Upload
fernando-tunjar-rodriguez
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/16/2019 I 2 Cementos
1/68
TECNOLOGIA DEL CONCRETO
Profesor : Cristian Sotomayor C.CICLO 2016 - I
EL CEMENTO
8/16/2019 I 2 Cementos
2/68
UNIDAD 1: MATERIALES PARA EL CONCRETO
(8hrs – Semana 1 y 2)Parte 2: El cemento2.1 Definición de material ligante cementício e hidráulico
2.2 El cemento Portland
2.3 Fuentes de materia prima
2.4 Fabricación del cemento Portland
2.5 Composición química del cemento y potencial de bogue
2.6 Fases minerales del cemento
2.7 Hidratación del cemento
2.8 La relación agua/cemento2.9 Tipos de cemento en el mundo y Perú
2.10 Requisitos de los ensayos de control y normatividad
(ASTM/NTP)
Plan de presentación
8/16/2019 I 2 Cementos
3/68
Bibliografía
http://www.4shared.com/office/O96TZEvx/Diseo_y_Control_de_Mezclas_de_.htmlhttp://www.4shared.com/office/O96TZEvx/Diseo_y_Control_de_Mezclas_de_.html
8/16/2019 I 2 Cementos
4/68
Material ligante cementício
compuesto inorgánico quepuede ser mezclado con elagua para unir otros tipos demateriales. Ejm: Yeso y cal
Material ligante hidráulico
material cementício que puedeademás solidificarse al reaccionar químicamente con el agua(hidratación) formando nuevos
compuestos estables bajo el agua.Ejm: cemento Portland
Material ligante cementicio e hidráulico
http://www.google.com/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=mLozK8qIwGygdM&tbnid=bqPcZ0YRpWVQsM&ved=0CAgQjRw&url=http://www.barmexinc.com/cal_hidratada.html&ei=ZB4zU9LwCfSmsASX1IGIBQ&psig=AFQjCNEXbacTsg1RryCtaa8xGqkVIsn7Eg&ust=1395945444255124http://www.google.com/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=mLozK8qIwGygdM&tbnid=bqPcZ0YRpWVQsM&ved=0CAgQjRw&url=http://www.barmexinc.com/cal_hidratada.html&ei=ZB4zU9LwCfSmsASX1IGIBQ&psig=AFQjCNEXbacTsg1RryCtaa8xGqkVIsn7Eg&ust=1395945444255124
8/16/2019 I 2 Cementos
5/68
Material ligante cementicio e hidráulico
8/16/2019 I 2 Cementos
6/68
Material ligante cementicio e hidráulico
8/16/2019 I 2 Cementos
7/68
7
Polvo mineral gris y fino, el cual al reaccionar químicamente con el agua
(hidratación) se solidifica y produce elementos estables en el agua, de allí quees conocido como ligante hidráulico. Está compuesto principalmente de óxidode calcio (CaO) y sílice (SiO2) en grandes proporciones, y de óxido dealuminio (Al2O3) y fierro (Fe2O3) en menor proporción.
ANTES DESPUES
Cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
8/68
Referencia: PCA Diseño y Control de Mezclas de Concreto.
Fuentes de materia prima para fabricaciónde cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
9/68
Fabricación del cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
10/68Referencia: PCA Diseño y Control de Mezclas de Concreto.
Fabricación del cemento Portland (Vía seca)
8/16/2019 I 2 Cementos
11/68
8/16/2019 I 2 Cementos
12/68
Fabricación del cemento Portland (Vía seca)
8/16/2019 I 2 Cementos
13/68
8/16/2019 I 2 Cementos
14/68
Fabricación del cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
15/68
Fabricación del cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
16/68
Molienda del clinker con 5% desulfato de calcio
95% del material debe pasar eltamiz # 325.
MOLIENDA DEL CLINKER
Fabricación del cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
17/68
TRANSPORTE DEL CEMENTO
Fabricación del cemento Portland
8/16/2019 I 2 Cementos
18/68
Fabricación de cemento: HOLCIMhttps://www.youtube.com/watch?v=zL_Y_NwBroM
Fabricación de cemento: CEMEXhttps://www.youtube.com/watch?v=-ixpHOFdBzY
https://www.youtube.com/watch?v=CZs8-b3bqfA :DISCOVERY CHANNEL
Fabricación del cemento Portland
https://www.youtube.com/watch?v=zL_Y_NwBroMhttps://www.youtube.com/watch?v=zL_Y_NwBroMhttps://www.youtube.com/watch?v=-ixpHOFdBzYhttps://www.youtube.com/watch?v=-ixpHOFdBzYhttps://www.youtube.com/watch?v=CZs8-b3bqfAhttps://www.youtube.com/watch?v=CZs8-b3bqfAhttps://www.youtube.com/watch?v=CZs8-b3bqfAhttps://www.youtube.com/watch?v=-ixpHOFdBzYhttps://www.youtube.com/watch?v=zL_Y_NwBroM
8/16/2019 I 2 Cementos
19/68
95%
ComponenteQuímico
Procedencia
Oxido de Calcio (CaO) Rocas Calizas
Oxido de Sílice (SiO2) Areniscas
Oxido de Aluminio (Al2O3) Arcillas
Oxido de Fierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro,Pirita
5%
Oxidos de Magnesio(MgO), Sodio (Na2O), Minerales Varios
Potasio (K2O), Titanio, Azufre,
Fósforo y Manganeso
Composición química del Cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
20/68
OxidoComponente Rango Típico(%) Abreviatura
CaO 60 - 69 C
SiO2 18 - 24 S
Al2O3 4 - 8 A
Fe2O3 1 - 8 F
SO3 1 - 3
MgO 1 - 5
K2O y Na2O 0.25 - 1.5
S
M
K y N
Composición química del Cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
21/68
1. Todo el SO3 es combinado sobre la forma de sulfato de calcio
(No considerar la presencia de sulfatos alcalinos)
2. Todo el Fe2O3 se encuentra en el C4 AF (Les iones Fe3+ et Al3+
pueden substituirse más fácilmente entre ellos).
3. La cantidad restante de Al2O3 se encuentra en el C3 A
4. Finalmente, la sílice y la cal se comparten entre el C3S y el
C2S (Sin embargo en el análisis al microscopio se observa
que los cristales de C3S y C2S contienen impurezas).
Composición potencial de Bogue
8/16/2019 I 2 Cementos
22/68
C4AF = 3.04 Fe2O3
C3A = 2.65 Al2O3 – 1.69 Fe2O3
C2S = 8.6 SiO2 + 1.08 Fe2O3 + 5.07 Al2O3 – 3.07 CaO
C3S = 4.07CaO –
7.06 SiO2 –
1.43 Fe2O3 –
6.72 Al2O3 –
2.85 SO3
Composición potencial de Bogue
8/16/2019 I 2 Cementos
23/68
23
Fase Pura Nombre Abreviación Fase ImpuraCantidad
promedio
3CaO.SiO2 Silicato tricálcico C3S Alita 50%
2CaO.SiO2 Silicato dicálcico C2S Belita 25%3CaO.Al2O3 Aluminato tricálcico C3 A Algunas veces celita 12%
4CaO.Al2O3.Fe2SO3 Ferroaluminato tricálcico C4 AF Algunas veces felita 8%
CaSO4.2H2O Yeso CS 2H 3.5%
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
24/68
24
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
25/68
25
Fases minerales al microscopio (DRX)
8/16/2019 I 2 Cementos
26/68
26
C3S
Favorece el desarrollo de resistencia a edad temprana Se hidrata y endurece rápidamente.
70% de la reacción ocurre antes de los 28 días
C2S
Contribuye al desarrollo de resistencia a largo plazo
Se hidrata y endurece lentamente
30% de la reacción ocurre antes de los 28 días
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
27/68
27
C3A
Condiciona fraguado violento, actuando como catalizador el yeso
(3%-6% para controlar su rapidez)
Libera una gran cantidad de calor durante los primeros días, de
hidratación muy rápida y endurecimiento. Responsable de la resistencia a los sulfatos (Sulfoaluminatos
expansivos)
Poca contribución a la resistencia a largo plazo
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
28/68
28
MgO
K2O, Na2O Alcalis
Componente menor, > 5% problemas expansión en la
pasta hidratada y endurecida.
Reacciones químicas con ciertos agregados, solubles en agua.
Problemas de florescencias con agregados calcáreos.
C4AF
Responsable del color del cemento Se hidrata con rapidez pero con poca contribución en la
resistencia a largo plazo
Otros componentes
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
29/68
Rápido y prolongado
Lento y muy prolongado
Muy rápido y de corta duración
Lento y poco significativo
Alto (120 cal/g)
Bajo (62 cal/g)
Muy alto (207 cal/g)
Moderado (100 cal/g)
Rápida
Lenta
Muy rápida
Rápida
C3S
C2S
C3A
C4AF
DESARROLLO DERESISTENCIA
CALOR DEHIDRATACIÓN
VELOCIDAD DEHIDRATACIÓN
FASE
Fases minerales del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
30/68
30
Referencia: Regourd, 1982; Eckart et coll., 1995.
MINUTOS HORAS DIAS
Cinética de hidratación del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
31/68
31
Los Hidratos:- -Silicato de calcio hidratado
(C-S-H).
- -Cal hidratada o portlanditaCa(OH)2
- - Poros capilares
- - Cemento no hidratado yagua sobrante.
Estructura de la pasta de cemento hidratada
8/16/2019 I 2 Cementos
32/68
32
El C-S-H ocupa entre 50 y 60% del volumen sólido de la pasta decemento completamente hidratada.
La cal hidratada Ca(OH)2 o CH ocupa entre 20 a 25% de sólidos en
la pasta hidratada.
Los aluminatos hidratados ocupan de 10 a 15% de sólidos en la
pasta hidratada (Etringita, monosulfoaluminatos).
Los poros capilares fluctúan entre 0.05 µm a 5 µm. Los poros de
gel < 40 Å.
Estructura de la pasta de cemento hidratada
Componentes solidos de la pasta de cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
33/68
Componentes solidos de la pasta de cementohidratada
Componentes solidos de la pasta de cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
34/68
Componentes solidos de la pasta de cementohidratada
8/16/2019 I 2 Cementos
35/68
CLINKER +
GYPSUM +
HARDENED
CONCRETE
50 – 60%
20 - 25%
10 – 20% +Others
VOIDS
8/16/2019 I 2 Cementos
36/68
36
Tamaño de poros y sólidos en pasta hidratada
8/16/2019 I 2 Cementos
37/68
8/16/2019 I 2 Cementos
38/68
ESTADO FRESCO ESTADO ENDURECIDO
La relación agua / cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
39/68
8/16/2019 I 2 Cementos
40/68
8/16/2019 I 2 Cementos
41/68
La relación agua / cemento
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
R e s i s t e n c i a e n
c o m p r e s i ó n f ´
c e n k g / c m 2
Relación Agua/cemento en peso
Resistencia en compresión vs Relación Agua/Cemento
Ti d t P tl d (ASTM C 150)
8/16/2019 I 2 Cementos
42/68
Tip o II (20): Med ian a Res is ten cia Su lfat os , c alo r
m o d erad o , f ć len to .
Tip o I (10): Uso g en eral , alt o c alo r, f ć ráp id o
Tipo III (30): Alt o calor, f ć m uy rápid o, b aja resistenc ia
s u l f a t o s .
Tipo IV (40): Mu y bajo calo r, f ć mu y len to
Tipo V (50): Muy resistente su l fatos bajo calor, f ć mu y
lento
Tipos de cementos Portland (ASTM C 150)
E l ió d l i t i d l t
8/16/2019 I 2 Cementos
43/68
Evolución de la resistencia de los cementos
Ti d t P tl d (ASTM C 595)
8/16/2019 I 2 Cementos
44/68
Tipo IP : Uso general, has ta 15 % a 40% puzolana. Meno rcalo r, f ć después 28 días
Tipo IPM : Uso general, hasta 15% puzolana. Meno r calor,
f ć después 28 días
Tipo MS : Mediana resis tencia a su lfatos, hasta 25%
esco ria, menor calo r, f ć después 28 días
Tipo ICo : Uso general, hasta 30% fi l ler cal izo. Meno r
calo r, f ć después 28 días
Tipos de cementos Portland (ASTM C 595)
Ti d t P tl d (ASTM C 1157)
8/16/2019 I 2 Cementos
45/68
En cuanto a los requisitos de performance de los cementos
Portland para aplicaciones generales y especiales, no existen
restricciones en su composición o en sus constituyentes.
TIPOS:
Tipo GU.- Uso general.
Tipo HE.- De alta resistencia inicial.
Tipo MS.- De moderada resistencia a los sulfatos Tipo HS.- De alta resistencia a los sulfatos.
Tipo MH.- De moderado calor de hidratación.
Tipo LH.- De bajo calor de hidratación.
Tipos de cementos Portland (ASTM C 1157)
Ti d E (EN 19 1)
8/16/2019 I 2 Cementos
46/68
Tipos de cementos en Europa (EN 197-1)
Ti d t li ió
8/16/2019 I 2 Cementos
47/68
Tipos de cementos por aplicación
Ti d t li ió
8/16/2019 I 2 Cementos
48/68
Tipos de cementos por aplicación
8/16/2019 I 2 Cementos
49/68
Las Fábricas
de Cemento en
el Perú
Cementos
Rioja
CementosPacasmayo
UNACEM: Cementos
Lima + Andino
Cementos
Yura
Cementos
Sur
Cementos Lima
Cementos Andino
Tipos de cementos en el Perú
8/16/2019 I 2 Cementos
50/68
Tipos de cementos en el Perú
Tipos de cementos en el Perú
8/16/2019 I 2 Cementos
51/68
Fuente: ASOCEM
Tipos de cementos en el Perú
R i it d t l d lid d
8/16/2019 I 2 Cementos
52/68
Requisitos de control de calidad
C t l d f i ló i
8/16/2019 I 2 Cementos
53/68
Control de fases mineralógicas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
S e
t I -
1 0
S e
t I I -
1 0
O c
t I -
1 0
O c
t I I -
1 0
N o v
I - 1 0
N o v
I I - 1
0
D i c I -
1 0
D i c I I -
1 0
E n e
I -
1 1
E n e
I I -
1 1
F e
b I -
1 1
F e
b I I -
1 1
M a r
I -
1 1
M a r
I l -
1 1
A b r
I -
1 1
A b r
I I -
1 1
M a y
I - 1
1
M a y
I I - 1
1
J U N
I - 1
1
J U N
I I - 1
1
J U L I - 1
1
J U L I I - 1
1
A g o
I - 1
1
A g o
I I - 1
1
S E T I - 1 1
S E T I I - 1
1
O C T I - 1 1
O C T I I - 1
1
N O V I - 1 1
N O V I I - 1
1
D I C
I - 1 1
D I C
I I - 1
1
E n e
I - 1
2
E n e
I I - 1
2
F e
b I - 1
2
F e
b I I -
1 2
M a r
I - 1 2
M a r
I l -
1 2
A b r
I -
1 2
A b r
I I -
1 2
M a y
I - 1
2
M a y
I I - 1
2
J U N
I - 1
2
J U N
I I - 1
2
J U L I - 1
2
J U L I I - 1
2
%
PERIODO
FASES MINERALOGICAS DEL CEMENTO ANDINO T-I
C3S
C2S
C3A
C4AF
R i it d t l d lid d
8/16/2019 I 2 Cementos
54/68
Requisitos de control de calidad
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
55/68
GRANULOMETRÍA DEL CEMENTO
Ensayos de control de calidad del cemento
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
56/68
FINEZA (BLAINE) DEL CEMENTO – m2 /kg
Ensayos de control de calidad del cemento
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
57/68
Ensayos de control de calidad del cemento
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
M A Y I I - 1
0
J U N
I - 1 0
J u n
I I -
1 0
J u
l I -
1 0
J u
l I I -
1 0
A g o
I -
1 0
A g o
I I -
1 0
S e
t I -
1 0
S e
t I I -
1 0
O c
t I -
1 0
O c
t I I -
1 0
N o v
I - 1 0
N o v
I I - 1
0
D i c I -
1 0
D i c I I -
1 0
E n e
I -
1 1
E n e
I I -
1 1
F e
b I -
1 1
F e
b I I -
1 1
M a r
I -
1 1
M a r
I l -
1 1
A b r
I -
1 1
A b r
I I -
1 1
M a y
I -
1 1
M a y
I I -
1 1
J u n
I - 1
1
J u n
I I - 1
1
J u
l I - 1
1
J u
l I I - 1
1
A g o
I - 1 1
A g o
I I - 1
1
S E T I - 1 1
S E T I I - 1
1
O C T I - 1 1
O C T I I - 1
1
N O V I - 1 1
N O V I I - 1
1
D I C
I - 1 1
D I C
I I - 1
1
E n e
I -
1 2
E n e
I I -
1 2
F e
b I - 1
2
F e
b I I -
1 2
M a r
I - 1 2
M a r
I l -
1 2
A b r
I -
1 2
A b r
I I -
1 2
M a y
I -
1 2
M a y
I I -
1 2
J u n
I - 1
2
J u n
I I - 1
2
J u
l I - 1
2
J u
l I I - 1
2
B L A I N E c m 2 / g
PERIODO
SUPERFICIE ESPECIFICA BLAINE DEL CEMENTO LIMA SOL T-1
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
58/68
GRAVEDAD ESPECIFICA (g/cm3
)
Frasco de Le Chatelier(ASTM C 188)
TIEMPO DE FRAGUADO
Agujas Vicat
(ASTM C 191)
Ensayos de control de calidad del cemento
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
59/68
Ensayo de resistencia en compresión f’cDel cemento en cubos de 2”x2”
(ASTM C 109)
Ensayos de control de calidad del cemento
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
60/68
0
50
100
150
200
250
300
350
400
E n e
I - 1
1
E n e
I I - 1
1
F e
b I - 1
1
F e
b I I - 1
1
M a r
I - 1
1
M a r
I l - 1
1
A b r
I - 1
1
A b r
I I - 1
1
M a y
I - 1
1
M a y
I I - 1
1
J U N
I - 1
1
J U N
I I - 1
1
J U L I - 1
1
J U L I I - 1
1
A g o
I - 1
1
A g o
I I - 1
1
S E T I - 1 1
S E T I I - 1
1
O C T I - 1 1
O C T I I - 1
1
N O V I - 1 1
N O V I I - 1
1
D I C
I - 1 1
D I C
I I - 1
1
E n e
I - 1
2
E n e
I I - 1
2
F e
b I - 1
2
F e
b I I - 1
2
M a r
I - 1 2
M a r
I l - 1
2
A b r
I - 1
2
A b r
I I - 1
2
M a y
I - 1
2
M a y
I I - 1
2
J U N
I - 1
2
J U N
I I - 1
2
J U L I - 1
2
J U L I I - 1
2
F ´ C ( K g
/ c m 2 )
PERIODO
RESISTENCIA EN COMPRESION DEL CEMENTO ANDINO T-I
F´C 3 DIAS
F´C 7 DIAS
F´C 28 DIAS
.
Ensayos de control de calidad del cemento
8/16/2019 I 2 Cementos
61/68
Normatividad Peruana
8/16/2019 I 2 Cementos
62/68
1. NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES
1.1 CEMENTOS PORTLAND:NTP 334.009:2013
1.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: NTP334.090:2013
1.3 CEMENTOS PORTLAND. ESPECIFICACIÓN DE
LA PERFORMANCE: NTP 334.082:2001
1.4 CEMENTO DE ALBAÑILERÍA:
NTP 334.069:1998
Normatividad Peruana
Normatividad Peruana
8/16/2019 I 2 Cementos
63/68
1. NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES
NTP 334.009 NTP 334.090 NTP 334.082PRESCRIPTIVA PRESCRIPTIVA PERFORMANCE
CEMENTOS CEMENTOS TODOSTRADICIONALES ADICIONADOS
I,II,III,IV y V IP,IPM,IS;ISM y ICo GU,HE,MS,HS,
MH y LH
ASTM C150 ASTM C595 ASTM C1157
Normatividad Peruana
Normatividad Peruana
8/16/2019 I 2 Cementos
64/68
DIFERENCIAS
NORMA PRESCRIPTIVA NORMA DE PERFORMANCE
ENSAYOS FISICOS ENSAYOS FISICOS
ENSAYOS QUIMICOS
- MS y HS Resistencia a los
Sulfatos- MH y LH Calor de hidratación
Normatividad Peruana
Cómo elegir un buen cemento?
8/16/2019 I 2 Cementos
65/68
Tenem os que iden t if icar p r im ero el lugar donde vam os a
con stru ir, para evaluar las c on dic io nes ambien tales y d e servic io que es tarásomet ido el p royec to
Ejm: clima cálido:
Cemento con bajo calor de hidratación (Menor a mayor):
V, IP, II, IPM, IMS,IC O , I
Cómo elegir un buen cemento?
Cómo elegir un buen cemento?
8/16/2019 I 2 Cementos
66/68
Tenemos que iden t i f icar en qué cond ic iones de
expos ic ión (agres iv idad quím ica) estará sometido el proyecto.
Ejm: ambiente marino
Cemento resistentes al ataque de cloruros + sulfatos (Mas resistentesa menos resistentes):
IP, V, IPM, II, IMS,IC O , I
Cómo elegir un buen cemento?
Cómo elegir un buen cemento?
8/16/2019 I 2 Cementos
67/68
Quétip o de es tru ctu ra(s ) y p ro ceso con stru ct iv o v amos a
u ti l izar (desar ro llo de res is tenc ia y calo r de h id ratac ión )?
Ejm:
- Vaciados de concreto de gran volumen y poca área dedisipación de calor :
Más favorable a menos favorable: V,IP,II, IPM,IMs,Ico,I
- Desencofrado rápido : Más favorable a menos favorable
I,IPM,II,IMs,ICo,IP,V
Cómo elegir un buen cemento?
Parte 2: conclusiones
8/16/2019 I 2 Cementos
68/68
1. ¿ Que hemos aprendido en la parte 2 de esta sesión?
El cemento es un polvo mineral que al reaccionar químicamentecon el agua se solidifica (hidratación) y produce elementos establesen el agua.
Los componentes C3S y C2S definen la resistencia a corto y largo
plazo, y C3 A condiciona el fraguado violento, siendo regulado por CS 2H.
La relación a/c es muy importante por que está íntimamente ligadoa la resistencia, porosidad y nivel de hidratación del cemento.
El tipo de cemento a usar depende de las condiciones a las queestará sometido el proyecto de construcción.
Parte 2: conclusiones