O cimento é um material produzido a partir da fundição da argila e do calcário, principalmente. O resultado deste processo industrial é o composto conhecido como clínquer. E, é exatamente o clínquer e o gesso (adicionado) que formam o nosso cimento.

Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP (2012) define o cimento como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. O pó de cimento é composto por grãos de vários tamanhos e formas, variando de 1µm a 50µm (MEHTA&MONTEIRO, 2014).

Os constituintes fundamentais do cimento Portland são a cal (CaO), a sílica (SiO2), e alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) (BAUER, 1979).

Cal, sílica, alumina e óxido de ferro são os componentes essenciais do cimento Portland e constituem, geralmente, 95 a 96% do total de óxidos. A magnésia, que parece permanecer livre durante todo o processo de calcinação, está usualmente presente na proporção de 2 a 3%.

CAL + SÍLICA + ALUMINA + ÓXIDO DE FERRO + MAGNÉSIA

Os compostos do cimento são, na minha opinião, a chave para entendermos a hidratação, pega e resistência e as ocorrências patológicas do concreto e argamassa.

Os compostos possuem abreviações que são mais conhecidas do que a própria composição química, por exemplo, o Silicato Trícalcico é o 3CaO • SiO2, mas foi abreviado para C3S.

NEVILLE, A.M. (2016)

Basicamente, são quatro os principais compostos do cimento:

C3S  - Silicato Tricálcico - (3CaO • SiO2); 10% a 20%

C2S  - Silicato Bicálcico  (2CaO • SiO2); - 40% a 70%

C3A  - Aluminato Tricálcico (3CaO • Al2O3); - 7% a 15%

C4AFe  - Ferro aluminato Tetracálcico (4CaO • Al2O3 • Fe2O3). - 7% a 15%

As reações pelas quais o cimento Portland se torna um material aglomerante acontecem na pasta, constituída por água e cimento.

A presença de água e dos silicatos e dos aluminatos formam produtos hidratados que, com o tempo, resultam em uma massa firme e resistente, ou seja, a pasta de cimento hidratada. (Neville,1963)

RESISTÊNCIA DO CIMENTO

A resistência é uma das principais propriedades da pasta de cimento endurecida e cada composto tem uma contribuição. Desse modo, é fundamental entender o papel de cada composto nas propriedades da pasta.

C2S - Adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais.

C3S  é o maior responsável pela resistência em todas as idades especialmente até o fim do primeiro mês de cura.

C3A  - O aluminato tricálcico também, contribui para a resistência, especialmente o primeiro dia.

C4AFe  - O ferro aluminato de cálcio em nada contribui para a resistência.

CALOR DE HIDRATAÇÃO

A temperatura durante a hidratação do cimento é uma característica que está diretamente ligada ao tempo de pega. A reação é exotérmica, ou seja, emite calor durante o processo, então, quando houver calor haverá hidratação e a pega estará acontecendo.

C2S  - Pouco Contribui.

C3S  O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor.

C3A  - O aluminato de cálcio (C3A) muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no início do período de cura.

C4AFe  - Pouco Contribui.

TEMPO DE PEGA

O tempo de endurecimento é uma característica importante para termos conhecimento do tempo de trabalhabilidade, além de que entender a contribuição de cada composto é fundamental.

C2S  - Hidrata lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega.

C3S  - O silicato tricálcico é o segundo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento.

C3A  - 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.

C4AFe  - Hidrata lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega.

RESULTADO DA HIDRATAÇÃO DOS COMPOSTOS DO CIMENTO

Após a hidratação dos compostos do cimento tem-se como resultado a formação do gel de C-S-H, Hidróxido de cálcio Ca(OH)2  e a etringita.

Os C-S-H (Silicato de cálcio Hidratado) representam de 50 a 60% do volume de sólidos da pasta totalmente hidratada, sendo responsáveis por suas principais propriedades. O C3S2H3  (gel de C-S-H) e o Hidróxido de Cálcio são os produtos da hidratação tanto do C3S  como do C2S . E a etringita é resultado da hidratação do C3A  com o gesso, adicionado na fabricação do cimento.

Cimentos com menores quantidades de Hidróxido de Cálcio Ca(OH)2   são mais resistentes a ataques de água ácida e sulfatos. Isso porque o Ca(OH)2  é um composto muito suscetível à ataques. Logo, cimento com menor quantidade de C3S  e maior teor de C2S  será mais resistente.

Observe na formulação abaixo que a hidratação do C3S  resulta em mais energia térmica do que a o C2S , com 120 calorias por grama e 62 calorias por grama, respectivamente. E também, o C3S  resulta em 3 vezes mais hidróxido de cálcio do que a hidratação do C2S .

Hidratação do Silicato Trícalcico - 2C3S+6H= C3S2S3+3CH+120cal/g  

Hidratação do Silicato Bícalcico - 2C2S+4H= C3S2S3+CH+62cal/g  

Por fim, a hidratação do Aluminato Trícalcico é certamente a mais rápida e intensa. Por esse motivo é adicionado gesso na fabricação do cimento, pois ele é capaz de reagir com o C3A  e formar a etringita (C6ASS3H32)  que são cristais que impedem a hidratação relâmpago do cimento, mantendo o tempo de pega razoável. Caso não seja adicionado gesso e formado a etringita durante a hidratação o cimento pegará muito rapidamente e perderá sua trabalhabilidade em poucos minutos.

Hidratação do Aluminato - C3A+3CSH2+26H= C6ASS3H32)  

---    O sulfato de cálcio (gesso), que se dissolveu na água, reage nos primeiros minutos, com parte do C3A do grão do cimento, formando etringite, na superfície do grão.

---    O grão de cimento fica totalmente coberto pela etringite.

---    Isso impede, por 2 à 4 horas a continuação da hidratação do grão de cimento.

---    É o chamado período de dormência.

-Após o período de dormência, ocorre a hidratação do C3S, do C2S e do C4AF.

Dessa forma, finalizo declarando a importância de conhecermos sobre as reações dos compostos do cimento para entendermos suas propriedades fresco e endurecido. Pois, as propriedades da pasta de cimento, nada mais são do que consequência das reações dos compostos.