Tipos de cemento
Se pueden establecer dos tipos bsicos de cementos:1. de origen
arcilloso: obtenidos a partir dearcillay piedracalizaen proporcin 1
a 4 aproximadamente2. de origen puzolnico: lapuzolanadel
cementopuede serde origen orgnico o volcnico.
Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composicin,
por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto
por sus destinos y usos.Desde elpunto de vistaqumico se trata en
general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio,
obtenidos a travs del cocido de calcreo, arcilla y arena. El
material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla
conaguase hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la
composicin qumica de los cementos es compleja, se utilizan
terminologas especficas para definir las composiciones.
El cemento portland
Artculo principal:Cemento PortlandEl poso de cemento ms
utilizado como aglomerante para la preparacin delhormignes
elcemento portland, producto que se obtiene por la pulverizacin
delclinker portlandcon la adicin de una o ms formas deyeso(sulfato
de calcio). Se admite la adicin de otros productos siempre que su
inclusin no afecte las propiedades del cemento resultante.Todos
losproductos adicionales deben ser pulverizados conjuntamente con
el clinker. Cuando el cemento portland es mezclado con el agua, se
obtiene un producto de caractersticas plsticas con propiedades
adherentes que solidifica en algunas horas y endurece
progresivamente durante un perodo de varias semanas hasta adquirir
suresistencia caracterstica. El proceso de solidificacin se debe a
unproceso qumicollamadohidratacin mineral.Con el agregado de
materiales particulares al cemento (calcreo o cal) se obtiene
elcemento plstico, que fragua ms rpidamente y es ms fcilmente
trabajable. Este material es usado en particular para el
revestimiento externo de edificios.NormativaLa calidad del cemento
portland deber estar de acuerdo con la normaASTMC 150. En Europa
debe estar de acuerdo con la norma EN 197-1. En Espaa los cementos
vienen regulados por la Instruccin para recepcin de cementos RC-08,
aprobada por el Real Decreto 956/2008 de 6 de junio.Cementos
portland especialesLoscementos portland especialesson los cementos
que se obtienen de la misma forma que el portland, pero que tienen
caractersticas diferentes a causa de variaciones en el porcentaje
de los componentes que lo forman.Portland frrico
Imagen al microscopio del cemento portland frrico.Elportland
frricoest caracterizado por unmdulo de fundentesde 0,64. Esto
significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se
obtiene introduciendo cenizas de pirita ominerales de hierroen
polvo. Este tipo de composicin comporta por lo tanto, adems de una
mayor presencia de Fe2O3(oxido ferroso), una menor presencia de
3CaOAl2O3cuya hidratacin es la que desarrolla ms calor. Por este
motivo estos cementos son particularmente apropiados para ser
utilizados en climas clidos.Los mejorescementos frricos son los que
tienen unmdulo calcreobajo, en efecto estos contienen una menor
cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratacin produce la mayor cantidad
decal libre(Ca(OH)2). Puesto que la cal libre es el componente
mayormente atacable por lasaguas agresivas, estos cementos,
conteniendo una menor cantidad, son ms resistentes a las aguas
agresivas que el plastico.Cementos blancos[editar]Contrariamente a
los cementos frricos, loscementos blancostienen un mdulo de
fundentes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo
tanto un porcentaje bajsimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a
la falta del hierro que le da una tonalidad griscea al Portland
normal y un grisms oscuroal cemento ferrico. La reduccin del
Fe2O3es compensada con el agregado defluorita(CaF2) y
decriolita(Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricacin en el
horno.para bajarla calidad del tipo de cemento quehoy en dahay 4:
que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II
32,5;tambin llamado pavi) se le suele aadir una cantidad extra de
caliza que se le llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que
normalmente el clinker molido con yeso sera tipo ICementos de
mezclas[editar]Loscementos de mezclasse obtienen agregando al
cemento Portland normal otros componentes como lapuzolana. El
agregado de estos componentes le da a estos cementosnuevas
caractersticasque lo diferencian del Portland normal.Cemento
puzolnico[editar]Se denominapuzolanaa una fina ceniza volcnica
quese extiendeprincipalmente en la regin del Lazio y la Campania,
su nombre deriva de la localidad dePozzuoli, en las proximidades
deNpoles, en las faldas delVesubio. Posteriormente se ha
generalizado a las cenizas volcnicas en otros lugares.
YaVitruviodescriba cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y
roja.Mezclada con cal (en la relacin de 2 a 1) se comporta como el
cemento puzolnico, y permite la preparacin de una buena mezcla en
grado de fraguar incluso bajo agua.Esta propiedad permite el empleo
innovador del hormign, como ya haban entendido los romanos: El
antiguo puerto deCosa (puerto)fue construido con puzolana mezclada
con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente
utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya
en el agua de mar. Los tres muelles son visibles todava, con la
parte sumergida en buenas condiciones despus de 2100 aos.La
puzolana es una piedra de naturaleza cida, muy reactiva, al ser muy
porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolnico
contiene aproximadamente: 55-70% de clinker Portland 30-45% de
puzolana 2-4% de yesoPuesto que la puzolana se combina con la cal
(Ca(OH)2), se tendr una menor cantidad de esta ltima. Pero
justamente porque la cal es el componente que es atacado por
lasaguas agresivas, el cemento puzolnico ser ms resistente al
ataque de stas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3est presente
solamente en el componente constituido por el clinker Portland, la
colada de cemento puzolnico desarrollar un menor calor de reaccin
durante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser
usado en climas particularmente calurosos o para coladas de grandes
dimensiones.Se usa principalmente en elementos en las que se
necesita alta impermeabilidad y durabilidad.Cemento
siderrgico[editar]La puzolana ha sido sustituida en muchos casos
por la ceniza de carbn proveniente de las centrales termoelctricas,
escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando elcuarzo.
Estos componentes son introducidos entre el 35 hasta el 80%. El
porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado,
siendo que se origina a partir de silicatos, es un material
potencialmente hidrulico. sta debe sin embargo ser activada en un
ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este
motivo que debe estar presente por lo menos un 20% de cemento
Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolnico,
el cemento siderrgico tiene mala resistencia a las aguas agresivas
y desarrolla ms calor durante el fraguado. Otra caracterstica de
estos cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde
particularmente resistente a la corrosin atmosfrica causada por los
sulfatos.Tiene alta resistencia qumica, de cidos y sulfatos, y una
alta temperatura al fraguar.Cemento de fraguado
rpido[editar]Elcemento defraguadorpido, tambin conocido como
"cemento romano prompt natural", se caracteriza por iniciar el
fraguado a los pocos minutos de su preparacin con agua. Se produce
en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una
temperatura menor (1.000 a 1.200C).1Es apropiado para trabajos
menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes
obras porque no se dispondra del tiempo para efectuar una buena
aplicacin. Aunque se puede iniciar el fraguado controlado mediante
retardantes naturales (E-330) como el cido ctrico, pero aun as si
inicia el fraguado aproximadamente a los 15 minutos (a 20C). La
ventaja es que al pasar aproximadamente 180 minutos de iniciado del
fraguado, se consigue una resistencia muy alta a la compresin
(entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene gran prestacin para
trabajos de intervencin rpida y definitivos. Hay cementos rpidos
que pasados 10 aos, obtienen una resistencia a la compresin
superior a la de algunos hormigones armados (mayor a 60
MPa).Cemento aluminoso[editar]Artculos principales:Cemento
aluminosoyAluminosis.Elcemento aluminosose produce principalmente a
partir de labauxitacon impurezas dexido de hierro(Fe2O3),xido de
titanio(TiO2) yxido de silicio(SiO2). Adicionalmente se agregaxido
de calcioo biencarbonato de calcio. El cemento aluminoso tambin
recibe el nombre de cemento fundido, pues la temperatura del horno
alcanza hasta los 1.600C, con lo que se alcanza la fusin de los
componentes. El cemento fundido es colado en moldes para formar
lingotes que sern enfriados y finalmente molidos para obtener el
producto final.El cemento aluminoso tiene la siguiente composicin
de xidos: 35-40% xido de calcio 40-50% xido de aluminio 5% xido de
silicio 5-10% xido de hierro 1% xido de titanioSu composicin
completa es: 60-70% CaOAl2O3 10-15% 2CaOSiO2 4CaOAl2O3Fe2O3
2CaOAl2O3SiO2Por lo que se refiere al xido de silicio, su presencia
como impureza tiene que ser menor al 6%, porque el componente al
que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades
hidrfilas (poca absorcin de agua).Reacciones de
hidratacin[editar]CaOAl2O3+10H2O CaOAl2O310H2O(cristales
hexagonales)2(CaOAl2O3)+11H2O 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3(cristales +
gel)2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2(cristales +
gel)Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza bsica,
gracias a la presencia de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de
naturaleza sustancialmente neutra. La presencia del hidrxido de
aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta como cido,
provocando la neutralizacin de los dos componentes y dando como
resultado un cemento neutro.El cemento aluminoso debe utilizarse en
climas fros, con temperaturas inferiores a los 30C. En efecto, si
la temperatura fuera superior, la segunda reaccin de hidratacin
cambiara y se tendra la formacin de 3CaOAl2O36H2O (cristales
cbicos) y una mayor produccin de Al(OH)3, lo que llevara a un
aumento del volumen y podra causar fisuras.
Propiedades generales del cemento[editar] Buena resistencia al
ataque qumico. Resistencia a temperaturas elevadas.Refractario.
Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo.Conversin
interna. Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta
la porosidad. Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy
exotrmico.Est prohibido el uso de cemento aluminoso en hormign
pretensado. La vida til de las estructuras de hormign armado es ms
corta.El fenmeno de conversin (aumento de la porosidad y cada de la
resistencia) puede tardar en aparecer en condiciones de temperatura
y humedad baja.El proyectista debe considerar como valor de clculo,
no la resistencia mxima sino, el valor residual, despus de la
conversin, y no ser mayor de 40 N/mm2.Se recomienda relaciones A/C
0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los recubrimientos (debido
al pH ms bajo).Propiedades fsicas del cemento de aluminato de
calcio[editar] Fraguado: Normal 2-3 horas. Endurecimiento: muy
rpido. En 6-7 horas tiene el 80% de la resistencia. Estabilidad de
volumen: No expansivo. Calor de hidratacin: muy
exotrmico.Aplicaciones[editar]El cemento de aluminato de calcio
resulta muy adecuado para: Hormign refractario. Reparaciones rpidas
de urgencia. Basamentos y bancadas de carcter temporal.Cuando su
uso sea justificable, se puede utilizar en: Obras y elementos
prefabricados, de hormign en masa o hormign no estructural.
Determinados casos de cimentaciones de hormign en masa. Hormign
proyectado.No resulta nada indicado para: Hormign armado
estructural. Hormign en masa o armado de grandes volmenes.(muy
exotrmico)Es prohibido para: Hormign pretensado en todos los
casos.Usos comunes del cemento de aluminato de calcio[editar]
Alcantarillados. Zonas de vertidos industriales. Depuradoras.
Terrenos sulfatados. Ambientes marinos. Como mortero de unin en
construcciones refractarias. Carreteras.
Proceso de fabricaciondel cemento
III. 3 Propiedades fsicas y mecnicas del cementoIII. 3.1
Fraguado y endurecidoEl fraguado es la prdida de plasticidad que
sufre la pasta de cemento. Lavelocidadde fraguado viene limitado
por lasnormasestableciendo un periodo detiempo, a partir del
amasado, dentro del cual debe producirse el principio y fin del
fraguado. Este proceso es controlado por medio delensayode la aguja
de Vicat (NB 063; ASTM C191), que mide el inicio y fin del fraguado
en mediciones de penetraciones cada 15 min, de la siguiente
manera:Inicio del Fraguado.-Cuando la aguja no penetra ms de 25 mm
en la pasta. Se recomienda que una vez iniciado el fraguado el
cemento ya deba estar totalmente colocado y no debe moverse de su
lugar, ya que se originaran fisuras.Fin del Fraguado.-Cuando la
aguja no dejamarcase la superficie de la pasta.
Falso Fraguado o endurecimiento prematuro.-Se manifiesta por un
endurecimiento rpido del hormign poco despus del mezclado. Si este
es resultado de la deshidratacin del yeso durante el proceso de
molido, por lo general desaparecer con un mezclado adicional. Si es
resultado de lainteraccincemento aditivo, es posible que se
requieran agua y mezclado adicionales para mitigar el
problema.Fraguado por compactacin.-En ocasiones, en el manejo del
cemento a granel, se encuentra que el cemento presenta cierta
dificultad para fluir o que fluye mal.Este "fraguado por
compactacin", no tiene efecto sobre las propiedades del cemento
para producir el hormign. El problema suele ser la humedad,
instalaciones de manejo inadecuadamente diseadas o haber dejado que
el cemento se asentara, por demasiado tiempo sin moverlo. El
fraguado por compactacin puede presentarse en donde, durante el
trnsito, la vibracin ha eliminado la mayor parte delaireque rodea
las partculas de cemento, como en los vagones de ferrocarril. Se
puede tener una situacin semejante en los silos dealmacenamiento.
Por lo general, la aplicacin de chorros de aire esponjar bastante
el cemento como para permitir que fluya. El uso de sustancias para
ayudar a la pulverizacin del cemento ha reducido de manera
significativa losproblemasde flujo. Lossistemasmodernos de
aireacin, los vibradores adecuados para los depsitos y los depsitos
y silos correctamente diseados experimentan pocos problemas, en
caso de haberlos.III. 3.2 FinuraInfluye decisivamente en la
velocidad de reacciones qumicas que tienen lugar durante el
fraguado y el principio de este. Al entrar en contacto con el agua,
los granos de cemento solo se hidratan en una profundidad de 0,01
mm, por lo que si dichos granos fuesen muy gruesos, su rendimiento
sera muy pequeo, al quedar en su interior un ncleo prcticamente
inerte, como se ilustra en la figura:
Si el cemento posee una finura excesiva, su retraccin ycalorde
hidratacin sern muy altos, se vuelve ms susceptible a la
meteorizacin y disminuye suresistenciaa las aguas agresivas, lo que
en general resulta muy perjudicial. La finura influye sobre las
propiedades de ganancia de resistencia, en especial hasta un
envejecimiento de 7 das. Por esta razn, el cemento del Tipo III se
muele ms fino que los otros tipos. Aun cuando las especificaciones
(NB 011; ASTM C150) sealan una finura mnima la mayor parte de los
cementos sobrepasan este mnimo en entre un 20 y un 40%. Una seal
prctica de que las partculas son muy pequeas, es cuando durante el
almacenamiento y manejo, una cantidad muy pequea de humedad
pre-hidrata el cemento.Algunos usuarios especifican un mnimo de
finura, en un esfuerzo por minimizar la contraccin por secado del
hormign.III. 3.3 Resistencia mecnicaLa velocidad de endurecimiento
del cemento depende de las propiedades qumicas y fsicas del propio
cemento y de las condiciones de curado, como son la temperatura y
la humedad. La relacin agua/cemento (A/C) influye sobre elvalorde
la resistencia ltima, con base en el efecto del agua sobre la
porosidad de la pasta.Una relacin A/C elevada produce una pasta de
alta porosidad y baja resistencia.La resistencia es medida a los 3,
7 y 28 das, teniendo estas que cumplirlos valoresmnimos.Para
determinar la resistencia a la compresin, se realizael ensayode
Compresin (NB 470; ASTM C109), en el cual se usan cubos de mortero
de 5 cm. por lado, con una relacin constante agua/cemento de 0.485,
y para los cementos con puzolana se calcula esta relacin, segn el
contenido de puzolana, hasta lograr la consistencia especificada.
El mortero para laspruebasconsta de una parte de cemento y 2.75
partes de arena graduada estndar, mezclados con agua. Los cubos de
mortero se preparan en moldes que se compactan en 2 capas con una
varilla normalizada, se deja secar en una cmara con humedad mayor
al 90%. Luego se desmolda y se coloca en agua saturada de Oxido de
Calcio a una temperatura entre 23 a 25C.El ensayo se lleva a cabo
en la mquina de compresin, donde se colocan los cubos y se les
aplicapresin, hasta la rotura.Los cubos son curados unas 24 horas
en los moldes, luego son removidos de estos y son sumergidos en
agua con cal hasta el momento de realizarse el ensayo.
III. 3.4 ExpansinEl exceso de cal libre o de magnesia en el
cemento da por resultado expansin y la desintegracin del hormign
hecho con ese cemento.En el caso de la cal libre, se debe a
partculas de esta que no llegan a combinarse con los dems
componentes y que van aumentando de volumen hasta explotar.En el
caso de la magnesia se debe a la formacin de la periclasa, formada
por el oxido de magnesio que se origina cuando el clinker no ha
sido enfriado rpidamente al salir del horno. La expansin producida
por el magnesio se presenta a largo plazo, produciendo fisuras, por
lo cual la Norma limita la cantidad de oxido de magnesio al
6.0%.III. 3.5 FluidezLa fluidez es una medida de la consistencia de
la pasta de cemento expresada en trminos del incremento del dimetro
de un espcimen moldeado por un medio cono, despus de sacudir un
nmero especifico de veces.Mesa de sacudida.- Ensayo de fluidez
III. 4 Componentes qumicos del cementoEl proceso de fabricacin
del cemento comienza con la obtencin de las materias primas
necesarias para conseguir la composicin deseada para la produccin
del clinker.Los componentes bsicos para el cemento Prtland son:CaO,
obtenida dematerialesricos en cal, como la piedra caliza rica en
CaCO3, con impurezas de SiO2, Al2O3 y MgCO3, de Margas, que son
calizas acompaadas de slice yproductosarcillosos, conchas marinas,
arcilla calcrea, greda, etc.SiO2 y Al2O3, obtenidos de Arcilla,
arcilla esquistosa, pizarra, ceniza muy fina o arena para
proporcionar slice yalmina.Fe2O3, que se obtiene de mineral
dehierro, costras de laminado o algn material semejante para
suministrar el hierro o componente ferrfero.Con los dos primeros
componentes se produce cemento Prtland blanco, el tercero es un
material fundente que reduce la temperatura de calcinacin necesaria
para la produccin del cemento gris. Esta disminucin en la
temperatura, hace que sea ms econmico en su fabricacin, en relacin
al cemento blanco, aunque ambos poseen las mismas propiedades
aglomerantes.El nmero de materias primas requeridas en cualquier
planta depende de la composicinqumicade estos materiales y de los
tipos de cemento que se produzcan. Para llevar a cabo una mezcla
uniforme y adecuada, las materias primas se muestrean y analizan en
forma continua, y se hacen ajustes a las proporciones mientras se
realiza el mezclado.Extraccin.-El proceso industrial comienza con
la extraccin de las materias primas necesarias para la fabricacin
del cemento, tales como piedra caliza, yeso, oxido de hierro y
puzolana. La extraccin se realiza en canteras a cielo abierto
mediante perforaciones y voladuras controladas, para luego ser
transportadas por palas y volquetas a la trituradora.
Almacenamiento
Si es cemento en sacos, deber almacenarse sobre parrillas
demaderao piso de tablas; no se apilar en hileras superpuestas de
ms de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 das, ni de ms de
7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para
evitar que el cemento envejezca indebidamente, despus de llegar al
rea de las obras, el contratista deber utilizarlo en la misma
secuencia cronolgica de su llegada. No se utilizar bolsa alguna de
cemento que tenga ms de dos meses de almacenamiento en el rea de
las obras, salvo que nuevosensayosdemuestren que est en condiciones
satisfactorias.
