3 Aglomerantes

EL YESO

Fig.Nº3.1: muestra de la gibsita, materia prima del yeso

Aglomerante: Se define como el material capaz de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar cohesión al conjunto por efecto de transformaciones de tipo exclusivamente químico y físico, que originan nuevos compuestos, es el caso del yeso, cal cemento, etc..

Yeso: aglomerante obtenido por deshidratación de la piedra yesera o aljez que finamente molido, al amasarlo con agua endurece por la reincorporación del agua que perdió al calentarlo.

El yeso ha sido conocido y utilizado desde la más remota antigüedad, principalmente en países de clima seco. Su origen puede ser Oriente Medio. También los egipcios utilizaron el yeso con gran profusión como muestra la pirámide de Keops. Pasa después el yeso a Grecia y Roma y más tarde al pueblo árabe. En España, en el 52% de la superficie se encuentran yesos. El yeso es protagonista de la decoración en la España bajo dominio de los árabes como se puede observar en la Alhambra de Granada o el Alcázar de Sevilla. Su fabricación, has bien entrado el siglo 20, resultaba costosa, actualmente se han mejorado los sistemas de fabricación.

El yeso es un aglomerante no hidráulico que se encuentra naturalmente como una arena o roca suave cristalina. El nombre químico es sulfato de calcio dihidrato

(CaSO42H2O). Mediante un calentamiento aproximadamente a 160°C, se produce sulfato de calcio semi-hidrato (CaSO41/2H2O), más conocido como «mortero de París», el cual cuando es mezclado con el apara se fragua en 8 a 10 minutos. El yeso ha sido producido exitosamente mediante energía solar Un mayor calentamiento del yeso, ligeramente superior a los 200°C (no obtenido mediante energía solar) produce yeso anhidro (CaSO4), el cual cuando es mezclado con agua se fragua muy lentamente.

El yeso es empleado como un material de construcción, principalmente como un retardador para regular el fraguado de diversos tipos de cemento hidráulico, y junto con una variedad de otros materiales (por ejemplo, cal, arena, aserrín, cáñamo, sisal, aceite de linaza, papel) para producir enlucidos, tableros y bloques de mampostería.

Las principales ventajas del yeso son el poco consumo de energía durante el cocido para producir mortero de yeso; el rápido secado y endurecido, con despreciable contracción; la buena adhesión a las fibras y otros materiales; buena resistencia al fuego; buena reflexión del sonido (si es denso y duro); buen acabado de la superficie; resistente a los insectos y roedores.

La principal desventaja del mortero de yeso es su solubilidad en el agua (2 g. de yeso por litro de agua). El aire húmedo también puede ablandar el mortero de yeso. Las heladas y los cambios repentinos de temperatura también puede causarle daño.

Naturaleza:

Tres formas se conocen del sistema sulfato cálcico-agua

SO4Ca+ 2H2O = Sulfato bicálcico o piedra algez

SO4Ca + 1/2H2O = Sulfato hemihidrato de calcio

SO4Ca = sulfato cálcico anhidro

La piedra de yeso o aljez se encuentra en la naturaleza y está compuesta por sulfato cálcico dihidrato. Esta roca es la única materia prima para la fabricación del yeso. Éste se obtiene por deshidratación parcial de dicha roca que, sometida a temperatura no mayor de 170ºC, pierde molécula y media de agua, formándose el sulfato cálcico hemihidrato. Se obtiene así el yeso cocido o deshidratado, el cual, amasado con agua, una vez pulverizado, se rehidrata formando de nuevo el dihidrato.

Al amasar el yeso con agua en debida proporción se obtiene una pasta más o menos trabada y untuosa que se endurece rápidamente, a este endurecimiento se le conoce como fraguado

Si la temperatura es mayor que 170ºC, el dihidrato llega a perder toda el agua de cristalización obteniéndose la anhidrita soluble, que es muy inestable y que pasa fácilmente a hemihidrato al absorber el agua atmosférica.

Si la temperatura es aún mayor se forma otro tipo de anhidrita: la anhidrita insoluble, que es estable y que no fragua si no se añaden determinados acelerantes o catalizadores de la reacción.

Si la temperatura es aún mayor, se forman los yesos hidráulicos

3.1. FABRICACIÓN:

Materias primas: como materia prima principal es el sulfato cálcico dihidratado, que es una roca blanca que tiene una dureza 2 en escala de Mohs, una densidad: 2.3 - 2.4 kg/dm3. Presenta un aspecto externo cristalino y amorfo.

Variedades: Laminar que es transparente, dura y muy pura, fibrosa que es muy pura, y presenta un aspecto sedoso, ordinaria o común, que es la más frecuente, muy compacta, sin señales de cristalización. Sacaroidea, que presenta un aspecto semejante al que presenta el azúcar por su aspecto cristalino. Alabastro, de grano muy fino, compacto y traslúcido. Se emplea para escultura y objetos de adorno así como para yesos especiales (cirugía, odontología).

La piedra de yeso es poco soluble en agua y puede diferenciarse de la caliza por no dar efervescencia con los ácidos.

Estructura del sulfato cálcico dihidratado: Cristalina monoclínica con 4 u 8 moléculas por estructura elemental. La red cristalina está formada por capas de átomos de calcio y grupos sulfatos separados por capas de moléculas de agua.

Estructura de la anhidrita natural: Más pesada y más dura que el aljez. No toma agua de hidratación y por encima de los 40ºC presenta la menor solubilidad de todos los sulfatos cálcicos. La red cristalina pertenece al sistema rómbico y la estructura elemental contiene 4 moléculas. Su red es muy compacta, de mayor densidad y estabilidad que ningún otro sulfato cálcico.

Explotación de canteras: Como el yeso es un material muy barato, también lo han de ser todas las operaciones que comprende la fabricación, es casi obligado que la piedra de yeso aflore a la superficie para que se pueda explotar a cielo abierto ya que, de lo contrario, se encarece notablemente esta fase de la producción.

Trituración previa: Según el sistema de deshidratación que se vaya a seguir, puede variar el grado de trituración de la roca cruda. Según las dimensiones que se hayan de obtener se utilizan: machacadoras de esferas de 2 a 3cm.de diámetros de dimensiones.

Molinos de martillo: usado para producir material más fino.

Trituradoras de martillo: maquinaria utilizada para producción en mayores volúmenes y mayor grado de finura, con factores de reducción muy elevados de hasta 20.

Deshidratación, calcinación o cocción: El objeto de la cocción es obtener:

CaSO4.1/2H2O (Hemihidrato del sulfato cálcico).

Formas anhidras. CaSO4 (cementos Keene, Estrich, etc).

A partir del yeso natural o dihidrato: CaSO42H2O.

Los productos obtenidos fraguan por adición de agua, regenerando el dihidrato, debiendo el yeso a este fenómeno su carácter de aglomerante.

Por elevación de temperatura cede el yeso su agua de cristalización en dos fases:

125ºC: transformación del dihidrato en hemihidrato.En realidad sucede de forma retardada a partir de los 97ºC.

A partir de los 180ºC se genera al paso del hemihidrato a anhidrita.En realidad sucede de forma retardada a partir de los 42ºC.

El retardo en las velocidades de transformación es importantísima pues a ello se debe la posibilidad de obtener hemihidrato por cocción del dihidrato, la velocidad de formación del hemihidrato es mayor que la de su descomposición en anhidrita.

La temperatura a la que tiene lugar la cocción depende de:

Velocidad de calentamiento y presión externa.

Granulometría del yeso: debido a la pésima conductividad térmica del yeso, se cuecen con mucha mayor lentitud los granos grandes.

Densidad del yeso. A consecuencia del retardamiento observado en la destrucción del dihidrato en el interior de los granos gruesos, resulta conveniente sobrepasar la temperatura de la primera cocción a fin de destruirlos totalmente, ya que su presencia acelera extraordinariamente el fraguado del yeso cocido, incluso en cantidades muy pequeñas. En la práctica, basta una temperatura de 160ºC.

Tipos de hornos: Puede decirse que se requieren entre 80 a 90 kilos de carbón para obtener una tonelada de yeso. Los distintos tipos de hornos son:

Hornos fijos:

De tipo rudimentario: Los productos obtenidos se caracterizan por la falta de homogeneización, no es posible regulación alguna de la marcha del horno.

De cuba: Forma cilíndrica con eje vertical realizados en mampostería, se cargan por la parte superior y se descargan por la parte inferior, no está provisto de hogar.

Su rendimiento térmico es superior al de los hornos de tipo rudimentario.

Una variación de este tipo de horno es el Steiger, que tiene un hogar y su descarga es automática.

La zona de acción es en tres partes:

De precalentamiento muy ancha, de cocción es muy estrecha y una zona de enfriamiento que es muy ancha.

Son caros y con una escasa homogeneización del producto y no tiene control de los niveles de temperatura.

Colmena: Usado en EEUU para la fabricación de cemento Keene. Tiene una base circular cubierta con una cúpula baja. La calefacción proviene de varios hogares o cámaras de combustión. Los gases calientes son conducidos mediante conductos a la parte superior y pasan entre los bloques entre 25 - 30 cm de yeso y luego salen por una chimenea. El yeso se calcina durante 3-5 días y luego se tritura, muele y tamiza.

Hornos rotatorios:

Se somete a la masa a una agitación constante durante la cocción, tiene una forma cilíndrica, un hogar exterior que produce los gases de combustión que son enviados al interior del horno. Es más económico hacer circular los gases de combustión en sentido contrario a la masa de yeso.La piedra de yeso se tritura previamente.

El yeso atraviesa el horno en unos 45 minutos y se descarga a unos 160 - 195ºC y pasa directamente a los molinos donde se termina la calcinación.

Se controla la temperatura mediante dos pirómetros (uno controla la temperatura de los gases que abandonan el horno y otro la temperatura del yeso cocido al ser descargado). Su costo es menor.Funcionamiento sencillo.Bajo consumo de energía. Admiten cualquier tipo de combustible.

Hornos de parrilla móvil: Se obtiene un producto de alta calidad, son usados a partir de 1960, se caracterizan por tener una parrilla móvil de acero. El material que se va a calcinar se encuentra dividido por tamaños y colocado en capas de menor a mayor tamaño contando desde la base de la parrilla. No tiene contacto directo con los gases de combustión; pues el yeso no está en contacto con los gases de combustión generados y la atmósfera de cocción está constituida por vapor de agua a una mayor o menor presión, resultando un producto con un elevado porcentaje de hemihidrato.

Hornos fijos: denomindos de panadero, tiene un rendimiento térmico excelente, utiliza cualquier tipo de combustible; pero en cambio exige gran número de cámaras y por ello mucha mano de obra, es por ello, por lo que sólo se utilizan para yesos especiales de precio de venta elevado.

Autoclaves: Se obtiene un excelente yeso cocido constituido por CaSO4.1/2H2.

Calderas: Cuerpo cilíndrico de acero. En la parte superior hay una trampilla para la introducción de la piedra de yeso y un tubo de ventilación que conduce los vapores desprendidos.

Características de la industria yesera.

La calefacción corre a cargo de unos tubos horizontales que atraviesan la caldera de parte a parte dispuestos cuatro en pares paralelos.Luego de un agitador de eje vertical que evita que se produzcan calentamientos en la masa de yeso. Tiene una portezuela de descarga en la parte inferior. Se va echando yeso crudo finamente molido hasta llenar la caldera, al terminar la carga la temperatura es de 110ºC, se eleva lentamente hasta 120ºC, temperatura a la cual, el yeso pierde el agua de cristalización desprendiéndose gases, tras un período de temperatura constante, ésta se eleva progresivamente hasta los 150-165ºC, temperatura a la cual cesa la ebullición y se ha perdido un 10-14% del volumen inicial, el yeso se ha deshidratado a hemihidrato. Se continúa elevando la temperatura hasta 170ºC y entonces se descarga.

Se obtiene hemihidrato. Junto con el horno rotatorio, es el más usado en EEUU, exige costosas operaciones de molienda previa del yeso, bajo rendimiento térmico lo hacen antieconómico.

Hornos rotatorios: Análogos a los rotatorios del primer grupo, varía el sistema de calefacción, su rendimiento es inferior, son los más usados en Francia; pero su defecto es su bajo rendimiento térmico, que no pasa del 60%.

Procedimientos especiales: Tienen patentes norteamericanas, francesas y rusas para realizar la cocción del yeso sin intervención de combustible alguno.

La piedra de yeso molida se mezcla con cal viva, también molida. El yeso es deshidratado por el calor desprendido al apagarse la cal a expensas del agua presente en el sistema.

CaSO4.2H2O + CaO Ca(OH)2.CaSO41/2H2O

Resulta un conglomerante mixto:

CaSO41/2H2O y Ca(OH)2.

Reacciones:

CaCO3 (Qcalor) CaO + CO2

CaO + H2O Ca(OH)2 + Q(calor)

CaO +CaSO4.2H2O Ca(OH)2.CaSO4.1/2H2O

Aridizing: Inyectar en la caldera durante la cocción una solución diluida de una sal delicuescente como, por ejemplo, CaCl2, en proporción del 0,1 al 0,2%. Se consigue:

Formación de hemihidrato. El yeso cocido posee las mismas propiedades que de otra manera sólo conseguiría tras 6 meses de almacenaje.

Produce una homogeneización enorme para aplicaciones ópticas u odontológicas.

Se consiguen resistencias de 600-1000 Kg/cm2.

Molienda, almacenaje y ensacado: Molienda posterior a la calcinación mediante molino de bolas o de martillo para cuando interesa mucha finura en el producto terminado.

El yeso molido se almacena en silos cerrados y aislados de la humedad, con objeto de evitar la hidratación.El ensilado del yeso lleva consigo su estabilización con la consiguiente mejora de su calidad.Los sacos en que se presentan son de papel para disminuir la permeabilidad al aire húmedo.

3.2. TIPOS DE YESO

Existen el sulfato cálcico dihidratado, hemihidratado y anhidro, pero dentro de estos productos hay otros varios tipos. Se pueden clasificar los yesos dependiendo de diferentes criterios:

Clasificación según las condiciones de cocción:

A medida que la temperatura de cocción va aumentando se van obteniendo productos diferentes que, si bien es verdad que todos son sulfato cálcico, sus propiedades y, por tanto, sus usos, son distintos:

Hemihidrato -: De 120 - 170ºC, se obtiene en autoclave, para su formación es indispensable que se produzca una atmósfera saturada de vapor de agua, es más compacto que el beta y posee claros rasgos cristalinos al microscopio.

Hemihidrato-: De 120 - 170ºC, presenta un aspecto esponjoso, sin rasgos cristalinos, de aspecto terroso y posee mayor contenido energético, es más soluble, por ello, menos estable.Es el más importante componente del yeso comercial.

El hemihidrato es una estructura monoclínica deformada con 12 moléculas de SO4Ca.1/2H2O en la célula fundamental. La red posee una gran estabilidad debido a que los átomos de calcio y los tetraedros del ión sulfato están colocados de tal forma que existen unas poderosas fuerzas entre los átomos de calcio de una capa y los tetraedros de sulfato de la adyacente y que, además, existen unos canales en la red en los que están situadas las moléculas de agua.

Las fuerzas que unen las moléculas de agua con los iones calcio y sulfato son más débiles que las que unen a estos iones entre sí, y esto permite que toda o parte del agua sea eliminada sin que varíe la red estructural.

Anhidrita soluble: De 170-250ºC.

Presenta gran avidez de agua por lo que es muy inestable pasando a hemihidrato al absorber agua del ambiente.

Presenta dos formas alfa y beta dependiendo de que tipo de hemihidrato provenga.

No tienen importancia industrial.

Anhidrita insoluble: De 600-900ºC.

Para su fraguado es necesario utilizar acelerantes pues, de no ser así, tardaría meses en fraguar.Cristaliza en el sistema ortorómbico.Una celda cristalina contiene 4 moléculas de SO4Ca.La red tiene la máxima capacidad, la mayor densidad y la más estable contextura de todos los sulfatos cálcicos.

Yeso hidráulico: Entre 900-1000ºC.El sulfato cálcico se disocia, la CaO libre contribuye al fraguado aunque éste sigue siendo lento “hidráulico” se refiere a que puede fraguar bajo el agua.Se emplea para pavimentos.

Cemento Keene y cemento Parian: Entre 900-1000ºC.

Se obtienen por cocción del hemihidrato hasta 1000ºC tras una inmersión durante varias horas en una solución de bórax en el Parian y alambre en el Keene.Posee un fraguado lento y admiten áridos para formar morteros, tiene gran dureza superficial, por lo que son utilizados para capas de acabado en enlucidos.

Clasificación según el pliego RY-85:

YG-Yeso grueso de construcción:

Constituido por: sulfato cálcico semihidratado, anhidrita II artificial (obtenida por cocción de aljez entre 300-600ºC), aditivos reguladores del fraguado (opcional). Antiguamente se llamaba negro, tosco o moreno.

Se utiliza como pasta de agarre en la ejecución de tabicados, revestimientos interiores y como aglomerante auxiliar de obra.

YF-Yeso fino de construcción: Constituido por sulfato cálcico semihidrato, anhidrita II artificial de granulometría fina y aditivos reguladores del fraguado (opcional).

Se emplea para enlucidos, refilos o blanqueo sobre revestimientos interiores (guarnecidos o enfoscados). Antiguamente se llamaba blanco.

YP-Yeso prefabricado: Constituido por sulfato cálcico semihidratado, anhidrita II artificial.Más pureza y resistencia que los yesos YG y YF.

Se emplea para la ejecución de elementos prefabricados para tabiques.

E-30 escayola: Constituida por sulfato cálcico semihidratado.y aditivos reguladores del fraguado (opcional). Tiene resistencia mínima a flexo-tracción de 30 kp/cm2.

Se emplea para elementos prefabricados para tabiques y techos.

E-35 Escayola especial: Constituida por sulfato cálcico semihidrato, mas aditivos reguladores del fraguado (opcional).Tiene mayor pureza que la escayola E-30 y una resistencia mínima a flexotracción de 35 kp/cm2.

Se emplea en trabajos de decoración, ejecución de elementos prefabricados para techos y en la puesta en obra de estos elementos.

En todos estos tipos de yeso, excepto en el prefabricado, además de la clase normal existe una clase lenta, denominada así en función de su período de trabajabilidad, su nomenclatura añade una L separada por una barra (/).

La pureza de la piedra de yeso para fabricar escayola debe ser mucho mayor que para fabricar yesos de construcción, la escayola es un yeso muy finamente molido y muy puro y en su fabricación, no está en contacto con los gases de combustión.

3.3. PROPIEDADES DEL YESO:

Finura del molido: Tiene gran importancia, por ejercer una influencia ostensible sobre diferentes propiedades del yeso.

La posibilidad de utilización del yeso reside en que al amasar con agua se forma una pasta que endurece constituyendo un conjunto monolítico; es decir, existe una reacción del yeso con el agua, se comprende que cuanto mayor sea el grado de finura del yeso, tanto más completa será la reacción y, consecuentemente, la calidad del producto obtenido.

Trabajabilidad: Tiempo en pasar del estado líquido al plástico.Duración del estado plástico.Una de las propiedades más características del yeso es la rapidez de su fraguado, esto obliga al operario a trabajar con apresuramiento y únicamente permite amasar de una vez pequeñas cantidades. Este problema se soluciona mediante el empleo de catalizadores que actúan sobre la velocidad del fraguado permitiendo regular la misma:

Retardadores: Según la teoría de Le Chatelier, son las sustancias que disminuyen la solubilidad del hemihidratoSegún la teoría de coloides, la adición de coloides retarda la coagulación del gel.Elevan la dureza y la resistencia.Disminuye la expansión.

Varios grupos:

Primero: sustancias que disminuyen la solubilidad del yeso tales como la glicerina, alcohol, acetona, éter, azúcar, ácido acético, ácido bórico, ácido cítrico, ácido fosfórico, ácido láctico y sosa.

Segundo: Compuestos orgánicos de elevado peso molecular, que actúan como coloides protectores, como la queratina, caseína, cola de carpintero, pepsina, peptonas, gelatina, melazas, productos de hidrólisis de sustancias de desecho de origen animal (pelo).

Tercero: Sustancias que influyen sobre la estructura cristalográfica del yesocomo acetato cálcico.

Acelerantes: Según la teoría de Le Chatelier, son las sustancias que aumentan la solubilidad del hemihidrato.Según la teoría de los coloides, la adición de electrolítos acelera la coagulación del gel, producen una disminución de la resistencia y de la dureza y. también disminuye la expansión.

Ejemplos: Todos los sulfatos menos del de hierro, el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico, los nitratos, los cloruros, bromuros y jabones.

Fraguado: Es el endurecimiento en un plazo breve del yeso hemihidratado al amasarlo con agua.Para explicar el proceso físico-químico del fraguado, se establecen dos teorías:

Le Chatelier:

Al amasar el yeso cocido con agua se forma, alrededor de las partículas del mismo una solución que está saturada respecto al hemihidrato (CaSO41/2H2O), pero fuertemente sobresaturada con respecto al dihidrato (CaSO42H2O) formado por hidratación con aquél, estable y de menor solubilidad. Esto es debido a que el hemihidrato es bastante soluble pero este hemihidrato es cinco veces más soluble que el dihidrato.

Comienza así rápidamente la cristalización del yeso a partir de núcleos de dihidrato que han permanecido sin modificar a través del proceso de cocción. Los cristales se desarrollan en muchos puntos contiguos dando lugar a agrupaciones de forma radial y la interposición de estas, ellos explica la resistencia de la masa fraguada.

Coloidal: cuando se mezcla el yeso cocido con agua se forma un gel intermedio a partir del cual se desarrollan los cristales aciculares de yeso, el fraguado del yeso cocido es debido a la coagulación del gel del yeso.

Factores físicos que modifican la duración del fraguado:

Temperatura del agua de amasado: más temperatura, más rápido es el fraguado.

Relación yeso-agua: al aumentar la relación yeso-agua disminuye el tiempo de fraguado.

Tiempo transcurrido desde la cocción: El yeso recién cocido fragua más rápido.

Tiempo transcurrido desde la molienda. Tamaño de las partículas.

Se prescribe que el fraguado debe empezar entre los 8 y los 20 minutos contados a partir de la unión del yeso y el agua.

Se prescribe que el final del fraguado debe estar comprendido entre los 18 y los 50 minutos.La hidratación total puede durar algunas horas.

Expansión: Se produce una expansión como consecuencia del crecimiento rápido de los cristales durante el fraguado, es del orden del 0.3 a 1.5%.

Resistencias mecánicas:

Las resistencias a tracción, compresión y flexión dependen de:

Naturaleza del yeso, la composición del mismo, su grado de finura y la relación agua/ yeso, cuanto menos agua de amasado, mayor resistencia a la compresión, el contenido de humedad en el momento de la rotura.

Absorción de agua: El yeso es un material que no puede emplearse en lugares expuestos a la acción del agua.

La razón fundamental del fracaso del yeso ante el agua se encuentra en la rápida pérdida de resistencia que experimenta el material fraguado al absorber agua ávidamente a través de su red capilar.

Un 1% de agua produce ya n descenso del 52% en la resistencia de un yeso y una cantidad tan insignificante como el 0.04% la reduce en el 33%.

La solución al problema consistirá en encontrar un procedimiento que evite por completo que el yeso fraguado absorba agua y, al mismo tiempo, sea económico y práctico.

Algunas soluciones empleadas han sido: Resinas y plásticos.Siliconas.Productos de reacción de la celulosa con la urea.Cola de pescado

Se procede por impregnación.

El elevado precio de los productos hace prohibitivo su uso a gran escala.

En construcción, aun no se ha solucionado completamente este problema.

Adherencia: Es Buena para: piedras, ladrillos, fierro, acero. Es mala para unir elementos de madera, superficies lisas.La adherencia del yeso disminuye con el tiempo y en presencia de humedad.

Corrosión: El yeso produce corrosión en el hierro y en el acero en presencia de humedad, por lo tanto, las piezas de estos materiales en obra que estén unidas a yeso deben ser protegidas mediante su galvanización.

Resistencia al fuego: El yeso proporciona una considerable protección contra el fuego debido a su composición química.

Índice de pureza: Contenido total de sulfato cálcico-agua del producto considerado y expresado como tanto por ciento en masa de la muestra desecada a 45ºC.

Humedad controlada: Evita condensación superficial.Evita humectación de las paredes y techos por su poder de absorción.Coge agua cuando hay humedad y devuelve agua cuando no hay humedad.

Acústica perfecta: Absorbe el ruido, rompe la onda sonora.

Ensayos del yeso:

Precauciones generales: Temperatura del laboratorio y de la probeta serán de 20ºC

Humedad relativa no inferior al 65%.Se utilizará agua destilada a 20ºC.Todos los recipientes serán estancos, impermeables e inertes con respecto al sulfato cálcico.

Toma de muestras:

Análisis químico: Preparación de la muestra.Determinación del agua combinada.Determinación del anhídrico sulfúrico.Determinación del índice de pureza.

Determinación del pH.Análisis completo.Carbonato magnésico.Anhídrico carbónico del carbonato magnésico.Carbonato cálcico.Otros productos.Óxido de calcio disponible.Óxido cálcico y trióxido de azufre en exceso.Sulfato cálcico.

Ensayos físicos y mecánicos:

Finura de molido.

Resistencia mecánica a compresión, tracción y flexión.

Determinación de la relación agua/ yeso que corresponde al amasado a saturación. Esto se consigue mediante el ensayo de “encharcamiento” consistente en colocar en una probeta transparente y graduada de cristal, cierta cantidad de agua como 500 centímetros cubicos y luego añadir cuidadosamente y en forma progresiva cantidades de yeso previamente secado al horno a una temperatura de 40ºC durante 24 horas, hasta que se observa el momento en que el yeso introducido al picnómetro se cristaliza y su bode superior coincida con el menisco del espejo de agua. En ese momento se pesa el sobrante de la cantidad de yeso inicialmente seco y pesado, y por diferencia del peso inicial y el remanenete se determina la cantidad óptima de yeso cristalizado con la cantidad de agua inicial usada.

Determinación de los tiempos de principio y final del fraguado:

Principio de fraguado.

Fin del fraguado.

Utilización del yeso:

El yeso suele ponerse en obra en un estado plástico aunque, a veces, se pone en obra ya fraguado en forma de elementos prefabricados. Rara vez se utiliza en exteriores debido a la dificultad de hacerlo impermeable.

Amasado:

Se hacen en artesas de madera.

Debe amasarse, sino está retardado, en pequeñas cantidades. Debido a la rapidez de su fraguado.

Para el amasado, se vierte en la artesa el agua necesaria y, sobre ésta, se espolvorea el yeso revolviéndolo bien con la paleta para deshacer los grumos.

La cantidad de agua a emplear dependerá de: Variedad de yeso.Finura.Naturaleza.

En general, no se podrá amasar el yeso con menos del 50% de agua, referido a su peso en seco.

El yeso como conglomerante:

Es muy frecuente el empleo del yeso en obra para: Unir provisionalmente distintas piezas.Fijar elementos auxiliares a fábricas ya construídas.Al margen de esto, el yeso se utiliza como conglomerante en la construcción de: Tabiques de ladrillo.Primera hoja de bóvedas catalanas.Primera hoja de bóvedas tabicadas. Colocación de azulejos.Construcción de forjados de rasilla.

Para estos casos se utiliza YG en forma de pasta pura.

Guarnecidos y tendidos:La mayor aplicación del yeso en construcción es el revestimiento de paramentos más o menos irregulares que no han de quedar vistos. Para ello:Se aplica sobre el paramento una primera capa (guarnecido) de yeso YG de 10-15mm de espesor y sobre ésta, una capa (tendido) de YF de 1-3mm.

El guarnecido puede ser:A buena vista:

El yeso se extiende con la llana, por proyección y alisarse con reglas de madera.

Maestrado:Primero hay que hacer las maestras:

Fajas de espesor fijado y con sus superficies en un mismo plano que sirven de guía para el guarnecido.

Se extiende a mano y se alisa con regla apoyándose en las maestras.

Para guarnecidos sobre metal desplegado suele añadirse al yeso, en fábrica, fibras que traben el material y que impidan que se caiga por los orificios del soporte, estas fibras suelen ser pelos de cabra.

El tendido: Suele emplearse una pasta más fluída que para el guarnecido y tanto más fluída cuanto menor tenga que ser su espesor.

Se extiende con la llana.

Enlucido:Es el conjunto de guarnecido y tendido.No suele quedar visto sino recubierto por pintura, papel, corcho.Para que la misión de soporte se tiene que cumplir las siguientes condiciones:Adherencia al paramento que reviste.

Resistencia a acciones mecánicas (choques, roces).

Ausencia de grietas.

Regularidad de superficies.

Perfección de ángulos entrantes y salientes.

Molduras: Se utiliza escayola.Corrido de molduras:Consiste en hacer deslizar una terraja con el perfil deseado sobre unas guías. Al moverse la terraja sobre una masa de escayola recién colocada forma la moldura.

Las molduras pueden prefabricarse en taller.

Se refuerzan con listones de madera o caña durante su fabricación y transporte.

Estuco: Recubrimiento para muros, brillante y lavable que se extiende con la llana. Compuesto por: Escayola. Yeso YF molido muy fino.Amasado con agua que contienen gelatina o cola de pescado.

Pigmentos colorantes.Cuando se ha conseguido una superficie perfectamente plana, se le da brillo mediante un bruñido con planchas de acero calientes o:

Frotando las superficies con un paño impregnado en aceite de linaza, luego:Otro impregnado con aguarrás y cera.

A.Moldes:Se utiliza yeso de la mejor calidad para la fabricación de moldes que han de reproducir objetos por presión o por colada.

3.4. MORTEROS DE YESO:

Cada partícula de arena debe quedar perfectamente envuelta por la pasta de yeso.

Si las partículas son muy finas, el árido tendrá una elevada superficie específica y se necesitará mucha cantidad de pasta para cubrir la superficie de todas.

Al aumentar la proporción de arena, las características resistentes del yeso disminuyen.

Aislamiento térmico:

Las condiciones de aislamiento de los yesos ordinarios no son buenas.

Pueden conseguirse valores apreciables de aislamiento térmico en yesos amasándolos con un árido ligero, como la vermiculita o la perlita, o incluyendo en su masa finos poros gaseosos.

En el yeso pueden producirse los poros por dos procedimientos:

Químicos:

Añadir al yeso sustancias que por reacción con este material o por doble descomposición, den lugar al desprendimiento de burbujas gaseosas que queden encerradas en la pasta al fraguar ésta.

Físicos:

Amasar el yeso con una espuma estable encargada de proporcionar las burbujas que han de constituir los poros cerrados del material aislante.

Elementos prefabricados:

Bloques de yeso: macizos o huecos según las cargas que hayan de resistir.A veces formados por mortero.A veces contiene núcleos porosos para conseguir un mayor aislamiento.No pueden usarse en exteriores por la permeabilidad del yeso.

Bovedillas para forjados:

Placas para tabiques: forma rectangulary pueden ser macizas y/o huecas con una retícula interior en forma de nido de abeja.

Plasterboard: paneles constituidos por un emparedado de cartón-yeso-cartón.

La máquina deja perfectamente terminados los bordes del panel, que pueden adoptar las siguientes formas:

A escuadra: cuando van a quedar cubiertas por un enlucido.

Biselados: para dejar juntas vistas en forma de V.

Redondeados o rebajados: cuando las juntas han de disimularse.

Los principales tipos fabricados son los siguientes: para base de enlucidos, para paramentos interiores, paneles con una superficie perfecta con un color agradable y pueden pintarse pero no se utiliza enlucido.

Para revestimientos impermeables: Integrados por un núcleo de yeso sometido a un proceso de impregnación en resinas entre dos capas de cartón impermeabilizado.

Coloración del yeso: Para conseguir una coloración artificial del yeso se utilizan dos procedimientos: aplicación superficial de pintura de distintos tipos, la más generalizada es la coloración de masa por medio de pigmentos es menos afectada por influjos de tipo mecánico (golpes, arañazos).Se requieren cantidades considerables de pigmentos.

Varios procedimientos:Mezcla íntima, en seco, el yeso con los pigmentos.Amasado del yeso con soluciones alcalinas de un reductor.El metal reducido en estado de fina división da lugar a distintas coloraciones:Sales de plata: color gris perla.Sales de oro: color rojo.Sales de plomo: color negro.Con mezclas de sales se obtienen distintas coloraciones.Empleo de áridos coloreados naturalmente o artificialmente.Los pigmentos han de reunir una serie de características:Baratos.Insolubles en agua.Estables ante agentes atmosféricos.Estables frente a agentes químicos.Elevado poder colorante para reducir las cantidades.No contener impurezas que sean motivo de aparición de eflorescencias.No afectar al tiempo de fraguado del yeso.Mezcla fácil y rápida con el yeso.

Pigmentos más utilizados:Blancos:Lipotón, blanco de zinc.Negros:Negro de manganeso.

Grises: Negros de pequeño poder colorante.

Rojos: Óxidos de hierro.

Rosas: Rojos en proporciones pequeñas.

Amarillos: Cremas, gamuzas, naranja, pardos, azules, verdes, violetas.

3.5. ENSAYOS PARA EVALUAR LA CALIDAD DEL YESO

ENSAYOS FISICOS:

Determinación del modulo de finura del yeso en función de la cantidad de yeso tamizado y retenido en la malla Nº 200

Determinación del Peso específico, para lo cual hay que utilizar alcohol o bencina

Determinación del peso unitario volumétrico

Determinación de la relación óptima a/y (mediante el método del encharcamiento)

Determinación del tiempo de fragua: inicial y final ( mediante el uso de galletas elaboradas con pasta de consistencia normal)

ENSAYOS QUIMICOS:

Determinación de la cantidad de hemihidrato que contiene

Determinación de sustancias inertes

ENSAYOS MECANICOS:

Resistencia a la compresión : probetas cilíndricas de 2” de diámetro por 4” de longitud.

Resistencia a la Flexión estática: usando probetas prismáticas de 4cm. X 4cm.x 16cm., aplicandole una carga centrada y con una luz libre entre apoyos de 12 cm.

Reistencia a la Tracción: mediante el método brasileño, usando la misma probeta cilíndrica utilizada en el ensayo a la compresión pero ensaya apoyada en su generatriz.

Las probetas se elaboran con pasta de consistencia normal.

3.6. CARACTERISTICAS FÍSICAS DEL YESO

PESO VOLUMETRICO O PESO UNITARIO DEL YESO

Definición:

Es el peso que tendría el yeso al ocupar un recipiente de volumen conocido en estado suelto. Este peso considera los vacíos entre las partículas del material.

Fundamento Teórico:

Puss = Peso del molde enrasado de yeso - Peso del molde Volumen del molde vacío

Volumen del molde

Procedimiento:

Se determina el volumen del molde a usar para lo cual se procedió del siguiente modo: Se pesó el recipiente vacío (12 gr.) seguidamente se pesó el recipiente totalmente lleno de agua (338 gr.). La diferencia del recipiente lleno de agua con el recipiente vacío constituye el volumen del mismo (326 cm3.)

Una vez registrado el peso del molde vacío (1 2gr), se vierte en él el yeso dejándolo caer al recipiente desde una altura aproximada de 40 cm. hasta llenarlo, luego se procede a enrasar mediante una regla.

Se registra 3 veces el peso de este molde con el yeso obtenido los siguientes resultados.

a) 284 gr.

b) 282 gr.

c) 279 gr.

De donde el peso promedio es: 281.67

Resultados de Ensayo:

a) Cálculo del volumen del molde:

Volumen = Peso de recipiente lleno de agua-Peso de recipiente vacío Agua

Volumen = 338 gr. – 12 gr.

1 gr/ cm3

Volumen = 326 cm3

b) Cálculo del Peso Unitario (Puss)

Puss = Peso del molde enrasado de yeso – Peso del molde vacío Volumen del molde

Puss = 281.67 gr. – 12 gr.326 cm3

ENSAYOS DE LABORATORIO PARA EVALUAR LAS PROPIEDAES DEL YESO

PESO ESPECÍFICO DEL YESO:

Definición:

Es la razón del peso del yeso (partículas sólidas), referido al vacío entre el peso de un volumen igual de agua destilada libre de gas, ambos valores tomados a una temperatura determinada.

NOTA: No es posible calcular el peso específico del yeso utilizando agua, ya que ésta reacciona con dicho aglomerante.

Fundamento Teórico:

. Peso del yeso .P.e = Peso yeso +Peso fiola con Alcohol (500 crn3)-Peso fiola con yeso y alcohol (500

cm3) Alcohol

Procedimiento:

a) Determinación del Peso Específico del Alcohol:

- Se pesa un recipiente vacío (12 gr.) de volumen conocido (326 gr.)

- Se mide el peso del recipiente lleno de Alcohol (273 gr.).

- El peso específico del alcohol estará dado por el cociente del peso del alcohol entre su volumen.

b) Determinación del Peso Específico del Yeso:

- Se pesan 50 gr. de yeso.

- Se obtiene el peso de la fiola más Alcohol hasta el nivel de 500 cm3, (557 gr.).

- Se registra el Peso de la fiola más Alcohol más yeso hasta 500 cm3 (590 gr.), habiendo extraído previamente el contenido de aire de la muestra de yeso mediante la Bomba de Vacío por un espacio de 15minutos.

- El Peso Específico del yeso será:

yeso = Peso del yeso * Alcohol . Peso del yeso + Peso de fiola con Alcohol – Peso de fiola con Yeso y alcohol

RESULTADOS DEL ENSAYO:

a) Cálculo del Peso Específico el Alcohol:

Alcohol = Peso del recipiente más alcohol – Peso del Recipiente vacíoVolumen del recipiente

Alcohol = 273gr. – 12gr.

326 cm3

Alcohol = 0.80 gr./ cm3

. Peso del yeso . P.e = Peso yeso + Peso fiola con Alcohol (500 cm 3 ) - Peso fiola con yeso y alcohol (500 cm 3)

Alcohol

. 50gr. . P.e = 50gr. + 557gr. – 590gr .

0.80gr/ cm3

P.e = 2.35g r/ cm3

GRADO DE FINURA

Definición:

Es la cantidad de partículas por cada centímetro cuadrado. Se obtiene mediante el uso de los tamices # 16 y # 60.

- Añadir el yeso al depósito con agua espolvoreándolo de modo que no se formen grumos.

- Continuar depositando el yeso en esta forma, hasta que desaparezca el agua en la parte superficial.

- Pesar la mezcla así obtenida (712 gr).

Resultado del Ensayo:

Agua = Peso del depósito con agua - Peso del depósito vacío

Yeso Peso del depósito con agua y yeso - Peso del depósito con agua

A/Y = 372gr- l7Ogr.

712gr-372gr

A/Y = 0.594

TIEMPO DE FRAGUADO

Definición:

Viene a ser el proceso por el cual una masa húmeda, en principio moldeable, se torna rígida y llega a ser impenetrable.

Fundamento teórico:

- El inicio de fraguado está dado por el tiempo transcurrido desde que el yeso se vierte en el agua hasta que los cortes de cuchillo en una galleta hecha de esta muestra ( 9 cm de diámetro x 1 .5cm de espesor) dejen de cerrarse. Se puede determinar también mediante el uso de la aguja de Lee Chatelier.

- El final del fraguado esta dado por el tiempo transcurrido desde que se inicia el vertido del yeso hasta el instante en que deja de escurrir agua ante la presión de la galleta con el dedo pulgar.

Procedirniento:

- Después de obtener la relación agua / yeso óptima y poniendo en marcha el cronómetro desde el tiempo en que se espolvoreó el yeso, se elaboró una galleta de yeso de dimensiones de 9cm de diámetro x 1.5cm de espesor aproximadamente.

- Con una cuchilla se practicaron cortes superficiales al yeso, hasta que éste deje de cerrarse, registrando el tiempo donde ocurre el inicio de fraguado (4.40 mm).

- Seguidamente se presiona con el dedo a la galleta hasta que deje de escurrir agua por el borde del mismo, en este instante debe registrarse la segunda lectura que significará el final del fraguado (16:45mm).

Resultados del Ensayo:

- Inicio de fraguado = 4:40 mm

- Final de fraguado = 16:45mm

3.- PROPIEDADES MECÁNICAS DEL YESO:

PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS

Mediante la relación óptima Agua / Yeso obtenida en los ensayos físicos (0.594 ) y con el uso de un aditivo que retardara el tiempo de fraguado ( para el caso de la práctica se utilizó Bórax en una proporción igual a 1gr por cada 100gr de agua ), se elaboraron 11

probetas de las cuales 5 fueron cilíndricas, para el ensayo de Tracción Inducida, sirviendo como molde un tubo PVC de 2 pulgadas de diámetro por 4 pulgadas de altura, previamente aceitado, y 6 probetas prismáticas elaboradas en moldes de vidrio de dimensiones 4x4x16 cm. previamente aceitados interiormente, para usarlas en los ensayos a Compresión pura y Flexotracción.

Las probetas permanecieron en el horno durante 5 días para su secado, en el transcurso del cual se fueron pesando diariamente hasta que obtengan peso constante en dos medidas consecutivas.

ENSAYO A TRACCION INDUCIDA:

Definición:

Consiste en ubicar en la Máquina Universal a una probeta cilíndrica de dimensiones estándar (2” de diámetro x 4” de altura), en sentido horizontal, la cual soporta una placa metálica cuyo fin es distribuir homogéneamente la carga aplicada a lo largo de su generatriz. La carga aplicada aumenta progresivamente hasta llegar a la ruptura de la muestra.

Se puede calcular la tracción Inducida mediante el cociente de la carga distribuida en el punto de ruptura entre el área resistente.

Fundamento Teórico:

= . P .

A resist.

donde:

A resist. = DL / 2

D = Diámetro promedio.

L = Altura promedio.

= . P .

DL / 2

= . 2P .

DL

Procedimiento:

Las 5 muestras cilíndricas fueron raspadas en una superficie áspera con el objeto de que sus superficies transversales (superior e inferior) sean paralelas.

Se registraron las medidas de 4 diámetros y 4 alturas para cada probeta, hallando luego el diámetro y altura promedio.

Fueron ubicadas en la Máquina Universal, dispuestas horizontalmente y sobre las cuales se situó una barra de madera de forma prismática, la cual distribuía en forma homogénea la carga puntual.

Se registraron las cargas y sus respectivas deformaciones (cada 20 Kg. hasta 500 Kg. y cada 50 Kg. en adelante), que aumentaban hasta el punto de ruptura.

El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a tracción inducida obtenidos, si hubiese datos que se encuentran fuera de ± 15 % del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con los restantes.

Resultados del Ensayo:

ENSAYO A COMPRESIÓN PURA:

Definición:

Consiste en aplicar sobre una probeta prismática de dimensiones estándar (aprox. 4 x 4 x 8 cm.), situada en forma vertical, una carga puntual cuya intensidad aumenta progresivamente hasta el momento en que se produce la ruptura. La Resistencia a Compresión se define como la razón entre la carga que produce la ruptura y el área de la sección transversal de la muestra.

Fundamento Teórico:

Rc= PAmedia

Donde:

Rc = Resistencia a compresión pura

A media = Área promedio

Procedimiento:

Se emplearon 12 muestras prismáticas obtenidas de las probetas utilizadas en el ensayo de flexotracción, de dimensiones aproximadas 4 x 4 x 8 cm.

Las muestras se someten a compresión bajo una carga que aumenta secuencialmente hasta la ruptura.

En cada uno de los ensayos se registra el tiempo de duración, el tipo de fractura que presentaban los especimenes y la deformación correspondiente a cada una de las cargas, dichas cargas fueron registrándose cada 20 kg.

El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a compresión obtenidos, si hubiese datos que se encuentran

fuera de ±

15 % del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con las restantes.

Resultados del Ensayo:

ENSAYO A FLEXION:

Definición:

Consiste en poner una probeta de forma prismática con medidas estándar (4 x 4 x 16 cm.), en forma horizontal sostenida por dos apoyos, a la cual se le aplica una carga Puntual (P) en el centro de la cara superior.

Fundamento Teórico:

R=±− 3PL

2ab2

Donde:

P= Carga Puntual.

L= Luz entre apoyos.

a= Ancho de la muestra

b= Altura de la muestra.

Procedimiento:

Para determinar esta propiedad se elaboran 6 probetas de dimensiones estándar iguales a 4x4x1 6 cm.

Las probetas fueron dispuestas en la Máquina Universal, situadas entre dos apoyos que se distanciaban entre sí una longitud de 12 cm.

Se les aplicó luego una carga Puntual, la cual aumentaba progresivamente hasta el momento en que se produjera la ruptura de la misma.

Se fueron registrando, para cada una de las probetas, el tiempo de duración, las intensidades de la carga y sus deformaciones correspondientes, cada 5 kg. hasta el punto de ruptura. Las fallas, para cada muestra, se fueron también registrando.

El valor más representativo del ensayo es obtenido hallando primero el promedio aritmético de todos los datos a flexiónn obtenidos, si hubiese datos que se encuentran fuera de ±15% del promedio, serán desechados, para luego obtener nuevamente el promedio aritmético con los datos restantes.

Resultados del Ensayo:

1. Habiendo obtenido los resultados de las propiedades físicas y mecánicas de la muestra de yeso en estudio, y para poder evaluar el tipo de yeso con el que se está trabajando, elaboraremos a continuación un cuadro resumen:

Tabla Nº3.1:Propiedades características del yeso

PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDADES MECÁNICAS

Propiedad Valor hallado Propiedad (kg/cm²) X

Prom.

Desv. Estándar

r

Coef. Variación

n

Valor + probable

Grado de finura o molturación MALLA # 16: 0%

MALLA # 60: 19.4%

Resistencia a compresión

31.27 4.15 13.29 32.12

Peso Volumétrica 0.83 Resistencia a flexotracción

10.91 1.94 17.77 10.57

Peso Específico 2.35 Resistencia a tracción inducida

7.63 1.9 24.91 7.33

Relación Agua/Yeso

0.594

Tiempo de Fraguado

INICIAL: 4.40 min. FINAL: 16:45 min.

Las propiedades de cada una de los tipos de yeso, las cuales nos servirán para clasificar a la muestra ensayada se mostrarán a continuación:

CARACTERÍSTICAS

FINURA Retenido en tamíz ESCAYOLA

# 16 0%

# 60 ≤ 12%

CARACTERÍSTICA

RAPIDO LENTO RAPIDO LENTOPrincipio (min) 04_15 02_05 05_15 02_05 05_15

Final (min) < 30 < 15 < 30 < 30 < 30

CARACTERÍSTICA

Flexión (Kg.cm²) ≥ 30Compres. (Kg.cm²) ≥ 75

CARACTERÍSTICA

YESO NEGRO

COLOR No Blanco

YESO BLANCO

Blanco

ESCAYOLA

Blanco

≥ 70≥ 150

YESO BLANCO

≥ 40≥ 100

TIPO DE YESO

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS YESOS SEGÚN "UNE"

TIPO DE YESO

YESO BLANCO

≤ 1%≤ 20%

≤ 8%≤ 35%

YESO NEGRO

ESCAYOLA

FRAGUADO ESCAYOLA

TIPO DE YESO

RESISTENCIAS MECÁNICASYESO

NEGRO

YESO BLANCO YESO NEGRO

TIPO DE YESO

Según los datos anteriores, se puede clasificar a la muestra de yeso como un Yeso Blanco (lento), por tener comunes sus propiedades físicas, presentándose una contradicción en los valores de sus propiedades mecánicas, debido al mal labrado de las probetas.

CONCLUSIONES

La relación agua/yeso obtenida experimentalmente es igual a 0.594, la cuál es aceptable por estar dentro de los límites exigidos (0.55 – 0.65).

Se obtuvieron como valores de las propiedades físicas de la muestra, los siguientes resultados:

Peso Volumétrico: 0.83 gr/cm³

Peso Específico: 2.35 gr/cm³

Grado de Finura:

En la malla # 16 queda retenido el 0% del peso total

En la malla # 60 queda retenido el 19.4% del peso total

Tiempo Fraguado:

Inicial: 4:40 min

Final: 16:45 min

Los valores de las propiedades mecánicas más probables del experimento son las siguientes:

Resistencia de flexión: 10.5733 Kg./cm2

Módulo de Young: 1110.1398 Kg./cm2

Resistencia de Compresión Pura: 32.1179 Kg./cm2

Módulo de Young: 2649.022 Kg./cm2

Resistencia a Tracción Inducida: 7.3334 Kg./cm2

Módulo de Young: 407.5615 Kg./cm2

La diferencia entre los resultados de las propiedades mecánicas se han debido fundamentalmente a la forma poco regular que tenían las probetas por efecto de los moldes, así como la poca precisión de los instrumentos de laboratorio y el error al tomar los datos.

La relación Agua/Yeso varía para cada tipo de yeso, siendo necesario determinar la dosificación adecuada antes de su utilización.

Cada uno de los resultados varía en cada uno de los ensayos, siendo importante por lo tanto realizarlos unas tres veces para poder hallar un valor más probable de cada una de las propiedades.

LA CAL

Fig.3.1: Construcciones donde se ha usado la cal como aglomerante

La cal es un producto natural resultante de la cocción de un calcáreo más o menos puro. En función de la composición química de la roca de origen, se pueden obtener distintas clases de cales pero principalmente dos: la cal aérea y la cal hidráulica.

La producción de cal en hornos es una vieja tecnología con más de 2000 años de antigüedad, se cree que fue desarrollada por los romanos alrededor del 300 A.C. El proceso de cocción de la piedra caliza a temperaturas superiores a los 900°C para producir cal viva, que luego es apagada con agua para producir cal hidratada, es desde entonces una práctica tradicional en la mayoría de los países, la cal es uno los materiales

más versátiles, empleado en numerosos procesos agrícolas e industriales, para la protección ambiental y construcción de edificaciones.

3.7. TRATAMIENTO DE LA CALIZA PARA EXTRAER LA CAL

Conforme a un plano de tiro preciso, se colocan los barrenos en el frente de talla. Éstos provocan el derribo de una cantidad determinada de rocas calcáreas.

Las piedras son transportadas hacia la estación de tratamiento para ser machacadas y seguidamente calibradas en el tamiz. Después son transportadas en un almacén que permite una homogeneización perfecta da la caliza.

Las reacciones químicas en la cocción de la cal son:

Reacción 1 (900°C, dependiendo del tipo de piedra caliza)

CaCO3 Calor CaO CO2

Carbonato de Calcio Oxido de Calcio Dióxido de Carbono

Piedra Caliza Cal Viva

Tiza Cal en terrón

Coral/Conchas

o

Reacción 2 (a aproximadamente 750°C):

CaMg(CO3)2 Calor CaCO3 MgO+CO2

Piedra Caliza Dolomítica Carbonato de Calcio Oxido de Magnesio

después de la Reacción 1 (a aproximadamente 1100°C)

Materias Primas

El proceso químico de cocción de la cal muestra que el principal constituyente en la materia prima (piedra caliza) necesariamente es el carbonato de calcio (CaCO3) La

piedra caliza puede tener un contenido de CaCO3 mayor del 98% (como en la tiza y en diversos tipos de conchas y corales) o tan bajo como 54% (en la dolomita mineral pura).

Cada tipo de piedra caliza produce una calidad diferente de cal, dependiendo del tipo y cantidad de impurezas. Las formas más puras de cal son para usos industriales y químicos, mientras que las impurezas son deseables en cales empleadas para edificaciones y carreteras. Las piedras calizas, llamadas «karkar» en la India, que contienen de 5 a 25% de arcilla pueden producir una cal hidráulica, que como el cemento, se endurece ante la presencia de agua.

El subproducto lodo de cal es moldeado en ladrillos o briquetas antes del cocido en hornos.

La presencia de impurezas en las piedras calizas influyen en su comportamiento durante la cocción, de modo que el diseño del horno y la elección de combustible dependen en gran parte de la materia prima y del tipo del producto final requerido. Por ello es esencial la asesoría de expertos en la etapa inicial, para obtener resultados satisfactorios tanto para el productor de cal como para el consumidor.

La preparación de la materia prima es extremadamente importante ya que debería emplearse un solo tamaño de piedra (el tamaño del puño de un hombre), para facilitar un flujo del gas uniforme y un horneado parejo. Es importante realizar pruebas de horneado en pequeña escala para estudiar el comportamiento de la materia prima y la calidad de cal que ésta produce, y también para asegurarse que los terrones no se rompan antes que salgan del horno.

Fig.Nº3.2: HORNO PARA PRUEBAS DE HORNEADO EN PEQUEÑA ESCALA

Combustibles

La madera y el carbón de piedra son los combustibles tradicionales más comunes. La cocción con madera produce algunas de las cales de mejor calidad, ya que éstas se

hornean con llamas largas y uniformes que generan vapor (por el contenido de humedad de la madera), lo cual ayuda a disminuir la temperatura necesaria para la disociación (separación del CO2 de los carbonatos), reduciendo así el peligro de cocción excesiva.

La madera debe ser secada y cortada en piezas relativamente pequeñas. El abastecimiento de madera debería estar cercana al horno para evitar altos costos de transporte. Para la producción de cada tonelada de cal hidratada se necesita aproximadamente. 2 m3 de madera. Esto es un problema, en vista de la rápida depredación de las fuentes de madera, pero una posible solución es fomentar plantaciones de madera combustible.

El carbón de leña da una eficiencia mayor, pero la cal producida no es tan buena como la horneada con madera.

El carbón de piedra con un alto contenido de carbón produce una buena cal y puede ser un combustible económico incluso en hornos pequeños. El coke es preferible debido a su bajo contenido volátil (hidrocarburos que se puedan evaporar), pero es difícil de prender y, por lo tanto, a menudo es mezclado con carbón de piedra.

Los combustibles líquidos y gaseosos, aunque más caros, son más fáciles de manipular que los combustibles sólidos, y se queman sin producir cenizas que contaminen la cal.

Los tipos principales son los aceites combustibles pesados, a menudo mezclados con aceite usados en motores. El combustible es vaporizado, mezclado con aire y prendido en cámaras ubicadas alrededor del horno, produciendo llamas grandes antes de hacer contacto con la piedra caliza.

Los gases de petróleo licuados, principalmente propano (C3H8) y butano (C4H10), son otros combustibles líquidos empleados. Igualmente se emplea el gas natural, como el metano (CH4), y el gas producido, hecho de madera, material vegetal o carbón de piedra.

Si se emplean aceites o gases, los hornos necesariamente deberán ser más sofisticados que los empleados con combustibles sólidos.

Los posibles combustibles alternativos son la turba, los esquistos y la biomasa, derivados de materiales vegetales incluyendo residuos forestales y agrícolas. Pueden emplearse de diferentes maneras.

La energía solar y eólica son poco probable de emplearse en un futuro cercano.

Diseño y Funcionamiento del Horno

Un horno de cal es una construcción en la cual la piedra caliza es calentada a una temperatura tal que libere el CO2, convirtiendo la piedra en cal viva. El calor es proporcionado por combustibles adecuados que pueden ser colocados en capas entre la piedra caliza o mezclados con ésta. Los combustibles gaseosos o líquidos son inyectados por los lados del horno o quemados en cámaras adyacentes, desde las cuales los gases calientes ingresan al horno.

Es necesario un control cuidadoso para mantener la temperatura correcta el tiempo suficiente como para quemar completamente la piedra. La piedra caliza subhorneada no se hidratará, mientras que el material sobrehorneado es muy duro y denso para apagarse, o se hidrata muy lentamente.

Como la variedad de tipos de horno es muy amplia, aquí sólo los describiremos en términos generales. Los más sofisticados (ejem. hornos con lechos fluidos y rotatorios) no serán tratados, aunque en ciertas situaciones su empleo pueda ser valioso de tomar en cuenta.

Los hornos intermitentes o por lotes generalmente son empleados en lugares remotos, en donde no se necesita un abastecimiento continuo (ejem. pequeños proyectos de vivienda o construcción de carreteras). Son cargados con piedra caliza y encendidos hasta que toda las piedra ha sido cocida. Luego de enfriar, se extrae la cal viva, se vuelve a cargar con piedra caliza y nuevamente se enciende el horno. La eficiencia del combustible naturalmente es muy baja, ya que las paredes del horno tienen que ser recalentadas cada vez que se enciende un nuevo lote. Por otro lado, necesita muy poca atención durante el quemado. El combustible se quema debajo de la piedra caliza (en hornos de llama o de tiro de aire superior) o dentro del lote completo (en hornos de alimentación combinada).

Los hornos de eje vertical son disonados principalmente para producción continua: la piedra, alimentada por la parte superior, cae gradualmente en la zona de cocción, luego en la zona de enfriamiento, y finalmente es extraída por abajo, dejando sitio para la siguiente carga, y así sucesivamente. La capa superior es precalentada por los gases de evacuación y el aire que ingresa por dedujo es precalentado por la cal viva en enfriamiento, obteniendo así, el máximo uso del calor disponible.

Las principales características del diseño y consideraciones del funcionamiento respecto a los hornos de alimentación combinada y eje vertical son:

Cimientos y base del horno: construido sobre un terreno firme y con las dimensiones adecuadas para soportar al fuste y al contenido del horno; es necesaria la asesoría de un ingeniero.

Forma y dimensiones del fuste: el área de la sección transversal está relacionada a la producción deseada (regla del pulgar: 1 m2 produce aproximadamente. 2.5 toneladas por día); una planta circular proporciona una mejor distribución del calor; la relación entre altura y diámetro debe ser al menos de 6:1 para un flujo de gas óptimo; la altura debe estar relacionada al tipo de piedra caliza, ya que las piedras suaves tienden a molerse bajo la presión, restringiendo así el flujo del gas (los hornos para tiza blanda no deben exceder de 5 mt. de alto); los fustes que se adelgazan hacia la parte superior (a un ángulo aproximadamente. de 3°C) minimizan las «piezas colgantes» (piedras que se adhieren a los lados y forman arcos).

Paredes estructurales: deben soportar la presión lateral de la piedra caliza (proporcionando un mayor grosor de la pared en la base, o contrafuertes, o mediante bandas de tracción de acero a intervalos de 80 cm., tal como los desarrollados por la Khadi and Village Industries Commission, Bombay); deben resistir el agrietamiento que podrían ocasionar la expansión del calor (empleando pequeños ladrillos en lugar de bloques grandes, y mortero de arena y cal en juntas angostas); espesor de la pared de

50 cm. como mínimo para un buen comportamiento térmico; material resistente a los agentes atmosféricos (piedra natural o ladrillos bien cocidos) al menos para las hiladas del muro superior.

Revestimiento: espesor de 22 cm como mínimo, en la parte superior del horno, resistente a la erosión (ejem. piedra dura o ladrillos azules especiales); en la zona de cocción y debajo, resistente al calor y a la acción química (ladrillos refractarios duros, de textura fina colocados con juntas muy finas de mortero de arcilla cocida).

Aislamiento: usualmente de 5 a 10 cm. de espesor, entre la pared y el revestimiento para retener el calor en el horno, especialmente alrededor de la zona de calcinación; hay diferentes aislantes (ejem. vacíos de aire, ceniza de cascara de arroz u otra puzolana, árido ligero, lana mineral).

Fig.Nº3.3: GASES DE EVACUACIÓN

Aberturas: en la parte superior para la alimentación, preferiblemente con tapa, si hay una chimenea más allá de abertura; en la parte inferior para que el aire fluya hacia adentro y para retirar la cal viva enfriada, por lo que con una abertura simple en el centro (de tipo hacia adentro) el control del tiro de aire es más fácil que con dos o más aberturas (de tipo hacia afuera); alrededor del horno a diferentes niveles como orificios

para atizar e inspeccionar, usualmente del tamaño de un ladrillo (el cual es empleado para cerrar), para aflojar regularmente los terrones de caliza amontonados y para controlar la temperatura dentro del horno.

Chimenea: entre 2.5 y 6 m. de altura, para mejorar el tiro de aire y proporcionar así suficiente oxigeno para la combustión, para enfriar la cal viva, y para alejar los gases de evacuación de los operarios que cargan el horno.

Fig.Nº3.4:Aberturas de descarga alternativas para hornos de eje vertical

Fig..5: Enrrejado para abertura de descarga de tipo hacia afuera/vertical

Fig.Nº3.6: Enrrejado para abertura de descarga de tipo hacia adentro

Hidratación

El tipo de cal empleado para construcciones y otros numerosos procesos es la cal hidratada o apagada. Esta es obtenido añadiendo vapor o apara caliente a la cal viva. Las cales vivas puras reaccionan vigorosamente desprendiendo calor considerable, mientras que las cales impuras se hidratan lentamente, o solo después que los terrones son triturados.

Reacción 3:

CaO H2O Ca(OH)2 Calor

Oxido de Calcio Agua Hidróxido de Calcio

Comúnmente se producen tres formas de cal hidratada:

a. Hidrato seco, un polvo fino seco formado añadiendo agua suficiente para apagar la cal, que es secada por el calor generado;

b. Lechada de cal, hecha de cal viva apagada con agua en exceso y agitándola bien, formando una suspensión lechosa;

c. Pasta de cal, una masa viscosa formada por el asentamiento de los sólidos de la lechada de cal.

La forma más común es el hidrato seco, que es muy adecuado para almacenar en silos o bolsas herméticas, y fáciles de transportar. La pasta de cal, que es un excelente material de construcción, puede ser guardada indefinidamente bajo condiciones húmedas. La lechada de cal generalmente es producida conjuntamente con otras industrias de procesamientos.

En pequeñas fabricas de cal, el apagado usualmente se realiza a mano, sobre plataformas para producir un hidrato seco o tanques pocos profundos para hacer pasta de cal.

Aunque la hidratación de la cal viva es un proceso simple, debe realizarse con especial cuidado, por ejemplo, ver que toda la cal viva esté completamente apagada. Las piezas que se hidratan muy lentamente y que no se detectan, pueden causar serios problemas posteriormente.

Si el agua es añadida muy lentamente, la temperatura de la cal puede incrementarse demasiado rápido, formando un compuesto arenoso blanco inactivo (cal de «agua quemada»). Si el agua es añadida muy rápidamente, puede formarse una capa de hidróxido, evitando una mayor hidratación (cal «ahogada»).

El Central Building Research Institute de la India desarrollo una pequeña planta de hidratación, que requiere muy poco espacio y elimina muchos de los problemas de hidratación produciendo calidades uniformes de hidrato seco en un tiempo relativamente corto.

3.8. ORGANIZACIÓN DE LA OBRA

Figura Nº: 3.7

La localización y distribución de un taller de producción de cal son factores vitales que influyen en la economía y la calidad de la producción de cal. La ilustración (de la Bibl. 06.08) muestra una organización de obra adecuada en la cual la distancia entre las operaciones sucesivas son relativamente cortas.

Fig.Nº:3.8: ORGANIZACIÓN DE LA OBRA

Aplicaciones

La cal es empleada como un estabilizador en las construcciones de tierra con suelos arcillosos, porque la cal reacciona con la arcilla formando un aglomerante.

La cal es mezclada con una puzolana (ceniza de cascara de arroz, ceniza volátil, residuos de alto horno, etc.) para producir un aglomerante hidráulico, que puede sustituir parcial o totalmente al cemento, dependiendo del comportamiento requerido.

La cal hidráulica (hecha de piedra caliza rica en arcilla) puede ser empleada sin puzolana.

La cal no hidráulica (hidróxido de calcio puro) también es empleada como un aglomerante en enlucidos. Se endurece al reaccionar con el dióxido de carbono en el aire para retornar a piedra caliza (carbonato de calcio). Este proceso puede tomar hasta 3 años dependiendo de las condiciones climáticas.

La cal es usada en morteros de cemento para hacerlo más laborable.

La lechada de cal (leche de cal diluida) es empleado como pintura de paredes internas y externas.

Ventajas

La cal es producida con menos consumo de energía que el cemento, haciéndolo más barato y ambientalmente mas aceptable.

En morteros y trabajos de enlucido, la cal es muy superior al cemento portland, proporcionando superficies suaves con una mayor probabilidad a deformarse que a agrietarse y ayudan a controlar los movimientos de humedad y la condensación.

Como la resistencia generada por el cemento portland no siempre es necesaria (y a veces incluso puede ser peligrosa), el aglomerante puzolana - cal proporciona un sustituto más barato y estructuralmente mas adecuado, conservando así el cemento para usos más importantes.

La lechada de cal no sólo son pinturas mas baratas sino que también actúan como un germicida suave.

Problemas

La estabilización de suelo con cal requiere más de dos veces el tiempo de curado necesario para el suelo estabilizado con cemento.

Si la cal viva es guardada en condiciones húmedas (incluso con aire húmedo), se hidratará.

La cal hidratada, guardada por mucho tiempo, reacciona gradualmente con el dióxido de carbono en el aire y se vuelve inservible.

El hinchamiento de la cal (hidratación de los nódulos de cal viva restantes) puede tener lugar mucho tiempo después de que el componente se haya secado, causando ampollas, grietas y superficies feas.

La lechada de cal ordinarios tardan en endurecerse, y son fáciles de retirar frotándolos.

La cocción tradicional de la cal en hornos intermitentes desperdician mucho combustible (generalmente leña) y a menudo producen cales no uniformes, de baja calidad (sobre o subcocidas).

El valor de la cal esta muy subestimado, especialmente desde que el cemento portland se ha convertido en una clase de aglomerante «milagroso» en casi todas partes.

Soluciones

El tiempo para el curado de suelos estabilizados con cal puede reducirse empleando cales hidráulicas o añadiendo una puzolana a las cales no hidráulicas.

La cal viva tiene que ser hidratada antes de emplearse en obras de construcción, por ello esto debe hacerse tan pronto como sale del horno, ya que la cal hidratada es mucho más fácil de guardar y transportar.

Para evitar un rápido deterioro de la cal hidratada seca, debe ser guardada en bolsas herméticas.

Es ventajoso guardar la cal en forma de pasta. Esto puede hacerse indefinidamente, ya que la calidad de la pasta de cal mejora mientras mas tiempo esta guardada. Con este método, son apagadas incluso las partículas de cal viva de más lenta hidratación, evitando así el hinchamiento de la cal en una etapa posterior.

Debe haber una mayor difusión de información y asesoría a los productores locales de cal para que construyan hornos de cal más eficientes (en términos de consumo de combustible y producción de cal).

Se necesitan esfuerzos similares para reivindicar la cal como uno de los materiales de construcción más importantes.

La cal es uno de los materiales de construcción más antiguos ya que la más remota utilización de la cal de que se tiene noticia cierta es de unos 4000 años antes de Jesucristo en el revestimiento de las pirámides de Egipto.

Se sabe que en la Muralla China se empleó ampliamente el mortero de cal.

Conoció el pueblo romano con más perfección el proceso de fabricación. Vitrubio estableció especificaciones para el uso de la cal en morteros, en enlucidos y en carreteras, en base a las cuales se construyó la Vía Apia.

La mayor contribución de los romanos a la tecnología de la cal fue la adición a la cal viva de cenizas volcánicas ricas en sílice, con lo cual se obtenía un material que fraguaba bajo el agua a diferencia de la cal viva sin ninguna adición, que no fraguaba más que al aire.

Durante siglos se ha considerado como caliza impura, inadecuada para la fabricación de cal, la que contenía arcilla, hasta que en el siglo XVIII, en Inglaterra, se comprobó que con esta caliza se obtenía una cal de mayor calidad.

Vicat, en la segunda década del siglo XIX, definió la teoría de la hidraulicidad afirmando que, cuando la caliza contiene una cierta proporción de arcilla íntimamente mezclada, da lugar, por cocción, a una cal hidráulica. Incluso llegó a fabricar una cal hidráulica artificial mezclando la arcilla y la caliza y cociendo después dicha mezcla.

Por modificaciones y mejoras sucesivas del experimento de Vicat, se llegó al cemento Portland. Este destronó a la cal hidráulica, adquiriendo rápidamente la hegemonía que hoy tiene en el campo de los conglomerantes.

3.9. NATURALEZA DE LAS CALES:

Se llama cal a todo producto, sea cual fuere su composición y aspecto físico, que proceda de la calcinación de piedras calizas. Después del proceso de calcinación hay que proceder a la extinción o apagado del producto anhidro, con lo cual se obtiene un material hidratado en forma de pulverulenta o pastosa, según la cantidad de agua añadida.

Con una calcinación hasta unos 900-1000ºC se verifica:

CO3Ca + calor CO2 + CaO

Es decir, se descompone el carbonato cálcico en óxido de calcio y en anhídrico carbónico, desprendiéndose éste con los productos de la combustión.

Durante el apagado se verifica:

CaO + H2O Ca(OH)2

O, lo que es lo mismo, se forma el hidróxido cálcico, el cual, al ser puesto en obra, se recarbonata, según la reacción:

Ca(OH)2 + CO2 CO3Ca + H2O

Al absorber el anhídrico carbónico de la atmósfera.

Cuando la piedra caliza de la que se parte contiene como impurezas sílice o alúmina y se calcina a temperatura de unos 1200ºC, se disocia el carbonato dando óxido de calcio y anhídrico carbónico, reaccionando, entonces, el óxido de calcio con los componentes arcillosos de la piedra.

Se forma así una cal hidráulica, denominación que proviene de fraguar en ambiente húmedo e, incluso, bajo el agua. Las propiedades hidráulicas del material obtenido son atribuidas a los silicatos, aluminatos y ferritos formados.

Como consecuencia de las variaciones de composición de la roca de partida pueden obtenerse una serie de cales, que varían desde las cales muy puras; altamente cálcicas, hasta altamente hidráulicas, con contenidos de óxido de calcio de un 50% y aún menos.

El carbonato cálcico se obtiene de:

Caliza CaCO3

Dolomía CaMgCO3

Nomenclatura:

Existen dos tipos fundamentales de cales:

Cal aérea:

La cal aérea es el producto de la calcinación de una roca compuesta en su mayoría de carbonato de calcio: la caliza. Contiene muy pocas impurezas. Sus empleos son muy diversos. Utilizada en mortero, se fragua o hace su carbonatación en contacto con el aire en un periodo prolongado.

De la calcinación se obtiene la cal viva, la cual está compuesta de:

Óxido de calcio.Cuando se presenta en terrones, recibe el nombre de cal en terrones.

Cal apagada: Al añadir agua a la cal viva.

Compuesta por hidróxido de calcio.

Cal en polvo: Cuando el agua añadida ha sido la indispensable para formar el hidróxido.Es un producto polvoriento.

Cal en pasta: Si una vez formada la cal en polvo se sigue añadiendo agua.

Cal grasa: Cuando la cal aérea tiene como máximo un 5% de óxido magnésico.

Cal dolomítica, gris, árida o magra: Cuando la cal aérea contiene más de un 5% de óxido de magnesio.

Cal hidráulica

La cal hidráulica natural pura se obtiene por calcinación de una roca esencialmente compuesta de carbonato de calcio (la caliza) y elementos que, durante la cocción, se transforman en silicatos y aluminatos de calcio.

Cuando la cal se utiliza de mortero, estos elementos, en cantidad suficiente, le confieren, en un primer momento, un fraguado llamado hidráulico. Reacciona al contacto del agua; mientras que la caliza, transformada en cal aérea, empieza su fraguado o carbonatación en contacto con el aire ambiente.

La cal hidráulica natural pura puede formar parte de la composición de los aglutinantes. Les confiere propiedades adicionales, especialmente apreciadas por los profesionales de la construcción.

Obtenido al calcinar calizas que contienen sílice y alúmina, a temperatura casi de fusión para que:Se forme el óxido de calcio libre necesario para permitir su hidratación.

Deje cierta cantidad de silicatos de calcio deshidratados que dan al material sus propiedades hidráulicas.

De alto contenido en magnesia:Contenido en óxido de magnesio mayor del 5%.

De bajo contenido en magnesia:Contenido en óxido de magnesio menor del 5%.

Fabricación de la cal:

Elección de materias primas:

Caliza: Cuando es pura está constituida por carbonato cálcico, con:56 partes de CaO.

44 partes de CO2.Al calcinar la caliza pura se obtiene:56% de cal.

Es raro encontrar calizas puras pues contiene impurezas, que pueden ser:

Arcillosas: con esta impureza, la cal es adecuada para la fabricación de caliza hidráulica. Según el porcentaje de arcilla hay:

Caliza margosa: menos del 15%.

Marga: entre el 15 y el 30%.

Marga arcillosa: entre el 30y el 75%.

Es frecuente que parte de la cal contenida en la caliza se encuentra en forma de magnesia (MgO).

El origen formativo de la caliza puede ser:Químico: producidas por evaporación del agua o por descomposición del bicarbonato cálcico.

Mecánico: producida por sedimentación del carbonato cálcico.

Orgánico: formadas por conchas de moluscos consolidadas por cemento de tipo calcáreo.

Explotación de canteras:

No responde a una ley general, cada explotación necesitará un estudio detallado y determinado. En general:

Cerciorarse de la calidad de la materia prima.

Sondeos.

Pueden ser explotaciones en galería o a cielo abierto.

Arranque mediante explosivos.

En las explosiones se obtienen grandes bloques que han de ser reducir de tamaño, esto se hace mediante taqueo.

El transporte de cantera a fábrica mediante: Carro, Camión, Vagoneta, Plano inclinado, Tranvía aéreo.

Trituración previa: Machacadora. Molino.

Calcinación:

El calor comunicado a la caliza para su transformación en cal es aprovechado para evaporar el agua de cantera, elevar la temperatura de la caliza hasta el punto crítico de descomposición del carbonato y en producir esta descomposición.

La temperatura de disociación de un carbonato cálcico puro, a presión atmosférica, es de 898ºC.La temperatura de disociación del carbonato magnésico es del orden de 750ºC.Cuanto más próxima sea la temperatura a la mínima requerida durante la producción de la cal, ésta será de mayor calidad.La temperatura más corriente de cocción de la cal aérea es de 1050-1100ºC.La temperatura más corriente de cocción de la cal hidráulica es del orden de 1200ºC.

Tipos de hornos:

Intermitentes: se subdividen en:

Rudimentarios:La calidad de la cal obtenida es mala.

De cuba: Hechos de mampostería.Cámara cilíndrica.En su interior, un forro de ladrillo refractario.Cámara de combustión llamada larga.La cocción dura 5 días.Anticuado y de

baja producción.

Continuos:

Verticales: Cilindro de acero o albañilería forrado interiormente de material refractario.

Quemadores periféricos que inyectan en el horno gases calientes.Consumo de 150kg de combustible por tonelada de producción.Existe una relación entre el diámetro de los bloques de caliza y el diámetro del combustible.Requiere mano de obra considerable y costosa.Poca calidad del producto.

Rotatorios:

Para grandes producciones.Cilindros de acero apoyados en anillos también de acero que ruedan sobre rodillos del mismo material.La velocidad de gira es lenta.Todo el tubo está revestido de ladrillo refractario.Se obtiene una gran producción y un material uniforme de gran calidad.

Apagado de la cal:

Consideraciones previas:El óxido de calcio se combina con el agua dando lugar al hidróxido cálcico, desprendimiento de calor y provocando un aumento de volumen. La reacción viene definida por la fórmula:

CaO + H2O Ca(OH)2

56 partes de cal + 18 partes de agua producen 74 partes de cal apagada.

La velocidad de hidratación depende de los siguientes factores:

De las cantidades físicas de la cal viva: La reacción de hidratación tiene lugar entre un fluido y un sólido, por esto sólo se realizará en la superficie expuesta de éste, y es claro que la cal finamente dividida o en terrones muy porosos presentará una gran superficie a la acción del agua y se hidratará rápidamente.

De la composición química de la cal viva: Cuanto más pura sea la cal viva, mayor será la velocidad de hidratación.De la temperatura de cocción de la caliza:La cal producida es muy irregular, dentro de un mismo terrón hay:Zonas poco cocidas.Zonas bien cocidas.Zonas sobrecocidas.Cada zona tendrá una velocidad de hidratación diferente.

Dependiendo de la velocidad de la reacción es la forma obtenida de hidróxido cálcico: cuando:

La reacción es lenta se forma un hidróxido cálcico cristalino.

La reacción es rápida se forma un hidróxido cálcico coloidal (la forma coloidal proporciona mayor plasticidad).

El apagado se realiza humedeciendo la cal hidráulica con suficiente cantidad de agua, apilándola en montones y cubriendo éstos con arena para conservar la temperatura, ya que ésta tiene un papel importante en la hidratación.

Sistemas de apagado:

Al aire: La cal viva expuesta al aire absorbe la humedad de éste y llega a apagarse, pulverizándose por efecto del aumento de volumen.

El proceso es lento y tiene el inconveniente de que, tras el apagado, se produce el proceso de recarbonización por reacción con el CO2 del ambiente, perdiendo sus propiedades conglomerantes.

Se utiliza este sistema cuando se trata de conservar por algún tiempo la cal antes de utilizarla.

Por aspersión: La cal viva dispuesta en capas se riega con agua y se reduce a polvo por sí misma.Si se va a usar rápidamente se envasa.Si se va a almacenar se cubre de arena.

Por fusión: Consiste en añadir agua a la cal viva en un estanque.

Se utiliza cuando se apaga la cal en obra en el momento de la utilización, el recipiente de apagado es un hoyo practicado en el montón de arena preparado para hacer el mortero correspondiente.Por este sistema se obtiene la cal apagada en pasta.La cantidad de agua es determinada, de lo contrario puede producirse:

Cocción: por adición insuficiente de agua de forma que algunas partes de la cal han recibido poca agua produciéndose una elevación de temperatura grande.

Inundación: excesiva cantidad de agua que retarda la hidratación por mantener la temperatura demasiado baja.

En autoclaves:

La cal apagada en autoclave presenta una plasticidad mucho mayor que la apagada a presión atmosférica, por lo que es muchísimo más fácil de extender con la llana con lo que el rendimiento, en operaciones de acabado de enlucidos, aumenta considerablemente.

En hidratadores mecánicos: Se obtiene un material de calidad.El mayor éxito de estos aparatos estriba en ser alimentados con una cal uniforme. Sólo así pueden dar un producto de calidad constante.Sea cual sea el procedimiento de apagado, debe saberse que la cal apagada no debe utilizarse inmediatamente sino que hay que contar un plazo de 4 a 5 semanas de almacenaje sin contacto con el aire para que:Conseguir la perfecta y total hidratación.Evitar expansiones retardadas.Cribado, almacenaje y expedición:La cal viva no puede almacenarse durante mucho tiempo porque se apaga fácilmente al aire. Se envasa en sacos o recipientes lo más impermeables y herméticos posible.Las cales hidráulicas se someten a cernido tras el apagado.

Flor de cal:

La cal que pasa por el tamiz.

Grappiers: Residuo que queda en el tamiz, son gránulos sobrecocidos.

Cemento de grappier: Se muelen los grappiers y se añaden a la flor de cal para obtenerlo.Presenta unas características hidráulicas y mecánicas mejores que las de la cal hidráulica.La cal hidráulica requiere para su conservación:Conservación en almacenes muy secos.Sin contacto alguno con el aire.Envasado en sacos de papel crafft.

Ciclo de la cal para la cal aérea:

Cocción CaCO3 (calor) CaO + CO2

Se obtiene cal en terrones (cal viva)

Apagado CaO + H2O Ca(OH)2 + 15100calorias (120ºC)

Se obtiene cal en polvo o en pasta si sobra agua

Fraguado Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

(Se evapora poco a poco puesta en obra hasta obtener un material rígido)

Clasificación de las cales:

Cales aéreas:

Según las normas españolas se clasifican en:

Cal aérea I:

CaO + MgO (90% mínimo).

CO2 (5 máximo).

Se utiliza en: Revocos, blanqueos, acabados, morteros de albañilería.

Cal aérea II: CaO + MgO (60% mínimo).

CO2 (5% máximo).

Se utiliza en:Trabajos toscos.Morteros para sentar fábricas.

<5% MgO se llama cal grasa.

>5% MgO se llama cal magra.

Cales hidráulicas:

Se atiende a sus características de hidraulicidad, en España, se definen tres tipos:

Cal hidráulica I.

SiO2 + Al2O3 + Fe2O (20% mínimo).

CO2 (5% máximo).

Cal hidráulica II.

SiO2 + Al2O3 + Fe2O (15% mínimo).

CO2 (5% máximo).

Cal hidráulica III.

SiO2 + Al2O3 + Fe2O (10% mínimo).

CO2 (5% máximo).

Según la norma UNE/ENV 459-1996

Cal de alto contenido en calcio CL. Varios tipos:

CL 70: 70% mínimo de CaO + MgO <5% de MgO

Componentes: CaO y Ca(OH)2

CL 80: 80% mínimo de CaO + MgO <5% de MgO

Componentes: CaO y Ca(OH)2

CL 90: 90% mínimo de CaO + MgO <5% de MgO

Componentes: CaO y Ca(OH)2

Dolomía calcinada DL: varios tipos:

DL 80: 80% mínimo de CaO + MgO >5% MgO

Componentes: MgO, Mg(OH)2, CaO y Ca(OH)2

DL 85: 85% mínimo de CaO + MgO >30% MgO

Componentes: MgO, Mg(OH)2 , CaO, Ca(OH)2

Cal hidráulica HL: varios tipos:

HL 2: 2 Mpa o Newton/mm2, resistencia mínima a compresión a los 28 días.

Componentes: SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , CaO , Ca(OH)2 , MgO , Mg(OH)2

HL 3.5: 3.5 Mpa o Newton/mm2, resistencia mínima a compresión a los 28 días.

Componentes: SiO2 , Al2O3 ,Fe2O3 , CaO , Ca(OH)2 , MgO, Mg(OH)2

HL 5: 5 Mpa o Newton/mm2, resistencia mínima a compresión a los 28 días.

Componentes: SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , CaO , Ca(OH)2 , MgO , Mg(OH)2

3.10. PROPIEDADES DE LAS CALES:

Densidades:

Densidad de conjunto de cal aérea: 0.4 Kg/dm3.

Densidad de conjunto de cal hidráulica: 0,5-0,9 Kg/dm3.

Densidad real de cal aérea: 2,25 Kg/dm3.

Densidad real de cal hidráulica: 2,5-3 Kg/dm3.

CL: 0.9-0.6

DL: 0.4-0.6

HL: 0.4-1.0

Hidraulicidad:

Índice de hidraulicidad= (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 [arcilla] / CaO + MgO [caliza]). (tanto por ciento, peso, de los distintos componentes, antes de la cocción).

Mide la hidraulicidad, es el cociente entre componentes ácidos y básicos.

Módulo de la hidraulicidad: 1/Ih

Índice de hidraulicidad:

<0.10 para la cal aérea.

0.10<I<0.50 para la cal hidráulica.

0.50<I<0.65 para cemento lento.

0.65<I<1.20 para cemento rápido.

De menor a mayor índice de hidraulicidad:

Cal aérea.

Cal débilmente hidráulica

Cal medianamente hidráulica.

Cal hidráulica normal.

Cal eminentemente hidráulica.

Finura de molido:

Fraguado:Es un proceso químico.Consiste en la evaporación del exceso de agua empleado en amasar la pasta seguida de una sustitución del agua por el CO2 de la atmósfera, pasando de nuevo del hidróxido al carbonato cálcico, cerrando de esta manera el ciclo.

Plasticidad: Facilidad con que una masa de cal se extiende con la llana. Es frecuente la adición de cal a los morteros de cemento, los cuales adquieren así una mayor untuosidad facilitando su puesta en obra.

Rendimiento: Viene expresado por el volumen de pasta de una consistencia determinada obtenida con la unidad de peso de cal viva.

Estabilidad de volumen: Una vez apagada la cal hay que reposarla durante cinco semanas para asegurar el apagado, se produce: un aumento de volumen del 250-300%. A veces, la presenta una expansión más o menos grande después del fraguado, ésta se manifiesta meses después de realizada la obra. Se acusa en la aparición de grietas horizontales del enlucido coincidentes con las juntas de los ladrillos.

Se mide mediante la aguja de Le Chatelier.

Dos causas: Existencia de cal libre sin hidratar, al apagarse después de puesta en obra aumenta de volumen.

Magnesia sin hidratar, la hidratación de este óxido es muy lenta y si no se toman precauciones, puede hidratarse, con la consiguiente expansión, meses después de colocada en la obra.

Los procesos de fraguado y endurecimiento de la cal van siempre acompañados de una retracción, contracción de volumen que es debida a la pérdida de agua.

Resistencias mecánicas:

Las cales aéreas no dan altas resistencias a compresión. Las cales hidráulicas no dan altas resistencias a compresión. Existe otro valor de resistencia a la compresión a los 7 días con unos valores máximos para la cal hidráulica, valor máximo porque:

Demasiada resistencia mecánica lleva a una menor trabajabilidad.

Tiempo de fraguado:

Principio de fraguado: HL>1 hora.

Final de fraguado: HL <15 horas.

Ensayo de las cales:

Análisis químico: Determinación de la pérdida al fuego. Anhídrico carbónico. Agua total. Anhídrico silícico y residuo insoluble. Óxidos de aluminio y hierro. Óxido férrico. Óxido cálcico. Óxido magnésico. Anhídrico sulfúrico.

Ensayos físicos y mecánicos:

Expansión.

Resistencia a la tracción.

Resistencia a compresión.

Usos de las cales: Tiene un amplio campo de utilización en muchos ámbitos, los más importantes en construcción son el darle trabajabilidad a los morteros y para el esgrafiado, nos centraremos en los usos de la cal en la construcción:

Morteros: Unión de agua+ conglomerante +árido fino(si es grueso se forma hormigón)

1-2 parte de cal-parte de arena

1-3 parte de cal-parte de arena

De Cal:

Mediante adición de arena.

Tanto la cal aérea como hidráulica.

El mortero está destinado a unir una serie de elementos pequeños para constituir una unidad de obra con características propias.

El mortero ha de reunir una serie de características: Debe poder ser manejado con facilidad. Capacidad de retener agua para evitar que ésta sea absorbida por los ladrillos. Esta propiedad tiene especial importancia cuando se trata de morteros bastardos de cal y cemento puesto que disminuye el riesgo de que el mortero se quede sin el agua necesaria para su fraguado. Debe tener suficiente resistencia para soportar las cargas que han de actuar sobre el muro y debe desarrollarla relativamente deprisa, para conseguirle se le añade cemento.

La resistencia del mortero no debe ser mayor que la de las piedras o ladrillos que ha de unir. La adherencia entre el mortero y las piezas que une debe ser buena para evitar la penetración de la lluvia.

Bastardo:

1(cemento)-1(cal)-6(arena)

1(cemento)-2(cal)-8(arena)

Enlucidos: Las obras deben ponerse en funcionamiento lo más pronto posible después de su terminación ya que, de lo contrario, supone unas inmovilizaciones de capital que pueden tener efectos económicos desfavorables.

Como el enlucido es una de las últimas unidades de obra que se realizan, ya puede comprenderse que no interesa que éste sea de fraguado lento, porque ello retrasaría el uso de la obra.

Por ello, la cal se mezcla con otros conglomerantes de fraguado más rápido (yeso, cemento).

Esgrafiados: enlucidos característicos de Segovia.

Sobre una capa de preparación se extienden otras dos, sobre la última capa se coloca una plantilla con el dibujo deseado con una herramienta llamada grafio que elimina la capa superficial dejando un dibujo en relieve.

Ladrillos silico-calcáreos: ladrillos constituidos por cal y arena.

La arena, rica en sílice y de granulometría muy determinada, representa el 90% del ladrillo.

Utiliza la autoclave y el prensado.

Pueden ser: macizos, aplantillados, perforados.

La resistencia a compresión oscila entre 70-400 Kg. /cm2 y depende de varios factores:

Arena: granulometría y composición.

Cal: cuanta más cal, más resistencia.

Presión: al aumentar la presión de prensado, aumenta la resistencia.

Tratamiento de vapor: La resistencia aumenta al aumentar la presión y la duración del tratamiento.

3.11. METODOS MODERNOS PARA LA COCCION DE LA CAL

La cocción de la roca se produce en hornos verticales. La alimentación, de piedra y combustible, se hace por arriba, al aire libre.

Despacio, muy despacio, la piedra cruza la zona de precalentamiento para entrar en la zona de calcinación, donde se hace la alquimia, a una temperatura comprendida entre 900 y 1200ºC. Es aquí que interviene la descarbonatación y que la roca se vuelve cal viva.

Entonces la cal viva avanza hacia la parte baja del horno y se enfría, antes de ser extraída con cintas transportadoras.

3.12. MAQUINARIA MODERNA PARA LA HIDRATACION Y TRITURACION

El paso de cal viva a cal apagada se efectúa después de la salida del horno.La extinción de la cal se hace en un hidratador, por introducción de agua. Provoca una reacción química exotérmica, y por tanto un desprendimiento de calor intenso.

La trituración permite obtener un polvo fino, natural y puro: la cal hidráulica natural pura.

Fig.Nº3.9: Maquinaria moderna para la hidratación y trituración

Fig.Nº3.10:Acondicionamiento y Carga

Fig.Nº3.11: Ensacado y almacenamiento

3.2: USO DE LA CAL EN LA CONSTRUCCIÓN

CL Cal aérea apagada para la construcción

NHL Cal hidráulica natural pura

NHL Z Cal hidráulica natural con 20% máximo de añadido

HL Cal hidráulica

Resistencia mínima a la compresión a 28 días, en mortero de laboratorio

Resistencia máxima a la compresión a 28 días en mortero de laboratorio

2 2 N/mm² 5 N/mm²

3,5 3,5 N/mm² 10 N/mm²

5 5 N/mm² 20 N/mm²

Fig.Nº3.12:DIAGRAMA EXPLICATIVO DE LA FABRICACION DE LA CAL

PUZOLANAS

Generalidades

Las puzolanas son materiales naturales o artificiales que contienen sílice y/o alúmina. No son cementosas en si, pero cuando son molidos finamente y mezcladas con cal, la mezcla fraguará y endurecerá a temperaturas normales en presencia de apara, como el cemento.

Las puzolanas pueden reemplazar de 15 a 40% del cemento Pórtland sin reducir significativamente la resistencia del concreto.

La mayoría de materiales puzolanicos descritos aquí son subproductos de procesos industriales o agrícolas, que son producidos en grandes cantidades, constituyendo un problema de desperdicio, si permanecen sin utilizar. Incluso si no hubiera otros beneficios, sólo este aspecto justificaría un incremento del empleo de estos materiales. Comparado con la producción y empleo del cemento Pórtland, estos materiales contribuyen a ahorrar costos y energías, ayudan a reducir la contaminación ambiental y, en la mayoría de los casos, mejoran la calidad del producto final.

3.14. TIPOS DE PUZOLANAS

Básicamente hay dos tipos de puzolana, llamadas puzolanas naturales y artificiales.

Las puzolanas naturales esencialmente son cenizas volcánicas de actividades volcánicas geológicamente recientes.

Las puzolanas artificiales son el resultado de diversos procesos industriales y agrícolas, generalmente como subproductos. Las puzolanas artificiales más importantes son arcilla cocida, cenizas de combustible pulverizado (pfa), escoria de altos hornos granulada y molida (ggbfs) y ceniza de cáscara de arroz (RHA).

Cenizas Volcánicas

La primera puzolana natural empleada en construcciones fue la ceniza volcánica del Monte Vesubio (Italia), encontrada cerca de la ciudad Pozzuoli, que le dio el nombre.

Aunque los compuestos químicos son similares, el material vidrioso formado por el lanzamiento violento de la magna fundida en la atmósfera es más reactiva con la cal, que la ceniza volcánica formada por erupciones menos violentas.

La generación de puzolanas naturales adecuadas está, por lo tanto, limitada a solo a algunas regiones del mundo.

Las buenas puzolanas a menudo se encuentran como cenizas finas, pero también en forma de grandes partículas o tufos (ceniza volcánica solidificada), que deben ser triturados para emplearse como puzolana. Sin embargo, la calidad de dichas puzolanas puede variar grandemente, incluso dentro de un mismo depósito.

Las puzolanas naturales son empleadas igual que las puzolanas artificiales

Arcilla Cocida

Cuando los suelos arcillosos son horneados, las moléculas de agua se liberan, formando un material cuasi-amorfo reactivo con la cal. Esto también es cierto para los esquistos y suelos lateríticos y bauxíticos. Tal hecho fue descubierto en la antigüedad y las primeras puzolanas artificiales fueron hechas de piezas de alfarería molidas, una tecnología tradicional que aún es ampliamente practicada en el subcontinente de la India, Indonesia y Egipto, empleando ladrillos poco cocidos o defectuoso. (En India se le llama «surkhi», en Indonesia «semen merah» y en Egipto «homra»).

Alternativamente, tal como se informó en un proyecto de la India, los suelos que contienen muy poca arcilla y demasiada arena para fabricar ladrillos, se cortan y se extraen en bloques formando pozos circulares. Luego los bloques son regresados a los pozos, junto con capas alternas de leña. El residuo obtenido al quemarlo es muy desmenusable y no necesita pulverización. Este se empleo como mortero para mampostería sólo añadiéndolo en la pasta de cal y mezclándolo, sin arena ni cemento (Bibl. 05.10).

Una técnica similar procede de Java, Indonesia, en donde los bloques de arcilla son quemados en un horno tradicional, desintegrados, cribados y empleados con cal y arena y a veces también con cemento (Bibl. 05.11).

La calidad de estos métodos tradicionales son muy variables, pero se han desarrollado mejores métodos de calcinación para producir puzolanas de mayor calidad y uniformidad.

La ilustración muestra un horno de eje vertical (después de Thatte y Patel) desarrollado en la India. La alimentación consta de una mezcla de terrones de arcilla de 50 a 100 mm de tamaño y residuos de carbón de piedra (48% de ceniza, 31% de carbón estable, y 20% de volátiles). La calcinación se realiza ha 700°C durante tres horas, siendo la temperatura regulada por termopares y controlada por un ventilador de aire y el ingreso de la alimentación. La capacidad es de 10 toneladas por día. La National Buildings Organization, Nueva Delhi, desarrollo el proceso de lecho licuado, por la arcilla alimentada es calcinada en pocos minutos, obteniendo así grandes rendimientos en un proceso continuo.

Fig.Nº3.13: Detalle de la naturaleza y diemnciones de un horno vertical

Ceniza de Combustible Pulverizado (Ceniza Volante)

Comparando los procesos de producción de ceniza de combustible pulverizado (pfa), más conocida como ceniza volante, y de cemento portland, ordinario (OPC), queda claro por que razón la pfa puede emplearse como sustituto parcial de éste último.

El carbón de piedra finamente molido es inyectado a gran velocidad con un chorro de aire caliente (aproximadamente. 1500°C) en un horno en las estaciones de generación de electricidad. El contenido carbónico se quema instantáneamente, y la materia restante (que comprende sílice, alúmina y oxido de hierro) se funde en suspensión, formando finas partículas esféricas por el rápido enfriamiento mientras son llevados por los gases de combustión.

En la producción de OPC, la piedra caliza y la arcilla, finamente molidas y mezcladas, son alimentadas en un horno giratorio inclinado, en el cual se forma clinker a 1400°C. El clinker enfriado se muele finamente y se mezcla con yeso para producir OPC.

Dependiendo del tipo de carbón de piedra, la pfa contiene diversas proporciones de cal, la pfa de poca cal es puzolánica y la pfa con mucha cal tiene propiedades cementosas en si mismas Igual que en otras puzolanas, la cal liberada por la hidratación del OPC se combina con la pfa para actuar como un material cementoso.

Las partículas esféricas, huecas, vidriosas de pfa tienen la misma finura que el OPC, por lo que no es necesaria una mayor molida. La adición de pfa genera un concreto fresco

más trabajable (probablemente debido al efecto de cojinete de bolas de las partículas esféricas) y homogéneo (dispersando el cemento y distribuyendo uniformemente el agua).

Otras ventajas de emplear la pfa son:

Con el incremento del tiempo, se desarrollan mayores resistencias que el concreto sin pfa.

La pfa no influye negativamente el comportamiento estructural de las piezas de concreto.

Comparada con el concreto de OPC, el concreto de pfa es más liviano, menos permeable (debido a su compactación más densa) y con un mejor acabado

El concreto de pfa es además más resistente al ataque del sulfato y a la reacción silice-álcali.

Los concretos en los cuales se reemplaza entre 35 a 50% del paso de OPC por pfa han mostrado comportamientos satisfactorios.

Los áridos derivados de la ceniza volátil muestran una excelente adhesión en concretos de pfa, contribuyendo favorablemente a su comportamiento y durabilidad.

Concreto de Cemento Portland Ordinario Fresco

Dispersión de los Granos de Cemento Añadiendo pfa

Escoria de Alto Horno Granulada Molida

La escoria de alto horno es un material fundido que se asienta sobre el lingote de arrabio en la parte inferior del horno. Esta es producida por los diversos componentes en el horno cuando se llega a los 1400° a 1600°C.

Un enfriamiento lento de la escoria genera un material cristalino, empleado con árido Un rápido enfriamiento con aire o agua bajo presión forma pelotillas vidriosas (escoria expendida > 4 mm., adecuado con árido ligero) y gránulos menores de 4 mm., que poseen propiedades hidráulicas cuando se muelen finamente.

La escoria triturada se mezcla con OPC para producir cemento portland, de alto horno (PBFC), en el que el contenido de escoria puede llegar al 80%. Sin embargo, ya que el PBFC es más lento para reaccionar que el OPC, la reactividad se reduce a mayor porcentaje de escoria.

Aunque la resistencia temprana de los concretos de PBFC generalmente es menor que de los concretos de OPC, es probable que la resistencia final sea mayor. La más lenta reactividad del PBFC genera menos calor y puede ser ventajoso en donde el agrietamiento térmico es un problema.

Además de hacer más trabajable el concreto fresco, el PBFC tiene gran resistencia al ataque químico y su capacidad de proteger el refuerzo de acero la hace adecuada para emplear en concretos reforzados y pretensado.

Fig.Nº3.14: Secuencia de actividades de molienda de escoria y su ensacado

Ceniza de Cáscara de Arroz

La combustión de los residuos agrícolas elimina la materia orgánica y, en la mayoría de los casos, produce una ceniza rica en sílice. De los residuos agrícolas comunes, las cáscaras de arroz producen la ceniza de mayor cantidad (también llamado horno Paddy) - alrededor del 20% del peso - que también tiene el mayor contenido de sílice -

alrededor del 93% del peso. Es su gran contenido de sílice lo que le da a la ceniza sus propiedades puzolánicas.

Sin embargo, sólo la sílice amorfa (no cristalino) posee estas propiedades, es por esta razón que la temperatura y duración de la combustión son importantes en la producción de la ceniza de cáscara de arroz (RHA). La sílice amorfa se obtiene quemando la ceniza a una temperatura menor de 700°C. Una combustión sin control de las cáscaras de arroz, ejem. cuando son usadas como combustible o quemada en un montón, generalmente a temperaturas mayores de 800°C, genera la cristalización de la sílice, que es menos reactiva.

El incinerador que se ilustra, desarrollado primero por el Pakistan Council of Scientific and Industrial Research (PCSIR) y mejorado por el Cement Research Institute de la India (CRI), es fabricado con ladrillos con muchas aberturas para permitir un buen flujo de aire a la masa de cáscara de arroz. La superficie interior es cubierta con una malla de alambre fino calibre 16. Las cascaras son introducidas por la parte superior y la ceniza se retira por la puerta de descarga inferior. Un pirómetro regula la temperatura, que puede ser controlada tapando o abriendo los orificios, manteniendo una temperatura de aproximadamente. 650°C por 2-3 horas.

La ceniza reactiva es de gris ocurra a blanca, dependiendo del carbón residual en ella, que no tiene efecto negativo si es menor de 10%. Para mejorar su reactividad, la ceniza es pulverizada en un molino de bolas por aproximadamente una hora, o más si contiene sílice cristalina. La ceniza puede reemplazar hasta 30% del cemento de un mortero o concreto. Alternativamente, puede ser mezclada con 30 a 50% de cal hidratada para ser empleada como cemento en morteros, enlucidos y concreto en masa.

Fig.Nº3.15: otro modelo de horno usado

En otro proceso, la ceniza obtenida del quemado del montón o la de producción del arroz pre cocido se mezcla con 20 a 50% (del peso) de cal hidratada. Esta es triturada durante seis o más horas en un molino de bolas para producir ASHMOH, un aglomerante hidráulico adecuado para obras de mampostería, cimientos y obras de concreto en general diferentes al concreto armado. Una variación de éste es el ASHMENT, en el cual se sustituye la cal por cemento Pórtland, (Bibl. 08.04).

Fig.3.15: muestra el hogar de un horno

También se ha desarrollado un método que emplea lodo de cal, residual obtenido de la refinación de azúcar. Este es secado y mezclado con una cantidad igual (de peso) de cáscara de arroz triturada y algo de agua. Se hacen trozos a mano del tamaño de pelotas de tenis y se secan bajo el sol Estos son quemados sobre una parrilla en un horno abierto, para producir un polvo blando, que se muele en un molino de bolas. El aglomerante hidráulico es empleado de la misma manera que el ASHMOH.

Una variante de este método utiliza suelo con un contenido mínimo de arcilla de 20% en lugar de lodo de cal. El aglomerante resultante puede emplearse como una mezcla de 30% con cemento Pórtland, para hacer cemento Pórtland, puzolánico. Las pruebas han mostrado que la puzolana es mejor si la arcilla es bauxitica.

En el National Building Research Institute, Karachi, Pakistan: La primera casa de bajo costo para ser construida con cal y ceniza de cáscara de arroz, reemplazando completamente el cemento en la producción de bloques aligerados resistente a la carga, mortero y enlucido. El 30% del cemento Pórtland, de los dinteles de concreto prefabricados y de las viguetas de techo fue reemplazado por RHA.

La casa

EL CEMENTO PORTLAND

En la constitución del hormigón la unión de los áridos se logra por medio de cementos que generalmente son “cemento Pórtland”; estos pertenecen a la familia de los aglomerantes hidráulicos formados por materiales polvorulentos artificiales de naturaleza inorgánica que reaccionan con el agua dando lugar a un producto sólido resistente y estable, tanto en el aire como en el agua.

De todos los conglomerantes hidráulicos, el cemento Pórtland y sus derivados son los más empleados en la construcción debido a estar formados, básicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparación con otros cementos y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar.

Los cementos se emplean, fundamentalmente, para producir morteros y hormigones cuando se mezclan con agua y áridos, naturales o artificiales, obteniéndose con ellos elementos constructivos prefabricados o construidos in situ.

Es un aglomerante hidrófilo, resultante de la calcinación de rocas calizas, areniscas y arcillas, de manera de obtener un polvo muy fino que en presencia de agua endurece adquiriendo propiedades resistentes y adherentes.

El nombre proviene de la similitud en apariencia que pretendió darle en el año 1824 Joseph Apsdin un constructor inglés, al patentar un proceso de calcinación de caliza arcillosa que producía un cemento que al hidratarse adquiría según él, la misma resistencia que la piedra de la isla de Pórtland cerca del puerto de Dorset.

Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Pórtland moderno que con algunas variantes persiste hasta nuestros días y que consiste en moler rocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas sobre los

1300 ºC produciéndose lo que se denomina el clinker, constituido por bolsas endurecidas de diferentes diámetros, que finalmente se muelen añadiéndose yeso para tener como producto definitivo un polvo sumamente fino.

3.15. FABRICACIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

El punto de partida del proceso de fabricación lo constituye la selección y explotación de las materias primas para su procesamiento consiguiente.

Los componentes químicos principales de las materias primas para la fabricación del cemento y las proporciones generales en que intervienen son

Tabla Nº 3.3: Composición y materia prima del cemento.

Componente Químico Procedencia Usual

95%

Oxido de calcio (CaO) Rocas CalizasOxido de Sílice (SiO2) AreniscasOxido de Aluminio(Al2O3)

Arcillas

Oxido de Fierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro, Pirita

5%Óxidos de Magnesio, Sodio,

Minerales VariosPotasio, Titanio, Azufre,Fósforo y Manganeso

Los porcentajes típicos en que intervienen en el cemento Pórtland los óxidos mencionados son:

Tabla Nº 3.4: Componentes del cemento y sus porcentajes.

Oxido Componente Porcentaje Típico AbreviaturaCaO 61% - 67% CSiO2 20% - 27% SAl2O3 4% - 7% AFe2O3 2% - 4% FSO3 1% - 3%MgO 1% - 5%

K2O y Na2O 0.25% - 1.5%

En las siguientes figuras se puede apreciar un esquema general del proceso moderno de fabricación en el sistema denominado “por vía seca”, que es el mas económico pues necesita menos energía, y es el de mayor empleo en nuestro medio sin embargo hay que tener en cuenta que cada fabricante tiene una disposición de equipo particular en función de sus necesidades.

Fig.Nº3.16: Esquema del proceso de fabricación del cemento por vía seca

Fig.Nº3.17: Esquema del proceso de fabricación del cemento por vía seca

Se inicia con la explotación de las canteras de materia prima para someterlas a un proceso de chancado primario en que se reduce su tamaño a piedras del orden de 5” y luego se procesa este material en una chancadora secundaria que las reduce a un tamaño de alrededor de 3/4", con lo que están en condiciones de ser sometidas a molienda. Los materiales son molidos individualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvo fino impalpable, siendo luego dosificados y mezclados íntimamente en las proporciones convenientes para el tipo de cemento que se desee obtener.

La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistente en un gran cilindro metálico recubierto de material refractorio con diámetros que oscilan entre 2 y 5 m. y longitudes entre 18 a 150 m.. El horno tiene una ligera inclinación con respecto a la horizontal del orden del 4% y una velocidad de rotación entre 30 a 90 revoluciones por hora. Dependiendo del tamaño del horno, se pueden producir diariamente de 30 a 700 toneladas. La fuente de calor se halla en el extremo opuesto al ingreso del material y pueden obtenerse mediante inyección de carbón pulverizado, petróleo o gas en ignición, con temperaturas máximas entre 1,250 y 1,900 ºC.

Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero la evaporación del agua libre, luego la liberación del CO2 y finalmente en la zona de mayor temperatura se produce la fusión de alrededor de un 20% a 30% de la carga y es cuando la cal, la sílice y la alúmina se vuelven a combinar aglomerándose en nódulos de varios tamaños usualmente de 1/4” a 1” de diámetro de color negro característico, relucientes y duros al enfriarse, denominados “clinker de cemento Pórtland”.

En esta etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en un molino de bolas conjuntamente con yeso en pequeñas cantidades (3 a 6%) para controlar el endurecimiento violento. La molienda produce un polvo muy fino que contiene hasta 1.1 X 1012 partículas por Kg. Y que pasa completamente por un tamiz Nº 200 (0.0737 mm., 200 aberturas por pulgada cuadrada). Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel, siendo suministrado en esta forma o pesado y embolsado para su distribución.

En el proceso húmedo la materia prima es molida y mezclada con agua formando una lechada que es introducida al horno rotatorio siguiendo un proceso similar al anterior pero con mayor consumo de energía para poder eliminar el agua añadida. El proceso a usarse depende de las características de las materias primas, economía y en muchos casos por consideraciones de tipo ecológico ya que el proceso húmedo es menos contaminante que el seco.

Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controle minuciosos para asegurar tanto la calidad y proporciones de los ingredientes como las temperaturas y propiedades del producto final, para lo que existen una serie de pruebas físicas y químicas estandarizadas, así como equipo de laboratorio desarrollado específicamente para estas labores.

En la tabla 01 se pueden observar las fuentes de materiales primas de las cuales es posible obtener los componentes para fabricar cemento, en la que se aprecia la gran variedad de posibilidades existentes en la naturaleza para poder producir este material.

3.16. COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

Luego del proceso de formación del clinker y molienda final, se obtienen los siguientes compuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en 1852, y que son los que definen el comportamiento del cemento hidratado y que detallaremos con su fórmula química, abreviatura y nombre corriente

a) Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2 –> C3S –> Alita-

Define la resistencia inicial (en la primera semana) y tiene mucha importancia en el calor de hidratación.

b) Silicato Dicálcico (2CaO.SiO2 –> C2S –> Belita).-

Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de hidratación.

c) Aluminio Tricálcico (3CaO.Al2O3) –> C3A.-

Aislamiento no tiene transcendencia en la resistencia, pero con los silicatos condiciona el fraguado violento actuando como catalizador, por lo que es necesario añadir yeso en el proceso (3% - 6%) para controlarlo.

Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que al reaccionar con estos produce Sulfoaluminatos con propiedades expansivas, por lo que hay que limitar su contenido.

d) Aluminio-Ferrito tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 –>C4AF-Celita).-

Tabla Nº 3.5.- Fuentes de materias primas usadas en la fabricación de cemento Pórtland.

CalCaO

SíliceSiO2

AlúminaAl2O3

AragonitaArcillaArcilla calcárea (Marga)Calcita Conchas marinasDeshechos alcalinosEscoriasMármolPiedra calizaPizarrrasPolvo residuo de clinkerRoca calcáreaTiza

ArcillaArcilla calcárea (Marga)ArenaAreniscasBasaltosCenizas VolátilesCenizas de cáscara de arrozCuarcitaEscoriasPiedras calizasRoca calcáreaSilicato de calcio

ArcillaArcilla calcárea (Marga)BauxitaCenizas volátilesDeshechos de mineral de aluminioEscoria de cobreEscoriasEstaurolitaGranodioritasPiedra calizaPizarrasResiduos de lavado de mineral de aluminioRoca calcárea

Tabla Nº3.6: Materia prima del cemento y donde ubicarlaHierroFe2O3

YesoCaSO4.2H2O

MagnesiaMgO

ArcillaCeniza de altos homosEscoria de piritaLaminaciones de hierroMineral de hierroPizarrasResiduos de lavado de mineral de hierro

AnhidritaSulfato de calcioYeso natural

EscoriasPiedra calizaRoca calcárea

Tiene trascendencia en la velocidad de hidratación y secundariamente en el calor de hidratación.

e) Oxido de Magnesio (MgO).-

Pese a ser un componente menor, tiene importancia pues para sus contenidos mayores del 5% trae problemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida.

f) Óxidos de Potasio y Sodio (K2O9Na2O –> Alcalis).-

Tienen importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos agregados, y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos.

g) Óxidos de Maganeso y Titanio (Mn2O39TiO2).-

El primero no tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser marrón si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo.

El segundo influye en la resistencia, reduciéndola para contenidos superiores a 5%, para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia.

De los compuestos mencionados, los silicatos y aluminatos constituyen los componentes mayores, pero no necesariamente los mas trascendentes, pues como veremos posteriormente algunos de los componentes menores tienen mucha importancia para ciertas condiciones de uso de los cementos.

LAS FORMULAS DE BOGUE PARA EL CÁLCULO DE LA COMPOSICIÓN POTENCIAL DE LOS CEMENTOS.

En 1929 como consecuencia de una serie de investigaciones experimentales, el químico R.H.Bogue establece las fórmulas que permiten el cálculo de los componentes del cemento en base a conocer el porcentaje de óxidos que contiene, habiendo sido asumidas como norma por ASTM C-150, permitiendo una aproximación práctica al comportamiento potencial de cualquier cemento Pórtland normal no mezclado.

A continuación estableceremos las fórmulas de Bogue debiendo tenerse claro que se basan en las siguientes hipótesis:

Los componentes tienen la composición exacta. (No es del todo cierto pues en la práctica tienen impurezas).

El equilibrio se obtiene a la temperatura de formación del clinker y se mantiene durante el enfriamiento. (En la práctica, las fórmulas sobreestiman el contenido de C3A y C2S).

FÓRMULAS DE BOGUE (Composición Potencial):

Si Al2O3/Fe2O3 . 0.64:

C3S = 4.071 CaO – 7.6SiO2 – 6.718Al2O3 – 1.43Fe2O3 – 2.852SO3

C2S = 2.867SiO2 – 0.7544C3S

C4AF = 3.04Fe2O3

Si Al2O3/Fe2O3 < 0.64 se forma (C4AF + C2AF) y se calcula:

(C4AF + C2AF) = 2.1Al2O3 + 1.70 Fe2O3

y en cuyo caso el Silicato Tricálcico se calcula como:

C3S = 4.071CaO – 7.6SiO2 - 4.479Al2O3 - 2.859Fe2O3 – 2.852SO3

(En estos cementos no hay C3A por lo que la residencia a los sulfatos es alta; el C2S se calcula igual)

Las variantes en cuanto a las proporciones de estos compuestos son las que definen los tipos de cementos que veremos mas adelante, y la importancia práctica de las fórmulas de Bogue es que permiten evaluar cual será la composición potencial probable y compararla con los valores standard para cada tipo de cemento, pudiendo estimarse las tendencias de comportamiento en cuanto a las características que nos interesa desde el punto de vista del concreto, como son desarrollo de resistencia en el tiempo, calor de hidratación, resistencia a la agresividad química, etc.

3.17. MECANISMO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO.

Se denomina hidratación al conjunto de reacciones químicas entre el agua y los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estado plástico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevos productos formados. Los componentes ya mencionados anteriormente, al reaccionar con ela gua forman hidróxidos e hidratos de Calcio complejos.

La velocidad con que se desarrolla la hidratación es directamente proporcional a la finura del cemento e inversamente proporcional al tiempo, por lo que inicialmente es muy rápida y va disminuyendo paulatinamente con el transcurso de los días, aunque nunca se llega a detener.

Contrariamente a lo que se creía hace años, la reacción con el agua no une las partículas de cemento sino que cada partícula se dispersa en millones de partículas de productos de hidratación desapareciendo los constituyentes iniciales. El proceso es exotérmico generando un flujo de calor hacia el exterior denominado calor de hidratación.

Dependiendo de la temperatura, el tiempo, y la relación entre la cantidad de agua y cemento que reaccionan, se pueden definir los siguientes estados que se han establecido de manera arbitraria para distinguir las etapas del proceso de hidratación:

a) Plástico.-

Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuando menor es la relación Agua/Cemento, mayor es la concentración de partículas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura de los productos de hidratación es mucho mas resistente.

El primer elemento es reaccionar es el C3A, y posteriormente los silicatos y el C4AF, caracterizándose el proceso por la dispersión de cada gramo de cemento en millones de

partículas. La acción del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina el período latente o de reposo en que las reacciones se atenúan, y dura entre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y el cemento en partícula. En este estado se forma hidróxido de calcio que contribuye a incrementar notablemente la alcalinidad de la pasta que alcanza un Ph del orden de 13.

b) Fraguado inicial.-

Condición de la pasta de cemento en la que se aceleran las reacciones químicas, empieza el endurecimiento y la pérdida de la plasticidad, midiéndose en términos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en la que se evidencia el proceso exotérmico donde se genera el ya mencionado calor de hidratación, que es consecuencia de las reacciones químicas descritas.

Se forma una estructura porosa llamada gel de Hidratos de Silicatos de Calcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entre sólido y líquido que va rigidizándose cada vez mas en la medida que se siguen hidratando los silicatos.

Este periodo dura alrededor de tres horas y se producen una serie de reacciones químicas que van haciendo al gel CHS mas estable con el tiempo.

En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformaciones permanentes ni alteraciones en la estructura que aún está en formación.

c) Fraguado Final.-

Se obtiene al término de la etapa de fraguado inicial, caracterizándose por endurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructura del gel está constituida por el ensamble definitivo de sus partículas endurecidas.

d) Endurecimiento.-

Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen e incrementan con el tiempo las características resistentes. La reacción predominante es la hidratación permanente de los silicatos de calcio, y en teoría continúa de manera indefinida.

Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente las influencias de la composición del cemento. Los sólidos de hidratación manifiestan su muy baja solubilidad por lo que el endurecimiento es factible aún bajo agua.

Hay dos fenómenos de fraguado, que son diferentes a los descritos; el primero corresponde al llamado “Fraguado Falso” que se produce en algunos cementos debido al calentamiento durante la molienda del clinker con el yeso, produciéndose la deshidratación parcial del producto resultante, por lo que al mezclarse el cemento con el agua, ocurre una cristalización y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutos de mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad, no generándose calor de hidratación ni ocasionando consecuencias negativas. El segundo fenómeno es el del “fraguado violento” que ocurre cuando durante la fabricación no se ha añadido la suficiente cantidad de yeso, lo que produce un endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor de hidratación y pérdida permanente de la plasticidad, sin embargo es muy improbable en la actualidad que se produzca este fenómeno, ya que con la tecnología moderna el yeso adicionado se controla con mucha precisión.

3.18. ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO.

Durante el proceso de hidratación, el volumen externo de la pasta se mantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumen de sólidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando la reducción permanente de la porosidad, que está relacionada de manera inversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con la

permeabilidad.

Para que se produzca la hidratación completa se necesita la suficiente cantidad de agua para la reacción química y proveer la estructura adecuada y tiempo, desprendiéndose de aquí el concepto fundamental del curado, que consiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso se complete.

Un concepto básico que nos permitirá entender el comportamiento del concreto, reside en que el volumen de los productos de hidratación siempre es menor que la suma de los volúmenes de agua y cemento que los originan debido a que por combinación química el volumen de agua disminuye en alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contracción de la pasta endurecida. Los productos de hidratación necesitan un espacio del orden del doble del volumen de soplidos de cemento para que produzca la hidratación completa.

Otro concepto importante que hay que tomar en cuenta es que está demostrado que el menor valor de la relación Agua/Cemento para que se produzca hidratación completa del cemento es del orden de 0.35 a 0.40 en peso para condiciones normales de mezclado y sin aditivos, dependiendo la relación precisa de cada caso particular.

En la siguiente figura se puede apreciar como ilustración un esquema típico de la estructura de la pasta de cemento y de la distribución del agua, distinguiéndose las siguientes partes:

a) Gel de Cemento.-

Constituido por los sólidos de hidratación (Hidratos de Silicatos de Calcio); el agua contenida en el gel, es la denominada agua de combinación, que no es evaporable por ser intrínseca de la reacción química.

b) Poros de Gel.-

Espacios tan pequeños entre los sólidos de hidratación que no permiten la formación en su interior de nuevos sólidos de hidratación. El agua contenida dentro de estos poros se llama el agua de gel, que puede evaporarse bajo condiciones especiales de exposición.

c) Poros Capilares.-

Conformados por los espacios entre grupos de sólidos de hidratación de dimensiones que ofrecen espacio para la formación de nuevos productos de hidratación, denominándose agua capilar a la contenida en ellos.

Para comprender mejor la manera como se distribuyen los diferentes componentes de la estructura de la pasta de cemento hidratado, estableceremos algunas relaciones que nos permitirán calcularlos en un caso particular, para lo cual vamos a considerar inicialmente un sistema en el que no hay pérdida de agua por evaporación ni ingresa agua adicional por curado:

FIG. 3.18: ESQUEMA TÍPICO DE LA ESTRUCTURA DE LA PASTA DE CEMENTO Y DE LA DISTRIBUCIÓN DEL AGUA

POROS DE GEL

CEMENTO SIN HIDRATAR

AGUA LIBRE H

Sea:

Pac = Peso del agua de combinación

Pch = Peso del cemento a hidratarse

Vac = Volumen del agua de combinación = Pac/Pch

Se tiene que:

Pac = 0.23 Pch ............................ (1)

(Relación promedio determinada experimentalmente)

Sea:

Cv = Contracción en volumen debida a la hidratación

Ga= Gravedad específica del agua

Hemos mencionado que el agua de combinación se contrae 25% luego:

Cv = 0.25 x Pac/Ga = 0.25 x 0.23 Pch/Ga

Cv = 0.0575 Pch/Ga ............................(2)

Sea:

Vsh = Volumen de los sólidos de hidratación = Pch/Gc

Gc= Gravedad especifica del cemento

Se tiene que:

Vsh = Pch/Gc + Vac – Cv ............................(3)

Reemplazando (1) y (2) en (3) se obtiene:

H

Vsh = (1/Gc + 0.1725/Ga)Pch ............................(4)

Por otro lado:

Po = Porosidad de la pasta hidratada

Vag = Volumen del agua de gel

Se define:

Po = Vag/(Vsh + Vag) ............................(5)

Reemplazando (4) en (5) y despejando obtenemos:

Vag = [(Po/(1-Po))x(1/Gc+0.1725/Ga)] Pch....................(6)

Sea:

Vad = Volumen de agua disponible para hidratación

Tenemos que:

Vad = Vac + Vag. ............................(7)

Reemplazando (1) y (6) en (7) y despejando se deduce:

Pch =..Vadx1/[(0.23/Ga+(Po(1-Po))x(1/Gc+0.1725/Ga))] .......................(8)

Finalmente, se define:

Vcsh = Volumen de cemento sin hidratar

Pcd = Peso de cemento disponible

Vcv = Volumen de capilares vacíos

Y se tiene que:

Vcsh = Pcd/Gc – Pch/Gc ............................(9)

Vcv = Pcd + Vad – Vsh – Vag – Vcsh ............................(10)

Con estas relaciones hemos elaborado la tabla 02 que muestra las variaciones en los componentes de la estructura de la pasta de 100 gr. De cemento con diversas cantidades de agua disponible para hidratación habiéndose asumido los siguientes parámetros típicos:

Gc = Gravedad específica del cemento = 3.15

Ga = Gravedad específica del agua = 1.00

Po = Porosidad de la pasta hidratada = 0.28

Se puede apreciar que para valores muy bajos de la relación Agua/Cemento la hidratación se detiene por falta de agua para hidratar totalmente la cantidad de cemento disponible, quedando cemento sin hidratar y vacíos capilares que tiene capacidad de permitir ingreso de agua adicional y espacio para que se desarrollen mas sólidos de hidratación.

Sin embargo, si proveemos agua extra (por ejemplo con curado) sólo se hidratará la cantidad de cemento que se disponga de espacio para desarrollar sus productos de hidratación, luego, existen relaciones Agua/Cemento para las cuales por mas agua extra que proveamos,

no se producirá la hidratación total del cemento.

Tabla 3.7.- Variación de los componentes de la estructura de la pasta de cemento en función del agua disponible para la hidratación.

Cemento disponible

Agua disponi

ble

Relación a/c en peso

Cemento a hidratarse % de hidrata

ción

Agua de gel

Peso(gr)

Vol(cm3)

Vol(cm3)

Peso(gr)

Vol(cm3)

Vol Hidr.(cm3)

Vol(cm3)

100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00

31.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.7

20.022.024.026.028.030.032.034.036.038.040.042.044.046.048.050.0

0.200.220.240.260.280.300.320.340.360.380.400.420.440.460.480.50

47.652.357.161.866.671.376.180.985.690.495.199.9

100.0100.0100.0100.0

15.116.618.119.621.122.624.225.727.228.730.231.733.234.736.237.7

23.325.628.030.332.635.037.339.641.944.346.648.949.049.049.049.0

47.652.357.161.866.671.376.180.865.690.495.199.9

100.0100.0100.0100.0

9.110.010.911.812.713.614.515.416.317.218.119.019.920.821.722.7

Tabla Nº3.7: Características físicas del cemento

Cemento sin hidratarse

Capila res

vacíos

Cemento extra posible hidratarse

Cemento que no podrá hidratarse

% máximo hidrat.

Peso(gr)

Vol(cm3)

Vol(cm3)

Peso(gr)

Vol(cm3)

Vol Hidr.(cm3)

Peso(gr)

Vol(cm3)

52.447.742.938.233.428.723.919.214.49.84.90.10.00.00.00.0

16.615.113.612.110.69.17.66.14.63.11.50.00.00.00.00.0

2.73.03.33.63.84.14.44.64.95.25.55.76.87.99.0

10.1

5.66.16.77.37.88.48.99.5

10.09.64.90.10.00.00.00.0

1.81.92.12.32.52.72.83.03.23.11.50.00.00.00.00.0

2.73.03.33.63.84.14.44.64.94.72.40.10.00.00.00.0

46.941.536.230.925.620.315.09.74.30.00.00.00.00.00.00.0

14.913.211.59.88.16.44.83.11.40.00.00.00.00.00.00.0

53.158.563.869.174.479.785.090.395.7

100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0

Vemos también que para condiciones normales como las asumidas, en que la pasta dispone únicamente del agua de mezcla inicial, se necesita una relación Agua/Cemento mínima del orden de 0.42, y si se provee agua de hidratación extra, la relación mínima es del orden de 0.38.

Con los valores de la tabla 02 se han elaborado las Fig. 3.3, 3.4 y 3.5 donde se gráfica a título explicativo el % de hidratación y el % de cemento no hidratado en función de la relación Agua/Cemento, así como los vacíos capilares obtenidos.

Hay que tener presente, que pese a que para relaciones Agua/Cemento inferiores a las que producen el 100% de hidratación, aún queda cemento sin hidratar, la estructura es mas compacta con menor cantidad de vacíos, por lo que se obtiene en la práctica características resistentes mas altas pese a no contarse con toda la pasta hidratada; sin embargo para lograr la hidratación máxima que es posible alcanzar con relaciones Agua/Cemento muy bajas, se necesitan condiciones de mezclado especiales que ameritan incremento de presión y energía en la compactación ya que de otro modo no se logra hidratar lo previsto. En la práctica, con las condiciones de mezclado normales se consigue llegar a relaciones Agua/Cemento mínimas en la pasta del orden de 0.25 a 0.30 dependiendo del tipo de cemento y las condiciones de temperatura, humedad, presión y técnica de mezclado. Bajo condiciones especiales, se han llegado a obtener pastas en laboratorio con relaciones Agua/Cemento tan bajas como 0.08

TIPOS DE CEMENTO Y SUS APLICACIONES PRINCIPALES

Los Tipos de cementos portland que podemos calificar de standard, ya que su fabricación está normada por requisitos específicos son:

Tipo I.- De uso general donde se requieren propiedades especiales.

Tipo II.- De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Para emplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o en vaciados masivos.

Tipo III.- Desarrollo rápido de resistencia con elevado calor de hidratación. Para uso en clima frío ó en los casos en que se necesita adelantar la puesta en servicio de las estructuras.

Tipo IV.- De cajo calor de hidratación. Para concreto masivo.

Tipo V.- Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muy agresivos.

Cuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el sufijo A (p.e Tipo LA) significa que son cementos a los que se les ha añadido incorporadores de aire en su composición, manteniendo las propiedades originales.

Es interesante destacar los cementos denominados “mezclados ó adicionados” dado que algunos de ellos se usan en nuestro medio:

Tipo IS.- Cemento al que se ha añadido entre un 25% a 70% de escoria de latos

Tipo ISM.- Cemento al que se ha añadido menos de 25% de escoria de altos hornos referido al peso total.

Tipo IP.- Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje que oscila entre el 15% y 40% del peso total.

Tipo IPM.- Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje hasta el 15% del peso total.

Todos estos cementos tienen variantes en que se les añade aire incorporado (sufijo A), se induce resistencia moderada a los sulfatos (sufijo M), ó se modera el calor de hidratación (sufijo H).

Las puzolanas son materiales inertes silíceos y/o aluminosos, que individualmente tienen propiedades aglomerantes casi nulas, pero que finamente molidas y al reaccionar químicamente con hidróxidos de Calcio y agua adquieren propiedades cementantes. Las puzolanas se obtienen por lo general de arcillas calcinadas, tierras diatomáceas, tufos y cenizas volcánicas, y de residuos industriales como cenizas volátiles, ladrillo pulverizado, etc.

La particularidad del reemplazar parte del cemento por estos materiales, estriba en cambiar algunas de sus propiedades, como son el aumentar los tiempos de duración de los estados mencionados anteriormente, retrasar y/o disminuir el desarrollo de resistencia en el tiempo, reducir la permeabilidad, mayor capacidad para retener agua, mayor cohesividad, incremento de los requerimientos de agua para formar la pasta, menor calor de hidratación y mejor comportamiento frente a la agresividad química.

Hay que tener muy presente que la variación de estas propiedades no siempre será conveniente dependiendo del caso particular, por lo que no se puede tomar a los cementos puzolánicos ó la inclusión de puzolana como una panacea, ya que son muy sensibles a las variaciones de temperatura los procesos constructivos y las condiciones de curado.

Para fines de diseño de mezclas hay que tener en cuenta que los cementos standard tienen un peso específico del orden de 3,150 kg/m3 y los cementos puzolánicos son mas livianos con pesos específicos entre 2,850 y 3,000 kg/m3.

En las Fig. 3.6 y 3.7 se pueden apreciar comportamientos típicos de los cementos básicos, relativos al desarrollo de resistencia en el tiempo y calor de hidratación

En las tablas 03 y 04 se pueden apreciar los requisitos físicos y químicos de fabricación establecidos por las normas ASTM C-150 para los cementos standard nombrados, y en las tablas 05 y 06 se consignan estadísticas de variación de los componentes de los diversos tipos de cemento normales en U.S.A. e Inglaterra, donde se concluye pues en que la elasticidad en las normas de fabricación admite variaciones que si bien no deben influir en las resistencias finales exigidas, si pueden ocasionar comportamientos variables en el tiempo.

Tabla 3.8.- Requisitos físicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripción Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIAContenido de aire en % (máximo, mínimo)Fineza con turbidímetro en m2/Kg (mínimo)Fineza por permeabilidad de aire m2/Kg (mín)Expansión en autoclaveResistencia en comprensión en MpaA 3 díasA 7 díasFraguado inicial Gillmore mínimo en minutosFraguado final Gillmore máximoen minutosFraguado inicial Vicat mínimo en minutosFraguado final Vicat máximo en minutos

(12,N/A)1602800.80

12.4019.30

6060045

375

(22,16)1602800.80

10.0015.50

6060045

375

(12,N/A)1602800.80

10.3017.20

6060045

375

(22,16)1602800.80

8.3013.80

6060045

375

Tabla Nº3.9: Requisitos físicos opcionales

Fraguado falso (penetración final) % min.Calor de hidratación máximo a 7 días en cal/ gr.Calor de hidratación máximo a 28 días en cal/ gr.Resistencia en comprensión mínima a 28 días (Mpa)

50

27.60

50 5070

58

27.60

5070

58

27.60

Tabla Nº3.10: Características de los diferentes tipos de cementos

Descripción Tipo III Tipo IIIA

Tipo IV Tipo V

Contenido de aire en % (máximo, mínimo)Fineza con turbidímetro en m2/Kg (mínimo)Fineza por permeabilidad de aire m2/Kg (mín)Expansión en autoclaveResistencia en comprensión en MpaA 1 díaA 3 díasA 7 díasA 28 díasFraguado inicial Gillmore mínimo en minutosFraguado final Gillmore máximoen minutosFraguado inicial Vicat mínimo en minutosFraguado final Vicat máximo en minutos

(12,N/A)

0.80

12.4024.10

6060045

375

(22,16)

0.80

10.0019.30

6060045

375

(12,N/A)1602800.80

6.60

6060045

375

(22,16)1602800.80

8.3015.2020.70

6060045

375

Requisitos físicos opcionalesFraguado falso (penetración final) % min.Calor de hidratación máximo a 7 días en cal/ gr.Calor de hidratación máximo a 28 días en cal/ gr.Expansión con sulfatos a 14 días, % máximo

50 50 5060

70

5070

0.04

Tabla 3.11.- Requisitos químicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripción Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIASiO2, % mínimoAl2O3, % máximoFe2O3, % máximoMgO, % máximoSO3, % máximoCuando C3A es menor o igual a 8%Cuando C3A es mayor a 8%Pérdidas por ignición, % máximoResiduos insolubles, % máximoC3A, % máximo

------

6.00

3.003.503.000.75

--

------

6.00

3.003.503.000.75

--

20.006.006.006.00

3.00N/A3.000.758.00

20.006.006.006.00

3.00N/A3.000.758.00

Requisitos físicos opcionales(C3S + C3A), % máximoAlcalis, (Na2O + 0.658 K2O), % máximo

--0.60

--0.60

58.000.60

58.000.60

Tabla Nº3.12: Composición de los diferentes tipos de cementosDescripción Tipo III Tipo IIIA Tipo IV Tipo V

Fe2O3, % máximoMgO, % máximoSO3, % máximoCuando C3A es menor o igual a 8%Cuando C3A es mayor a 8%Pérdidas por ignición, % máximoResiduos insolubles, % máximoC3S, % máximoC2S, % máximoC3A, % máximo[C4AF + 2(C3A)] o (C4AF + C2F), % máximo

--6.00

3.504.503.000.75

----

15.00--

--6.00

3.504.503.000.75

----

15.00--

6.506.00

2.3.0N/A2.500.75

35.0040.007.00

--

--6.00

2.30N/A3.000.75

----

5.0025.00

Requisitos físicos opcionalesC3A, % máximo para mediana resistencia a sulfatosC3A, % máximo para alta resistencia a sulfatosAlcalis, (Na2O + 0.658 K2O), % máximo

8.00

5.00

0.60

8.00

5.00

0.60

--

0.60

--

0.60

Tabla 3.13.- Variación en composición de algunos cementos Pórtland norteamericanos

ASTMTipo

Componentes químicos - ÓxidosCaO MgO Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 NaO K2O SO3 CaO

LibreI 63.6

63.165.862.8

3.72.51.11.7

5.84.74.76.7

2.43.02.12.5

20.722.122.221.1

0.230.210.300.39

0.210.060.040.95

0.511.300.190.51

1.61.71.61.8

0.40.21.62.0

II 61.464.9

3.11.9

4.84.0

4.82.1

20.824.0

0.210.23

0.060.23

1.300.55

1.81.7

0.91.5

III 65.663.3

1.44.3

5.25.1

2.52.0

20.020.3

0.270.21

0.210.19

0.440.28

2.32.5

1.61.9

IV 59.663.6

3.01.1

4.63.7

5.03.1

22.925.2

0.230.19

0.060.33

1.190.01

1.31.9

0.40.4

V 64.364.263.3

1.72.51.2

3.11.93.3

3.31.34.7

24.426.123.1

0.190.12

--

0.080.100.08

0.220.150.37

1.42.01.7

0.51.8--

Tabla Nº3.14: composición química de los diferentes tipos de cementoASTMTipo

Compuestos químicosC4AF C3A C3S C2S

I 7968

1179

14

55475433

18282335

II 156

57

4441

2638

III 88

1010

6351

1019

IV 159

45

2531

4749

V 104

14

331

453549

364830

Tabla 3.15.- Variación en composición de algunos cementos Pórtland británicos

ASTMTipo

Componentes químicos - ÓxidosCaO MgO Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 NaO K2O SO3 CaO Libre

(a)

65.665.564.464.665.563.1

0.701.230.890.560.970.82

4.315.905.367.646.956.28

2.551.593.273.302.303.59

23.7322.7621.1919.0920.5420.56

0.240.330.340.340.350.37

0.310.430.360.250.160.27

0.660.500.580.570.760.58

1.001.602.532.191.542.59

1.01.41.90.62.01.7

(b)64.565.463.064.3

1.280.511.461.27

5.195.006.074.74

2.914.312.672.15

20.6620.0420.2122.37

0.300.420.330.36

0.080.480.120.16

0.700.780.940.53

2.662.062.101.82

2.02.01.52.3

(c) 63.864.5

0.920.89

4.073.13

4.655.23

21.0922.14

0.280.21

0.130.18

0.670.45

2.562.08

2.91.5

(d) 61.862.0

1.691.59

4.604.54

2.072.06

25.0825.80

0.250.23

0.190.20

0.770.65

2.571.87

0.70.9

TablaNº3.16: Compuestos químicos del cemento y sus porcentajes en su composiciónTipo Compuestos químicos

C4AF C3A C3S C2S(a) 8

510107

11

7139

151411

474145534939

323427152230

(b) 91387

96

129

50644642

219

2332

(c) 1416

30

5854

1722

(d) 66

99

1715

5963

(a) = Ordinario (b) = Endurecimiento rápido

(c) = Resistente a los sulfatos (d) = Bajo calor de hidratación

3.19. LOS CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERÍSTICAS.

En la actualidad se fabrican en el Perú los cementos Tipo I, TipoII, Tipo V, Tipo IP y Tipo IPM.

En las tablas 07ª y 07b se pueden observar las características físicas y químicas de los cementos de fabricación nacional suministradas por los fabricantes, con excepción del

Cemento Rumi, cuyo productor no accedió a proporcionarlas, pese a nuestra insistencia , por lo que se condigna un análisis efectuado a solicitud del autor en la Universidad Católica del Perú con ocasión del empleo de este material durante la construcción del Aeropuerto de Juliaca, en el cual se obtienen resultados bastante irregulares para un cemento Tipo I, que no obstante deben tomarse con reserva pues sólo representan una muestra.

En las Fig. 3.8 a 3.13, se han graficado las Resistencias vs Tiempo para los diferentes cementos peruanos en base a la información suministrada entre Enero y Abril de 1993.

Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen los comportamientos típicos a largo plazo que es factible esperar de cementos similares fabricados en el extranjero, sin embargo la experiencia en el uso de ellos y la variabilidad que se puede apreciar en los análisis y gráficos mostrados nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo no siempre mantienen parámetros constantes, por los que nunca debe confiarse a priori en ellas sin efectuar pruebas de control para el caso de obras de cierta importancia.

Por otro lado, los fabricantes locales tienen mucha experiencia en la elaboración de cemento, peri ninguno la tiene en la aplicación práctica de este material en la producción de concreto dado que muy rara vez recopilan estos datos, o hacen investigación en concreto, por lo que es muy poca la información que pueden aportan en ese sentido y además, hay usualmente reticencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en forma rutinaria. Sin embargo debemos agradecer la colaboración prestada por los productores que accedieron a suministrar e incluir en el presente libro los datos proporcionados.

No existe información publicada por los fabricantes sobre aspectos básicos como la variación del desarrollo de la resistencia en el tiempo, variación de la hidratación en función de las condiciones ambientales, características de las puzolanas que emplean en los cementos mezclados estadísticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc.

Tabla 3.17.a.- Características químicas de los cementos peruanos

Elemento SolTipo I

AtlasTipo IP

AndinoTipo I

AndinoTipo II

AndinoTipo V

CaOSiO2

Al2O3Fe2O3K2O

Na2OSO3MgO

Cal libreP. Ignición

R. InsolublesC3SC2SC3A

C4AF

63.2019.796.152.820.960.282.583.160.520.800.62

54.1815.8711.538.57

53.6526.286.444.841.070.372.842.760.291.63

10.21

64.1821.864.813.230.650.152.410.960.591.240.42

51.3323.957.289.82

63.8322.584.213.110.540.122.380.970.401.460.59

48.7327.985.899.45

64.6022.513.044.280.560.132.360.920.551.080.57

58.6420.300.81

13.01

Elemento YuraTipo I

YuraTipo IP

YuraTipo IPM

PacasmayoTipo I

Pacasmayo

Tipo V

RumiTipo I(*)

CaOSiO2

Al2O3Fe2O3K2O

Na2OSO3MgO

Cal libreP.

IgniciónR.

InsolublesC3SC2SC3A

C4AF

65.9022.664.152.41

1.661.24

0.961.48

60.0019.706.927.33

46.3043.513.361.98

1.421.30

1.6026.70

53.8033.344.8020.4

2.041.37

1.8715.69

63.0219.506.203.300.700.262.502.131.202.300.50

54.8514.5210.8510.03

62.9220.504.075.140.680.221.832.101.101.930.68

60.4413.182.09

15.63

44.1921.671.565.010.721.691.091.06

2.852.99

(9.21)69.08(4.34)15.25

(*) Análisis particular al no haber suministrado información el fabricante.

Tabla 3.17.b.- Características físicas de los cementos peruanos.

Elemento SolTipo I

AtlasTipo IP

AndinoTipo I

AndinoTipo II

AndinoTipo V

Peso específico (gr/cm3)Fineza malla 100 (%)Fineza malla 200 (%)S. específica Blaine

(cm2/gr)Contenido de aire (%)

Expansión en autoclave (%)

Fraguado inicial VicatFraguado final Vicatf’c a 3 días (kg/cm2)f’c a 7 días (kg/cm2)

f’c a 28 días (kg/cm2)calor hidratación a 7

días (cal/gr)calor hidratación a 28

días (cal/gr)

3.110.044.14

3,477

9.990.18

1hr 49’3hr 29’

254301357

70.60

84.30

3.030.030.38

4,472

9.820.15

1hr 59’3hr 41’

235289349

60.50

78.40

3.110.345.66

3,300

6.500.02

2hr 50’3hr 45’

204289392

64.93

3.180.104.71

3,400

5.350.01

3 hr 15’4 hr 30’

160205320

63.89

3.110.202.58

3,400

5.22(0.01)2hr 15’3hr 45’

184243362

59.02

Elemento YuraTipo I

YuraTipo IP

YuraTipo IPM

PacasmayoTipo I

PacasmayoTipo V

Peso específico (gr/cm3)

Fineza malla 100 (%)Fineza malla 200 (%)S. específica Blaine

(cm2/gr)Contenido de aire (%)

Expansión en autoclave (%)

Fraguado inicial VicatFraguado final Vicatf’c a 3 días (kg/cm2)f’c a 7 días (kg/cm2)

f’c a 28 días (kg/cm2)

3.11

3,597

0.202hr4hr242335388

2.86

4,086

0.112hr

4hr 10’140222316

2.95

3,848

0.262hr 10’4hr 10’

240299367

3,400

10.500.22

2hr 29’5hr 10’

168210273

3,300

10.100.14

2hr 40’5hr 20’

154196258

Información que sería sumamente útil para los usuarios é investigadores, evitando muchas situaciones en que se espera un comportamiento por extrapolación con información foránea o con información local incompleta y se obtiene otro por falta de datos confiables.

Como comentario adicional habría que decir que la introducción de los cementos Puzolánicos y Puzolánicos modificados en nuestro medio ha traído beneficios desde el punto de vista que tienen ventajas referidas a durabilidad, además de ser ventajosos para el fabricante pues al reemplazar cemento por puzolana abarata sus costos y los precios de venta experimentan alguna reducción, pero estas ventajas no son del todo aprovechadas por cuanto no ha habido suficiente investigación, difusión y labor didáctica en cuanto a las consideraciones para su dosificación, lo que trae como consecuencia deficiencias en su utilización por parte del usuario.

Normalmente se supone que los diseños con estos cementos requieren igual cantidad de agua que los normales, lo cual en la práctica no es cierto, pues algunos de ellos necesitan hasta 10% mas de agua y tienen consistencia cohesiva que amerita mayor energía en la compactación con lo que a la larga la supuesta economía no es tanta.

En el Apéndice, se incluyen copias de los datos originales suministrados por los fabricantes

en 1993 y 1996, que incluyen información adicional a la consignada en las tablas y que puede ser de utilidad para quien esté interesado en profundizar sobre estos aspectos.

3.20. CONDICIONES DE CONTROL Y ALMACENAJE EN OBRA Y SUS CONSECUENCIAS.

Lo ya mencionado en relación a los cementos nacionales nos hace reflexionar en la necesidad de tratar en lo posible de hacer en obra un seguimiento estadístico del tiempo y condiciones de almacenaje, así como de la calidad del cemento que se emplea.

Una buena práctica la constituye el ejecutar análisis químicos en un laboratorio confiable cada 500 Toneladas de cemento para el caso de obras grandes, y solicitar regularmente a los fabricantes certificados con resultados de su control de calidad. En ningún caso la muestra que se obtenga debe ser menor de 5 Kg.

En cuanto a las condiciones de almacenaje, es recomendable limpiar con frecuencia los silos metálicos de depósito sobre en todo en climas de humedad relativa alta, pues se produce hidratación parcial del cemento adherido a las paredes, y que con el uso del silo ocasiona que se desprendan trozos endurecidos y se mezclen con el cemento fresco causando problemas en la uniformidad de la producción del concreto.

En el caso de cemento en bolsas el concepto es similar en cuanto a protegerlas de la humedad, bien sea aislándolas del suelo o protegiéndolas en ambientes cerrados.

Una manera práctica de evaluar si ha habido hidratación parcial del cemento almacenado, consiste en tamizar una muestra por la malla Nº 100, según la Norma ASTM C-184, pesando el retenido, el cual referido al peso total, nos da un orden de magnitud de la porción hidratada. El porcentaje retenido sin haber hidratación oscila usualmente entre 0 y 0.5%.

Si recomendamos los conceptos referidos al mecanismo de hidratación podemos estimar que si usamos cemento parcialmente hidratado, estaremos sustituyendo en la práctica una parte del agregado por cemento endurecido con características resistentes inciertas y definitivamente inferiores a la de la arena y la piedra, que causará zonas de estructura débil, cuya trascendencia será mayor cuanto mayor sea la proporción de estas partículas.

Se puede estimar que el empleo de cemento hidratado en un 30% referido al peso total, con gránulos no mayores de 1/4” trae como consecuencia una reducción en la resistencia a 28 días del orden del 25%, dependiendo del cemento en particular. Es obvio que porcentajes hidratados mayores, con partículas de tamaño superior a 1/4” ocasionarán perjuicios mas negativos en la resistencia y durabilidad.

Finalmente hay que aclarar que en cuanto al almacenaje. El criterio correcto para evaluar la calidad del cemento no es el tiempo que ha estado almacenado sino las condiciones de hidratación del cemento al cabo de ese período, por lo que lo aconsejable es tomar las previsiones para enviar o retrasar la hidratación desde un inicio, en vez de dejar pasar el tiempo sin ninguna precaución y entrar en las complicaciones de evaluar si estará apto o no para usarse.