Capítulo 2

EL CEMENTO

Ing. Fernando Garnica Cuba

ESCUELA PROFESIONAL

DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA: TECNOLOGIA DEL CONCRETO

EL CEMENTO PORTLAND

DEFINICION

Es un aglomerante hidrófilo (absorvente),

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 y el efecto publicitario que

pretendió darle en el ano 1924 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

Portland cerca del puerto de Dorset,

Inglaterra.

Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Portland moderno, que con algunas variantes persiste hasta nuestros días y que consiste en moler rocas calcáreas con rocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 ºC produciéndose lo que se denomina el clinker, constituido por bolas endurecidas de diferentes diámetros, que finalmente se muelen añadiéndoseles yeso para tener como producto definitivo un polvo sumamente fino.

MATERIAS PRIMAS DEL CEMENTO

Materiales calcareos: Deben tener un adecuado contenido de Carbonato de Calcio (CO3Ca) que será entre el 60 %y el 80% y no debe tener más de 1,5% de magnesita

Materiales arcillosos: deberán contener sílice en cantidad entre 60% y 70%.

Minerales de fierro: suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades

Yeso: Aporta el sulfato de calcio

El yeso se añade al clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento fraguaría muy rápidamente debido a la hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tricálcico

COMPOSICIÓN DEL CEMENTO

PORTLAND

PROPIEDADES DEL CEMENTO

Finura o fineza: Se refiere al grado de molienda del polvo; se expresa por la superficie esférica en m²/kg

Peso especifico: Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gf/cm³

Resistencia a la compresión: Mide la capacidad mecánica del cemento. Es una de las más importantes propiedades se expresa en kgf/cm²

Contenido de aire: Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total

Calor de hidratación: mide el calor desarrollado por la reacción exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/g

MECANISMO DE HIDRATACION

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 el agua forman hidróxidos e hidratos de Calcio complejos.

Dependiendo de la temperatura, el tiempo y la relación entre la cantidad de agua y cemento que reaccionan se pueden definir los siguientes estados:

Estado Plástico

Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto 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 más resistente.La acción del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina el periodo 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 particular.

Fraguado InicialCondición de la pasta de cemento en 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 que se evidencia el proceso exotérmico donde se genera el denominado 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 Iíquido 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 más estable con el tiempo al gel CHS. En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformaciones permanentes ni alteraciones en la estructura que aun esta en formación.

Fraguado Final

Se obtiene al término de la etapa de

fraguado inicial, caracterizándose por

endurecimiento significativo y

deformaciones permanentes. La

estructura del gel esta constituida por el

ensamble definitivo de sus partículas

endurecidas.

EndurecimientoSe 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 continua de manera indefinida.Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente las influencias de la composición del cemento.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 esta 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, la temperatura adecuada y tiempo, y de aquí es donde se desprende 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.

Tipos de Cementos y sus Aplicaciones

Tipo I

De uso general, donde no se requierenpropiedades especiales, alto calor y f’c alto.

Tipo II

De moderada resistencia a los sulfatos ymoderado calor de hidratación. Para emplearseen estructuras con ambientes agresivos y/o envaciados masivos.

Tipo III

Desarrollo rápido de resistencia con elevado calorde hidratación. Para uso en clima frío o en los casosen que se necesita adelantar la puesta en serviciode las estructuras.

Tipo IV

De bajo calor de hidratación. Para concreto masivo.

Tipo V

Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muyagresivos.

Cementos Mezclados o Adicionados

Tipo IS

Cemento al que se ha añadido entre un 25% a70% de escoria de altos hornos referido al pesototal.

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 menor de 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), o

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 aglomerantes.

En Perú se fabrican tipo I, II V, IP y IPM

Los fabricantes suelen hacer mucha pruebas de

morteros, pero pocas de concretos.

Las ventajas de los cementos puzolánicos no

son aprovechadas debido a la poca información

Desarrollo de la Resistencia a la Compresión en %

de la Resistencia a los 28 días

FABRICAS DE CEMENTOS EN EL PERÚ

LOS CEMENTOS NACIONALES

¿Cómo elegir el cemento?

Nos preguntaremos:

¿Dónde Vamos ha construir?

¿En qué condiciones de exposición vamos a

construir?

¿Qué tipo de estructura y/o que proceso

constructivo vamos a usar?

¿Dónde Vamos a Construir?El medio ambiente y las condiciones de servicio afectan de manera sustancial el comportamiento del concreto, por lo tanto es muy importante es muy importante tener en cuenta el manejo del Calor de Hidratación.

En Clima Cálido: Utilizaremos cementos con bajo calor de hidratación, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al calor de hidratación que producen de mayor a menor, tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo y I.

En Clima Frio: Utilizaremos cementos con alto calor de hidratación, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al calor de hidratación que producen de mayor a menor, tenemos: I, II, IPM, IMs, ICo, V.

¿En Qué Condiciones de exposición

Vamos A Construir?

El concepto que prima es la resistencia a la

agresividad química, por lo tanto es muy

importante tener en cuenta las condiciones de

exposición:

Ambiente Marino: Expuestos a cloruros + sulfatos,

por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al

grado de resistencia de mayor a menor tenemos:

IP, V, IPM, II,IMs, ICo, I.

Suelo con Sulfatos: Ordenando los cementos de

acuerdo al grado de resistencia a los sulfatos de

mayor a menor tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo, I.