SISTEMAS CONSTRUCTIVOS

CEMENTOS

UNPAMI. Sergio Márquez Domínguez

Bernardo Lechuga Estrada

Karina Luna Flores

Maria de la Paz Elvira Feria

Antecedentes De Una Industria

Los constructores antiguos utilizaban la arcillapara unir piedras para formar una estructura sólidade protección. El concreto más antiguodescubierto data de cerca de 7000 AC y fueencontrado en 1985, cuando se destapo un piso deconcreto durante la construcción de una carreteraen Yiftah El en Galilea, Israel. Este consiste en unconcreto de cal preparado con caliza calcinada paraproducir cal rápida (cal viva, cal virgen) la cual almezclarse con agua y a la piedra, se endurecióformando el concreto.

Cementos Portland

Los cementos portland son cementos hidráulicoscompuestos principalmente de silicatoshidráulicos de calcio.

Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen porla reacción química con el agua. Durante lareacción, llamada hidratación, el cemento secombina con el agua para formar una masa similara una piedra, llamada pasta.

Cuando se adiciona la pasta (cemento - agua) a losagregados (arena y grava, piedra triturada, etc.) lapasta actúa como un adhesivo y une los agregadospara formar el concreto.

Producción Del Cemento Portland

El cemento portland se produce por lapulverización del clínker el cual consiste ensilicatos de calcio hidráulicos. El clínker tambiéncontiene algunos aluminatos de calcio yferroaluminatos de calcio y una o más formatos desulfato de calcio(yeso)

Etapas De Producción Del Cemento Portland

Tipos De Cemento Portland

Se fabricar diferentes tipos de cementos portlandpara satisfacer a varios requisitos físicos y químicospara aplicaciones especificas. Los cementosportland se producen de acuerdo a lasespecificaciones ASTM C 150, AASHTOM 85 oASTMC 1157.

, especificaciones de Norma para elCemento Portland, designa a ocho tipos cementos.

Tipo I• Normal.

Tipo IA

• Normal con aire incluido.

Tipo II• Moderada resistencia a los sulfatos.

Tipo IIA

• Moderada resistencia a los sulfatos con aire incluido.

Tipo III

• Alta resistencia inicial (alta resistencia temprana).

Tipo IIIA

• Alta resistencia inicial con aire incluido.

Tipo IV

• Bajo calor de hidratante.

Tipo V• Alta resistencia a los sulfatos.

AASHTOM 85

Especificaciones para el cemento Portland,también usa cinco designaciones para el cementoportland del I al V. los requisitos de la M 85 soncasi idénticos a los de la ASTMC 150. lasespecificaciones de la AASHTO se usan poralgunos departamentos de transportes estatalesen lugar de las normas ASTM.

ASTMC 1157

Esta especificación se indica genéricamente paralos cementos hidráulicos que incluyen cementoportland, cemento portland modificado y cementohidráulico mezclado.

Especificaciones de desempeño para los CementosHidráulicos , trae seis tipos de cementos,conforme.

ASTMC 1157

Tipo GU

• Uso general.

Tipo GH

• Alta resistencia inicial.

Tipo MS

• Moderada resistencia a los sulfatos.

Tipo HS

• Alta resistencia a los sulfatos.

Tipo MH

• Moderado calor de hidratación.

Tipo LH

• Bajo calor de hidratación.

ASTM C 150

El cemento tipo I es un cemento parauso general, apropiado para todos losusos donde las propiedadesespeciales de otros cementos no seannecesarias.

Se empleos en concreto: pavimentos,edificios en concreto armado,puentes, tanques, embalses, tubería,unidades de mampostería yproductos de concreto pre fabricado ypre colado.

ASTM C 150

El cemento tipo II se usa donde sean necesariasprecauciones contra el ataque por sulfatos.

Se pueden utilizar: en estructuras normales o enmiembros expuestos a suelos o agua subterránea,donde la concentración de sulfato sea más alta quelo normal pero no severa.

ASTM C 150

El cemento de tipo III ofrece resistencia a edadestempranas, normalmente una semana o menos.Este cemento es química y físicamente similar alcemento tipo I a excepción que sus partículas semuelen más finamente.

Se utiliza: cuando se necesita remover lascimbras(encofrados) lo más temprano posible ocuando la estructura sea puesto en serviciorápidamente.

ASTM C 150

El cemento tipo IV se usadonde se deban minimizar latasa y calidad de calorgenerado por la hidratación.

Se emplea: en estructuras deconcreto masivo(hormigónmasa), tales como lasgrandes presas por gravedad.

ASTM C 150

El cemento tipo V se utiliza en concretos expuestosa la acción severa de sulfatos. Su desarrollo deresistencia es más lento que el del cemento tipo I.

Se utiliza: en cualquier estructura.

Cementos Con Aire Incluido

La ASTM C 150 y la AASHTO M 85 presentanespecifica­ciones para tres cementos con aireincluido (incorporado) (Tipos I A, IIA y III A).Ellos corresponden a la composición de loscementos ASTM tipos I, II y III, respectivamente, aexcepción de que, durante su producción, semuelen en pequeñas cantidades de materialincorporados de aire justamente con el clínker.

Cemento Portland Blanco

El cemento portland blanco es un cementoportland distinto del gris básicamente en el color.Este cemento se produce de acuerdo con lasespecificaciones de la ASTM C 150, normalmentetipo I o tipo III. El proceso de producción secontrola de tal manera que el producto final seablanco. El cemento portland blanco se fabrica conmaterias primas seleccionadas que contienencantidades insignificantes de óxidos de hierro ymagnesio, pues son estas substancias las que ledan el color gris al cemento.

Usos Del Cemento Portland Blanco

Principalmente con finalidades arquitectónicas

En muros estructurales

Concreto prefabricado (premoldeado)

Concreto reforzado con fibras de vidrio (CRFV

Paneles de fachada

Superficies de pavimento

Pinturas en cemento

Mortero para ladrillos y concreto decorativo

CEMENTOS HIDRÁULICOS ADICIONADOS (MEZCLADOS O COMPUESTOS)

En la construcción en concreto, se usa el cementoadicionado (mezclado, compuesto o mezcla) de lamisma manera que el cemento portland. Se lopuede emplear como el único material cementanteen el concreto o se lo puede usar en combinacióncon otros materiales cemen­tantessuplementarios, adicionados en la planta deconcreto o mezcladora (hormigonera).

Normalmente, se especifica el uso del cementomezclado en combinación con puzolanas(piedrasvolcánicas) y escorias locales.

Cementos Adicionados

Se producen por la molienda uniforme y conjuntao por la mezcla de dos o más tipos de materialesfinos. Los materiales principales son:

Cemento portland

Escoria granulada de alto horno

Ceniza volante

Humo de sílice

Arcilla calcinada

Cal hidratada

Combinacionespremezcladas de estosmateriales

Cementos Hidráulicos MezcladosASTM C 595

Tipo IS • Cemento portland de alto horno.

Tipo IP y P

• Cemento portland puzolánico.

Tipo I PM

• Cemento portland modificado puzolana.

Tipo S• Cemento de escoria o siderúrgico.

Tipo I

SM

• Cemento portland modificado con escorías.

Tipo IS

Se puede usar el cemento portland de alto horno,tipo IS, para la construcción en concreto engeneral. El uso histórico de cementos mezclados.

En la producción de estos cementos, la escoriagranulada de alto horno tanto se muelejuntamente con el clínker del cemento portlandcomo se la muele separada­mente y se la mezclacon el cemento portland o entonces se lo producecon la combinación de molienda conjunta ymezclado.

Tipo IP y Tipo P

El tipo P se usa en construcciones que no requieran altas

resistencias iniciales.

El tipo IP se lo puede usar para la construcción en

general .

Los cementos portland puzolánicos se designan como tipo IP o tipo P.

Tipo I (PM)

Los cementos portland modificados con puzolana,Tipo I(PM), se usan en construcciones de concretoen general. El cemento se fabrica con lacombinación del cemento por­tland o el cementoportland de alto horno y una puzolana fina.

Tipo S

El cemento de escoria de alto horno se usa con elcemento portland para la confección de concreto ocon cal para la preparación de mortero, pero no selo emplea separada­mente en concreto estructural.El cemento de escoria se produce por:

1.Mezclado de la escoria granulada de alto hornoy el cemento portland.

2.Mezclado de la escoria granulada de alto hornocon la cal hidratada.

3. Mezclado.

Cementos de albañilería(Mampostería) y Cemento mortero

Los cementos de albañilería satisfacen a losrequisitos de la ASTM C 91, la cual clasifica loscementos de albañi­lería como tipo N, Tipo S y tipoM. El cemento blanco de albañilería y el cementocolorido de albañilería están de acuerdo con laASTM C 91 y están disponibles en algunasregiones. Los cementos mortero siguen losrequisitos de la norma ASTM C 1329, la cualtambién clasifica los cementos para mortero entipo N, tipo S y tipo M.

Cementos Plásticos

Se lo usa para la preparación de revoques y estucosa base de cemento portland. El cemento plásticoconsiste en una mezcla de cemento portland,cemento adicionado y materiales plastificantes(tales como caliza, cal hidratada, cal hidráulica),conjuntamente con materiales introducidos para lamejoría de una o más propiedades, tales comotiempo de fraguado, trabajabilidad, retención deagua y durabilidad.

Cemento Finamente Molido (Cementos Ultra Finos)

Los cementos finamente molidos, tambiénllamados de cementos ultra finos, son cementoshidráulicos los cuales se muelen muy finamentepara usarlos en selladura de suelos finos o enfisuras muy finas de rocas . Las partícu­las decemento son más pequeñas que 10 micrómetros dediámetro y 50% de las partículas son menores que5 micrómetros. Su finura Blaine normalmenteexcede a 800 m2/kg. Estos cementos muy finosconsisten en cemento portland, escoria granuladade alto homo y adiciones minerales.

Cementos Expansivos

El cemento expansivo es un cemento hidráulicoque se expande ligeramente durante el inicio delperiodo de endurecimiento, después del fraguado.

Cementos Para Pozos Petroleros (Petrolíferos)

Los cementos para pozos petroleros, usadospara sellar pozos de petróleo, tambiénllamados de cementación de pozospetroleros, se fabrican normalmente conclínker de cemento portland o de cementoshidráulicos adicionados. Generalmente,deben tener tiempo de fraguado lento ydeben ser resistentes a altas temperaturas ypresiones.

Cementos con Adiciones Funcionales

Las adiciones funcionales se pueden moler con elclínker de cemento para modificar las propiedadesdel cemento hidráulico.

indica las siguientes adiciones: reductores de agua,retardadores (retardantes), aceleradores(acelerantes), reductores de agua y retardadores,reductores de agua y aceleradores y adiciones paracontrol de fragüe.

Estos cementos se pueden utilizar enconstrucciones de concreto normales o especiales,cementación y otras aplicaciones.

Cementos Repelentes Al Agua

Cementos repelentes al agua, algunas vecesllamados cementos impermeables, se producennormalmente con la adición al clínker depequeñas cantidades de aditivos repe­lentes alagua, tales como estearato (sodio, aluminio yotros) durante la molienda final.

Fabricados tanto en el color blanco como en elcolor gris, los cementos repelentes al aguareducen la transmisión de agua por capi-laridadcuando hay poca o ninguna presión, pero noparan la transmisión de vapor de agua. Se usanen morteros para baldosas y azulejos, pinturas yrevestimiento final en estuco.

Cementos de Fraguado Regulado

Cementos de fraguado reguladoson cementos hidráulicos defluoraluminato de calcio que sepueden formular y controlar parala producción de concreto contiempo de fraguado que varíen depocos minutos hasta una hora ycon correspondiente desarrollorápido de la resistencia.

Cementos de Geopolímeros

Los cementos de geopolímeros soncementos hidráulicos inorgánicos que sebasan en la polimerización de minerales.El término se refiere más específicamentea cementos alumino-silicato activados porálcalis, también llamados de cementoszeolíticos o polisialato. Se los han usadopara la construcción en general,aplicaciones de concreto de altaresistencia inicial y estabilización dedesechos. Estos cementos no contienenpolímeros orgánicos o plásticos.

Cementos de Etringita

Los cementos de etringita son cementos desulfoaluminato de calcio que se formulanespecialmente para aplicaciones especiales, talescomo la estabilización de materiales de desecho.

Estos cementos se pueden formular con grandescantidades de etringita para la estabilización deiones metálicos específicos a lo largo de laestructura de la etringita.

Cementos De Endurecimiento Rápido

El cemento hidráulico de endurecimiento rápido,alta resistencia inicial, se usa en construccionestales como pavi­mentos de rápida habilitación altránsito (fast track), donde el desarrollo rápido dela resistencia.

Cementos De Aluminato De Calcio

El cemento de aluminato de calcio no tiene como base elcemento portland. Se lo utiliza en aplicaciones especialespara desarrollo rápido de resistencia (resistencia de diseñoen un día), resistencia a altas temperaturas y resistencia alos sulfatos, ácidos débiles y agua de la mar. Lacombinación del cemento portland y del cemento dealuminato de calcio se ha empleado para la preparación deconcretos y morteros de fraguado rápido.

Las aplicaciones típicas de los concretos de aluminato decalcio incluyen: pisos industriales con resistencia química,resistencia a altas temperaturas y resistencia a corrosión;revestimientos refractarios moldeados y reparación.

Cementos De Fosfato De Magnesio

El cemento de fosfato de magnesio es un cementode fraguado rápido y alta resistencia inicial. Se loutiliza normalmente en aplicaciones especiales,tales como reparación de pavimentos y estructurasde concreto o por ejemplo en ciertos productosquímicos. Este cemento no contiene cementoportland.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO

Las especificaciones decemento presentan límites paralas propiedades físicas y para lacomposición química.

Tamaño de las Partículas y Finura

El cemento portland consisteen partículas angularesindi­viduales, con una variedadde tamaños resultantes de lapulverización del clínker en elmolino.

Sanidad (Constancia De Volumen)

La sanidad se refiere a lahabilidad de la pasta decemento en mantener suvolumen. La falta de sanidado la expan­sión destructivaretardada se puede causarpor la cantidad excesiva decal libre o magnesiasupercalcinadas.

Endurecimiento Prematuro (Falso Fraguado Y Fraguado Rápido)

El endurecimiento prematuro es el desarrollo temprano dela rigidez en las características de trabajabilídad oplastici­dad de la pasta, mortero o concreto de cemento.Esto incluye ambos fraguados, el falso y el rápido.

El falso fraguado se evidencia por la pérdida conside­rablede plasticidad, inmediatamente después del mezclado, sinninguna evolución de calor.

El fraguado rápido se evidencia por una pérdida rápida detrabajabilidad en la pasta, mortero o concreto a una edadaún temprana.

El endurecimiento correcto resulta de un equilibriocuidadoso de los compuestos de sulfato y aluminato, biencomo de temperatura y finura adecuadas de los materiales(las cuales controlan la hidratación y la tasa de disolución

Resistencia a Compresión

La resistencia a compresiónes aquélla obtenida por laprueba (ensayo), porejemplo, de cubos ocilindros de mortero deacuerdo con las normasnacionales de la enseña elensayo. Se debe preparar ycurar los especímenes deacuerdo con la prescripciónde la norma y con el uso dearena estándar.

Calor De Hidratación

El calor de hidratación es el calor que se genera porla reac­ción entre el cemento y el agua. La cantidadde calor gene­rado depende, principalmente, de lacomposición química del cemento, siendo el C3A yel C3S los compuestos más importantes para laevolución de calor. La relación agua-cemento, lafinura del cemento y la temperatura de curadotambién son factores que intervienen en lageneración de calor. Un aumento de la finura, delcontenido de cemento y de la temperatura decurado aumentan el calor de hidratación.

Según La Norma ASTM C 186

Masa Especifica Y Masa Especifica Relativa

La masa específica del cemento (peso específico,densidad) se define como el peso de cemento porunidad de volumen de los sólidos o partículas,excluyéndose el aire entre las partículas.

La masa específica del cemento varía de 3.10 hasta3.25, con prome­dio de 3.15 Mg/m3.

Análisis Térmico

En el análisis térmico, se calienta una pequeñamuestra a una tasa controlada hasta altastemperaturas (hasta 1000°C o más). A medida quelos compuestos reaccionan o se descomponen, seregistran los cambios que ocurren en función deltiempo y de la temperatura.

Hay una serie de cambios, tales como cambios dela masa, temperatura, energía o estado de lamuestra.

Análisis Por Termogravimetría (TGA)

El análisis por termogravimetría (TGA) es unatécnica que mide la masa de una muestra a medidaque se calienta (o se enfría) a una tasa controlada.

El cambio de masa de la muestra depende de lacomposición de la muestra, de la tempera tura, dela tasa de calentamiento y el tipo del gas en elhomo (aire, oxígeno, nitrógeno, argón u otro gas).

Análisis Térmico Diferencial (DTA)

El análisis térmico diferencial (DTA) es un métodoanalítico a través del cual se mide la diferencia detemperatura entre una muestra y el controlmientras que la muestra se calienta. El controlnormalmente es un material inerte, tal comoalúmina en polvo, que no reacciona en latemperatura empleada en el ensayo (prueba).

Calorimetría Diferencial De Barrido (DSC)

En la calorimetríadiferencial de barrido(DSC), se midedirectamente el calorabsorbido o liberadoen función de latemperatura y deltiempo y se comparacon una referencia.

Almacenamiento Del Cemento

El cemento es un material sensible a la humedad;si se mantiene seco, va a retener su calidadindefinidamente. El cemento almacenado encontacto con el aire húmedo o humedad fraguamás lentamente y tiene menos resistencia que uncemento mantenido seco.

Los sacos se deben apilar juntos para reducir lacirculación del aire, pero no se deben nunca apilarcerca de los muros externos. Los sacos que sealmace­nen por un largo periodo se deben cubrircon lonas (mantas) u otra cobertura impermeable.

Cemento Caliente

Cuando se pulveriza el clínker de cemento en elmolino, la fricción genera calor. Entonces, elcemento recién molido está aún caliente cuando selo coloca en los silos de alma­cenamiento en lasplantas de cemento.

Este calor se disipa lentamente, por lo tanto en elverano, cuando la demanda de cemento es mayor,el cemento puede estar todavía caliente cuando esenviado a una planta de concreto premezclado o ala obra.