quinta-feira, 4 de agosto de 2011

A HISTÓRIA DO CIMENTO.

Histórico do Cimento

A palavra cimento é originada do Latim“CAEMENTU”, que significava na velha Roma, espécie de pedra natural de rochedos.
É muito difícil precisar quando ocorreu a primeira construção em que se tenha utilizado material de caráter cimentício como ligante, entretanto podemos aceitar que a origem destes materiais remonta a cerca de mais de 4000 anos. Assim, as primeiras construções egípcias foram feitas de tijolos confeccionados com lama do rio Nilo, com ou sem adição de fibras vegetais. Esses tijolos eram secos ao sol e, posteriormente, ligados entre si por camadas úmidas da mesma lama formando, portanto, uma peça sólida de tijolo e argila.
Não muito longe dali, os Babilônios e Assírios utilizavam tijolos de argila e placas de gipsita (gesso natural) queimados e cimentados com betume. Embora muito eficaz, este método se restringia àquelas regiões com depósitos naturais desses materiais, não sendo copiado por outras civilizações.
Posteriormente vieram as construções de alvenaria dos Egípcios, cujo princípio era muito semelhante ao sistema atual de blocos unitários e placas rochosas ligadas por argamassa, constituída por uma mistura de areia e material cimentício.
Existe na literatura uma grande controvérsia em relação ao primeiro material cimentício utilizado. Pensou-se, durante muito tempo que esse material seria a cal derivada da calcinação de rochas calcarias, entretanto, verificou-se posteriormente que o material utilizado era um gesso impuro contendo subordinadamente substâncias como carbonato, materiais argilosos, quartzo e outros.
A razão pelo qual os Egípcios passaram utilizar gesso ao invés de cal, apesar do calcário ser mais abundante e acessível que a gipsita, era a escassez de combustível para a calcinação adequada das rochas calcaria as quais eram calcinadas a temperaturas próximas de 800ºC, ao passo que a gipsita necessitava de apenas 160°C.
Von Landsberg, baseando-se em achados arqueológicos acredita que a utilização de argamassa contendo cal seja muito antiga, e que obras como as pirâmides do Egito e a grande muralha da China tenham sido erguidas utilizando-se argamassas contendo esses materiais.
Para Davis, ao que tudo indica, os Gregos foram os primeiros a utilizarem a cal como aglomerante, inicialmente na Ilha de Creta, sendo difundido posteriormente para a Grécia e para a Itália, onde os Etruscos foram pioneiros, seguido pelos Romanos.
Esses povos utilizavam também certos materiais naturais que, quando finamente moídos e misturados à argamassa de cal e areia, proporcionavam resistências mecânicas muito superiores àquelas obtidas sem a sua adição. Na Grécia, o material utilizado era um tufo vulcânico encontrado na Ilha de Thera (hoje Santorim), cuja qualidade goza de boa reputação mesmo nos dias de hoje.
Por outro lado, na Itália o material adicionado à cal correspondia a um tufo vulcânico de coloração avermelhada encontrado em diferentes pontos próximo à Baía de Nápoles. Uma vez que os materiais de melhor qualidade provinham da vizinhança do Monte Pozzuoli, o mesmo recebeu o nome de POZOLANA, sendo esta denominação posteriormente estendida para todos os materiais que apresentavam características semelhantes ao material do Monte Pozzuoli.
As grandes obras gregas e romanas como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso desses materiais.
Quando os Romanos não dispunham de pozolanas naturais, recorriam a produtos de argilas calcinadas como telhas ou cerâmicas moídas, que misturadas com a cal proporcionavam efeitos similares. Acredita-se que o emprego dessas pozolanas artificiais se originou na Ilha de Creta, sendo posteriormente utilizadas pelos Romanos.

À qualidade das edificações Gregas e Romanas, até hoje surpreende a engenharia. De fato, como testemunho da excelência do processo de fabricação encontramos ainda em nossos dias numerosas obras do Impero Romano, demonstrando que sua construção não foi um produto da casualidade, mas sim resultado de um profundo conhecimento da técnica de fabricação.
Até 1750, havia uma absoluta falta de clareza com relação às propriedades dos aglomerantes hidráulicos (cimentos) até então produzidos e utilizados.
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo engenheiro inglês Jhon Smeaton que conseguiu desenvolver um produto de alta resistência por meio da calcinação de calcários moles e argilosos.
Nesta data, Smeaton teve a incumbência de reconstituir o farol de Eddystone localizado na costa Cornwall (Inglaterra), que havia sido destruído por um incêndio. Em virtude da necessidade de identificar um material adequado que suportasse a severa ação da água do mar, este engenheiro pesquisou várias jazidas de calcário e verificou que ao contrário do que se acreditava até então, os melhores resultados eram obtidos através da calcinação de rochas calcarias que contivessem uma proporção considerável de materiais argilosos. Pouca importância se deu ao fato na época, porém essa observação foi considerada uma das mais importantes da história dos aglomerantes hidráulicos, pois, estudos posteriores destes materiais, revelaram a formação de silicatos e aluminatos de cálcio quando do cozimento da mistura de calcário com argila, dando como produto um composto com propriedades aglomerantes e hidráulicas, de boa qualidade.
Na conclusão de seus testes, Smeaton fez uma observação interessante: “Em relação aos corpos de prova que foram mantidos de forma contínua sob a água, não parecem inclinados a variarem na forma, mas apenas a adquirirem dureza gradualmente, tanto que não tenho dúvidas de que fiz um cimento de características iguais as melhores pedras de Portland, tanto em solidez quanto em durabilidade”. Muito provavelmente, o termo “cimento portland” adveio desta comparação de Smeaton entre seu cimento recém criado e a localidade de Portland, de onde se extraíam as rochas calcarias comercializadas na época. Assim, Smeaton legou a humanidade de que a mistura calcário e argila produzem cimento.
Cimento Romano:
Em 1796 na Inglaterra, Josef Parker introduziu o então chamado “Cimento Romano” (originalmente denominado de Cimento de Parker), que exceto suas propriedades hidráulicas e coloração marrom, pouco lembrava as argamassas romanas preparadas a partir da cal apagada e pozolanas.
De acordo com as especificações de Parker, o “Cimento Romano”, derivava da queima de concreções ou nódulos argilosos intimamente associados com material carbonático.
É interessante observar que no processo produtivo descrito por Parker, os nódulos contendo associações de materiais argilosos e carbonático, eram divididos a pequenos fragmentos e, então, queimados a temperaturas superiores às até então utilizadas no processo de fabricação de cimento, isto é, a temperatura atingida neste processo era quase suficiente para fundir ou vitrificar a mistura, que depois de resfriada e reduzida a pó, o material obtido era então a base do Cimento de Parker. Analisando as observações de Parker, parece ter sido ele a primeira pessoa a vislumbrar a importância de uma queima mais enérgica para a obtenção de um cimento de melhor qualidade. Efetivamente o material produzido por Parker tornou-se um dos melhores cimentos da época, e varias experiências foram feitas no sentido de imitar e aprimorar a metodologia de fabricação desenvolvida por Parker.

Os primeiros testes e experiências para a produção de cimento artificial em escala industrial por calcinação a altas temperaturas ocorreram em meados de 1818 na França por Vicat, que, apesar do êxito, a mesma por razões econômicas (escassez de energia e de tecnologia), não teve continuidade naquele país, sendo alguns anos mais tarde colocada em prática e patenteada na Inglaterra por Joseph Aspedin.
Vicat observou que, ao contrário do que afirmava Smeaton, não era apenas as rochas calcarias naturais, relativamente impuras, as únicas que proporcionavam a obtenção de materiais hidraulicamente ativos. Segundo seus estudos e experimentos, a qualidade hidráulica das cales estava associada a um conteúdo adequado de material argiloso que poderia ser misturado artificialmente, inclusive em proporções ideais ou otimizadas. Devido às suas experiências, muitos autores consideram Vicat o inventor do cimento portland. De forma análoga, o cientista holandês J. John também verificou a importância de materiais argilosos em misturas com calcário para a obtenção de produtos hidráulicos de excelente qualidade.
Cimento Inglês:
Avançando um pouco mais no tempo, tem-se o registro dos trabalhos realizados na Inglaterra por James Frost, que já se valia dos conhecimentos estabelecidos por Vicat, fabricando um cimento com características hidráulicas a partir da mistura de duas partes de cal e uma de argila, sendo denominado de ‘Cimento de Frost”.
Em 1822, todavia Frost fundamentado nas experiências de Vicat abandonava o antigo procedimento de produção de cimento e patenteava um novo produto sob a designação de ‘Cimento Inglês”. O novo cimento era obtido através da queima de calcário ou margas calcarias, os quais eram praticamente isentos de qualquer mistura de alumínio e material argiloso, pois, já continham cerca de 20–40% de material silicoso ou sílica finamente moída e óxido de ferro.
Os primeiros relatórios do início do século passado, baseados na patente de L. J. Vicar, em Paris (1818) e James Frost, em Londres (1822), descreviam os métodos de fabricação do cimento como sendo o resultado de um processo no qual se moía calcário com água e após misturava-se  com uma certa quantidade de argila em forma de lama que, depois de homogeneizados eram colocados em locais apropriados para secagem natural. Após a mistura ter adquirido certa consistência, à mesma era calcinada em fornos de cal em forma de garrafa, denominada de fornos verticais.
A capacidade dos primeiros fornos verticais de clínquer era em média da ordem de 15 a 30 t/semana, e a movimentação dos materiais de uma seção para a outra, era efetuado através carrinhos de mão.
Cimento Portland:
Em 21 de outubro de 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin calcinou uma mistura de pedras calcárias e argilas, transformando-as posteriormente em um pó fino. Este construtor percebeu a obtenção de um composto hidráulico que, após sua cura quando hidratado, alem de não se dissolver em água, tornava-se tão duro quanto às pedras empregadas em suas construções. No mesmo ano esta mistura foi patenteada por este construtor com o nome de “Cimento Portland”, por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhante às rochas da ilha britânica de Portland.
Desta forma, a invenção do cimento portland foi creditada a Joseph Aspdin, fato este contestado por muitos autores, uma vez que tanto a fabricação quanto à denominação do produto não foi completamente originária dele.
De fato, Aspdin utilizando-se dos conhecimentos adquiridos por seus antecessores, produziu um ligante hidráulico em condições praticamente semelhantes aquelas de cimentos anteriormente produzidos, sobretudo ao cimento de Vicat, Smeaton e Jhonson.

Em 1843, Isaac Charles Johnson, ao tentar elaborar um cimento com características similar dos até então produzidos, deparou-se que por motivo acidental parte do material contido no interior do forno ficou exposta a uma temperatura superior a aquela normalmente utilizada e se fundiu.  Para sua surpresa, depois de decorrido algum tempo, verificou-se que o cimento produzido a partir dos nódulos parcialmente fundidos ou escorificados, exibia uma resistência mecânica muito superior em relação aos cimentos produzidos com o material submetido a uma queima mais branda.
A partir desta data, a continuidade dos experimentos de Johnson possibilitou avançar às experiências no sentido da otimização da temperatura de queima ou cozedura dos materiais crus de forma a se obter um produto escorificado em presença de fase líquida e, portanto, a fabricação de cimentos hidráulicos com características similares às dos Cimentos Portland produzidos atualmente.
Na verdade, só a partir de 1845 é que se conseguiu um processo eficiente de calcinação de forma a transformar uma grande quantidade de materiais crus em um sinter denominado de clínquer, o qual proporcionou a partir deste momento, um grande incremento do potencial hidráulico dos cimentos melhorando assim, consideravelmente a qualidade dos mesmos. A partir desta data a indústria cimenteira como um todo se desenvolveu rapidamente, devendo-se, entretanto, a Smeaton, Vicat e Jhonson, o desenvolvimento e a evolução dos cimentos ou aglomerantes hidráulicos.
Em 1852, o fabricante de cimento George Frederick White, em frente ao Instituto dos Engenheiros Civis em Londres, desvendou publicamente o processo de fabricação de cimento empregado em sua fábrica que consistia no seguinte:
“O calcário e a argila eram misturados em proporções quimicamente definidas que, depois de moídos com água, a mistura era transferida para recipientes apropriados para redução parcial da umidade”. Uma vez alcançada certa consistência, os materiais eram então alimentados aos fornos de cal vertical para ser processada a queima. Na produção deste tipo de cimento, o processo de calcinação era mais severo do que no processo da calcinação de cal ou do cimento romano.
Em 1880, deu-se um passo importante ao desenvolverem-se os fornos verticais de operação continua, os quais proporcionaram um grande aumento da capacidade produtiva e melhor rendimento térmico em relação aos anteriores. A partir de 1877 foram realizadas várias experiências com fornos rotativos e em 1897 foi desenvolvido por Hurrye e Scaman na América do Norte o primeiro forno rotativo capaz de operar com sucesso com produção de clínquer da ordem de 50 t/d. Esses primeiros fornos rotativos eram fornos via úmida com uma emissão de pó equivalente a um terço do material alimentado e com um consumo específico de calor da ordem de 3000 Kcal/Kg de clínquer. Foram necessários ainda quase trinta anos até que se pudesse conseguir uma redução substancial do elevado consumo térmico deste processo.
Em 1928 o Dr. Otto Lellep deu um passo importante nesta direção, desenvolvendo o pré-aquecedor de grelha transportadora, alimentada com nódulos de pasta com teor de umidade da ordem 50 - 60% inferior aos teores de umidade praticados pelos processos via úmida (redução do teor de umidade de 36% para 20%). Esta invenção foi adotada pela empresa fabricante de equipamentos Polysius e recebeu o nome de “LEPOL” (“Le” e “Pol” da primeira silaba de Lellep e Polysius respectivamente). Este novo desenvolvimento permitiu uma redução do consumo específico de calor da ordem de 30-35% em relação aos processos via úmida.
Em1934 surgiu uma patente Tcheca de um pré-aquecedor de material cru seco (farinha) em suspensão através de ciclones e, em 1951, a empresa Kloeckner-Humboldt-Deutz, na Alemanha, instalou em um forno rotativo o primeiro sistema com pré-aquecedor de material cru em suspensão por ciclones.
A partir deste momento este tipo de sistema tornou-se predominante em virtude da grande economia de calor que ele proporcionava, entretanto, o grande obstáculo para a migração de fornos via úmida e semi-úmida para os fornos via seca com pré-aquecedor em suspensão, residia no fato de que a única forma de se conseguir uma boa homogeneização dos materiais crus era em forma de pasta através da moagem via úmida. Com o advento das modernas e eficientes técnicas de controles da homogeneização dos materiais crus secos, tais como, pilhas de pré-homogeneização, silos de homogeneização por bateladas ou de homogeneização contínua dotados com câmaras de mistura, este tipo de problema foi pouco a pouco sendo superado.
Como a evolução do processo de pré-aquecimento em suspensão, surgiu a partir de 1966 os primeiros sistemas de pré-aquecedores em suspensão dotada com pré-calcinadores os quais proporcionaram um aumento significativo no grau ou nível de descarbonatação e calcinação dos materiais crus antes dos mesmos ingressarem no forno rotativo e, em conseqüência disto, um grande aumento na capacidade produtiva dos fornos rotativos.
· Cimento Portland no Brasil:
No Brasil, a primeira tentativa de aplicar os conhecimentos relativos à fabricação de cimento portland ocorreu por volta de 1888, quando o comendador Antônio Proost Rodovalho empenhou-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio- Juiz de Fora MG. Posteriormente, várias tentativas esporádicas foram efetuadas, entretanto, com pouco sucesso.
A usina de Rodovalho operou de 1897 até 1904, quando paralisou a produção, voltando a operar novamente em 1907 e, extinguindo-se definitivamente em 1918.
Em 1892 foi inaugurada uma fábrica na Ilha de Tiriri, no Rio Grande do Norte, que só funcionou por três meses. Em 1897 foi instalada outra fábrica que também funcionou poucos meses.
Em 1912 houve a montagem da fábrica Monte Líbano, em Cachoeiro do Itapemerim, pelo Governo do Espírito Santo fundou que funcionou até 1924, voltando a operar em 1936, porem com novas instalações.
Todas essas etapas não passaram de meras tentativas que culminaram em 1924 com a implantação, pela Cia de Cimento Portland Perus, de uma fábrica em Perus, no Estado de São Paulo, cuja entrada em operação em 1926 pode ser considerada como o marco da atividade cimenteira no Brasil. Naquele ano, 100% das 410.000t/anos consumidas no Brasil eram importadas.
Até então o consumo de cimento no Brasil era modesto e o produto era importado. A produção nacional foi gradativamente se elevando com a implantação de outras fábricas, sendo que a participação de cimento importado oscilou durante décadas até praticamente desaparecer nos dias de hoje.
Em 1939, o Brasil possuía cinco fábricas e apenas 5% do cimento era importado. Em 1953, o Brasil possuía 15 fábricas e o consumo de cimento era de três milhões de toneladas ano, sendo que um milhão de toneladas importadas.
A industria brasileira de cimento passou ao longo de sua história por profundas modificações, sempre procurando adequar-se à modalidade técnica dos países desenvolvidos e à realidade brasileira. Hoje 100% das fábricas são via seca, com consumo específico de calor médio da ordem de 750–850Kcal/Kg de clínquer. O combustível utilizado também teve que se adequar à realidade brasileira, tendo em 1985 substituído em até 95% a utilização do óleo combustível importado pelo carvão mineral. Atualmente o combustível mais utilizado é o carvão mineral e o coque de petróleo. Combustíveis derivados de biomassas, bem como, derivados de resíduos industriais e domésticos também estão sendo utilizados e testados.
Verifica-se que essa indústria, tem grande participação no processo de reciclagem de materiais residuais, tanto em relação aos que podem ser incinerados no forno, quanto àqueles utilizados como adição ativa no cimento, como, por exemplo, as escórias granuladas de alto forno e as cinzas volantes procedentes da combustão de carvão mineral em usinas termoelétricas.
 Texto extraído do arquivo 040 da Biblioteca de autoria de eng. Hélio Farenzena.
Um abraço a todos.
Otávio Brancão - Blogueiro do Cimento.