou 40.
Sua aplicação é variada, mas é pouco produzido, geralmente sob encomenda.
Cimento Portland Composto (CP II)
Todos podem ser classificado pela classe de resistência em 25, 32 ou 40 e receber o sufixo RS ou BC.
As aplicações do CP II são em argamassas de revestimentos, de assentamento, concreto magro para enchimento e concreto simples, não armado. Pode também ser utilizado em concreto armado e pré-moldados, no entanto, existem outros tipos mais indicados.
clínquer + sulfato de cálcio + escória granulada de alto-forno
A adição de escória de alto-forno é de 6 a 34%, podendo conter também material carbonático, comumente fíler calcário, de 0 a 15%.
clínquer + sulfato de cálcio + pozolana
Os teores de pozolana nesse cimento são de 6 a 14%, podendo também conter material carbonático de 0 a 15%.
clínquer + sulfato de cálcio + material carbonático
O material carbonático adicionado é de 11 a 25%.
Cimento Portland de alto-forno (CP III)
clínquer + sulfato de cálcio + escória granulada de alto-forno
O teor de escória adicionado nesse cimento é superior ao teor do CP II - E, sendo de 35 a 75% em massa. Pode ser adicionado material carbonático de 0 a 10%. Pode ser classificado de acordo com a classe de resistência em 25, 32 ou 40, e receber o sufixo RS ou BC.
Suas aplicações incluem meios sulfatados, concerto massa e estruturas de grandes dimensões, em que podem ocorrer fissuras de origem térmica, pois este tipo de cimento tem baixo calor de hidratação. As resistências iniciais são afetadas por temperaturas baixas.
Cimento Portland pozolânico (CP IV)
clínquer
+ sulfato de cálcio + pozolana
Nesse
cimento, a pozolana é adicionada e representa entre 15 a 50% da massa. É
possível a adição de material carbonático entre 0 e 10%. Pode ser classificado
pela classe de resistência em 25, 32 ou 40 e receber o sufixo RS ou BC.
As
aplicações do CP IV incluem concretos sujeitos à ação da água, principalmente águas
sulfatadas e sob lixiviação de águas agressivas, devido ao seu teor de pozolana
que o torna mais impermeável e resistente a meios sulfatados. As resistências
iniciais desse cimento são menores, pois a sua reação de hidratação é mais
lenta e é afetada por baixa temperaturas, podendo até ser paralisada. As
resistências em idades mais tardias, principalmente depois dos 90 dias do
concreto, no entanto, apresentam-se maiores do que as resistências do Cimento
Portland Comum, por exemplo. Esse tipo de cimento apresenta baixo calor de
hidratação e inibe as reações álcali-agregado, portanto pode ser utilizado em estruturas de grandes dimensões, onde podem surgir fissuras de origem térmica.. Sua utilização é interessante
para pré-moldados, pois têm bom desempenho na cura térmica (aquecimento do
concreto).
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V ARI)
clínquer + sulfato de cálcio + material carbonático
A quantidade de material carbonático adicionado varia de 0 a 10%, sendo possível a adição de escória granulada de alto-forno ou pozolana no caso do Cimento Portland de alta resistência inicial resistente à sulfatos (recebe o sufixo RS). Este tipo de cimento é classificado como ARI na classe de resistência e pode receber o sufixo RS ou BC.
Sua alta resistência inicial ocorre devido à sua finura, pois partículas menores de cimento reagem mais rapidamente. É utilizado na produção de pré-moldados e em situações onde deseja-se desforma rápida. O calor gerado na sua hidratação é alto, portanto não é utilizado em concreto massa ou em estruturas de grandes dimensões.
Cimento Portland Branco (CPB)
clínquer + sulfato de cálcio + material carbonático
O material carbonático pode representar de 0 a 25% do cimento no caso do Cimento Portland branco estrutural, e 26 a 50% da massa do cimento no caso do Cimento Portland branco não-estrutural. O Cimento Portland branco estrutural pode ser classificado pela classe de resistência em 25, 32 ou 40 e receber o sufixo RS ou BC, já o Cimento Portland Branco não estrutural não recebe nenhuma dessas classificações.
Esse tipo de cimento é menos produzido e seu valor comercial é mais alto. Sua utilização ocorre em pastas de rejunte de elementos cerâmicos e para fins estéticos, principalmente.
Classe de resistência
Para obter a classe de resistência do cimento, é necessário o ensaio do concreto com o cimento, pelo método descrito pela ABNT NBR 7215. Na tabela a seguir, estão os limites de resistência de cada tipo de cimento.