Insumos del Concreto
2. Cemento y AguaIng. Ana M. García La Madrid
2016
Logro
Descubrir la importancia del cemento y agua en la elaboración de concreto.
Primer Horno de Cemento - Aspdin
Video / La creación de UNACEM.
https://www.youtube.com/watch?v=7SxerDNS1R4
C E M E N T O
MATERIAS PRIMAS - CALCÁREOS Y ARCILLOSOS
DOSIFICACIÓN
HORNO GIRATORIO HASTA FUSIÓN INCIPIENTE
CLINKER (COMPUESTOS)
MOLIDO + ADICIÓN DE YESO
ANÁLISIS CEMENTO COMPUESTOS
OXIDOS
Ca O
Si O2
AI2O
3
Fe2O
3
Mg O
Na2O
K2O
OXIDOS
Ca O
Si O2
AI2O
Fe2O
3
Mg O
Na2O
K2O
SO3
PC
RI
SILICATO BICÁLCICO
SILICATO TRICÁLCICO
ALUMINATO TRICÁLCICO
FERRO - ALUMINATO
TETRACALCICO
SILICATO DE CALCIO
HIDRATADOS (TOBERMORITA)
ALUMINATOS DE CALCIO
HIDRATADOS
HIDROXIDO DE CALCIO Ca (OH)2
PORTLANDITA
COMPUESTOS HIDRATADOS
2. FASES MINERALES (COMPUESTOS) DEL CLINKER
C3S
C2S
C3A
C4AF
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
CaO
MgO
Silicato tricálcico
Silicato dicálcico
Aluminato tricálcico
Ferroaluminato tetracálcico
Cal libre
Magnesia libre (periclasa)
ABREVIATURAFÓRMULADESIGNACIÓN
INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS
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 DE
RESISTENCIA
CALOR DE
HIDRATACIÓN
VELOCIDAD DE
HIDRATACIÓNFASE
REACCIONES DE HIDRATACION
2 (3CaO.SiO2) + 11 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + 3 (CaO.H2O)
Silicato tricalcico Silicato de calcio hidratado Hidróxido de calcio
2 (2CaO.SiO2) + 9 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + CaO.H2O
Silicato dicalcico Silicato de calcio hidratado Hidróxido de calcio
___________________________________________________________________________
3CaO.Al2O3 + 3(CaO.SO3.2H2O) + 26 H2O --> 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O
Aluminato tricálcico YESO Etringita
2(3CaO.Al2O3) + 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O + 4 H2O --> 3(4CaO. Al2O3.SO3.12H2O)
Aluminato tricálcico Etringita Monosulfoaluminato de calcio
___________________________________________________________________________
4CaO.Al2O3.Fe2O3) + 2(CaO.H2O) + 10 H2O --> 6CaO. Al2O3.Fe2O3.12H2O)Ferroaluminato tetracálcico Hidróxido de calcio Ferroaluminato de calcio hidratado
Volúmenes relativos de los compuestos principales en la microestructura de
pastas de cemento en proceso de hidratación (a/c=0,50)
• C-S-H e hidróxido de calcio: formaciones paralelas y crecientes.
• Yeso: se consume en formación de etringita (AFt) y ésta se transforma en
monosulfoaluminato de calcio (AFm, fase sulfatada final estable en pasta hidratada).
• Volumen de poros: inicialmente ocupados por la fase líquida, se ve reducido
progresivamente, al ser rellenado por los productos sólidos de la hidratación.
PRODUCTOS DE HIDRATACION
Silicatos de calcio Hidratados
fibras o agujas de lento crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación,
responsable de la formación de una matriz densa y resistente.
El cemento hidratado contiene aprox. 50% de C-S-H.
Hidróxido de calcio:
pequeñas placas muy poco resistentes,
parcialmente soluble y vulnerable al ataque de los sulfatos,
importante en la protección de las armaduras frente a la corrosión debido al alto nivel alcalino que aporta al concreto. El cemento hidratado contiene del 15% a 25% de Ca(OH)2
Progreso de la hidratación de una partícula de cemento
1.
2.
3.
4.
Influencia de la relación a/c sobre la resistencia de la pasta:
La resistencia de la pasta depende del grado de interrelación
entre los productos de hidratación de las partículas de cemento.
Videos:
Cementos Tipo I, IP y V. UNACEM.
https://www.youtube.com/watch?v=vCa_lj1TSAE
Pacasmayo y sus cementos adicionados.
https://www.youtube.com/watch?v=HDrqnzdf9Uc
Cementos Inka, tipos ICo y MS.
https://www.youtube.com/watch?v=zz8sWic0YCw
Cementos Yura. Rumi (Tipo IP). Y Genéricos: HE y HS.
https://www.youtube.com/watch?v=fOxYAnPtvHM
CEMENTOS PORTLAND
TIPO I: De uso general.
TIPO II: De uso general, específicamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos.
TIPO II(MS):De uso general,especificamente cuando sea necesario moderado calor de hidratación
TIPO III: Cuando se requiere alta resistencia inicial.
TIPO IV: Cuando se desea bajo calor de hidratación.
TIPO V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfatos.
CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS
CEMENTO +YESO +ADICION MINERAL
ADICIÓN MINERAL:
Materiales inorgánicos que se incorporan alcemento o al concreto, con el fin de mejorarsus propiedades.PRINCIPALES ADICIONES:
a) Puzolanasb) Escoria de Alto Hornoc) Fillers
PRINCIPALES ADICIONES
PUZOLANAS Naturales y Artificiales
Reducen las acciones de los sulfatos; moderan el calor de hidratación
ESCORIA DE ALTOS HORNOS
Incrementan resistencia; intervienen en los tiempos de fragua
FILLER CALIZO
Mejoran la resistencia mecánica
ADICIONES
Es evidente que en los últimos 30 años,el uso de
productos en el concreto tanto aditivos como
adiciones ha crecido en forma muy significativa.
El uso de los cementos adicionados ofrece
posibilidad de uso de menos clinker para una
misma cantidad de cemento.
Por otro lado sirven para reducir las emisiones de
CO2 al disminuir la cantidad necesaria de clinker
para la fabricación del cemento
PUZOLANAS
Las puzolanas naturales son materiales crudos o
calcinados que tienen actividad puzolánica.
Tufos y cenizas volcánicas
Tierras de diatomeas o diatomita
Para que sean activas deben encontrarse al
estado vitreo ( amorfo) o poder ser llevadas a
dicho estado, luego se pulverizan junto con el
Clinker.
Diatomita.
Ceniza volcánica.
PUZOLANAS ARTIFICIALES
Ceniza volante.
Microsílice.
ESCORIA DE ALTOS HORNOS
Subproducto de la fabricación del
acero, cuya composición resulta
similar a la del cemento.
Su actividad depende en gran parte
del sistema de enfriamiento.
Rápido-Propiedades Hidraúlicas
Lento -Material inerte
FILLER CALIZO
Piedra caliza finamente molida
Su finura lo hace funcionar como un filler
Los cementos con esta adición tienen desarrollo
rápido de la resistencia
CEMENTOS PUZOLANICOS
CEMENTO PORTLAND IP (entre 15% y 40%)
CEMENTO PORTLAND IPM (hasta 15%)
CEMENTO CON ESCORIA
CEMENTO CON ESCORIA (25% a 70%)
CEMENTO PORTLAND COMPUESTO ICo
CEMENTO PORTLAND ICo (Hasta 30%)
Adición caliza (filler) u otro material no activo finamente
molido
CEMENTO PORTLAND TERNARIO
CEMENTO PORTLAND IT Ternario
(Cemento portland con dos adiciones)
Ejm: Clinker con yeso + filler + puzolana = cemento IT
USO DE LOS CEMENTOS ADICIONADOS
Uso generalICoPORTLAND COMPUESTO
Uso generalIS, I(SM)PORTLAND DE ESCORIA
Uso generalIP, I(PM)PORTLAND PUZOLÁNICO
Uso generalIPORTLAND
APLICACIONESTIPOCEMENTO
Puede ser especificado:
• Resistencia moderada a los sulfatos (MS)
• Moderado calor de hidratación (MH)
ESPECIFICACION DE LA PERFORMANCE
No existen restricciones de la composición del cemento ode 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.
EQUIVALENTES ENTRE PORTLAND Y GENERICOS
GENERICOS:
Tipo GU.- Uso general.
Tipo HE.- De alta resistencia inicial.
Tipo MS.- De moderada resistencia alos sulfatos.
Tipo HS.- De alta resistencia a lossulfatos.
Tipo MH.- De moderado calor dehidratación.
Tipo LH.- De bajo calor dehidratación.
PORTLAND:
Tipo I
Tipo III
Tipo II
Tipo V
Tipo II (MS)
Tipo IV
NORMAS
-5 normas sobre especificaciones,
-1 norma de muestreo e inspección,
-1 norma sobre terminología,
-4 normas sobre adiciones,
-4 normas sobre aditivos,
- 45 normas sobre métodos de ensayo
Las Normas Técnicas Peruanas (NTP) guardan armonía con las Normas ASTM.
NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES
NTP 334.009 NTP 334.090 NTP 334.082 PRESCRIPTIVA PRESCRIPTIVA PERFORMANCE
CEMENTOS CEMENTOS TODOS
TRADICIONALES ADICIONADOS
I,II,II(MH),III IP,IPM,IS,Ico,IL y GU,MS,HE,MH,
IV y V IT. HS y LH
ASTM C150 ASTM C595 ASTM C1157
ANTECEDENTES DE LA NTP 334.082
NORMA DE PERFORMANCE
1992-En EEUU entra en vigencia la norma ASTM C1157
“Standard Performance Specifications for Blended Hydraulic Cements”
1998-En el Perú la NTP 334.082 “Cementos Portland Adicionados.Especificaciones de Performance”
1998-La norma ASTM C1157 se extiende a todos los cementos.
2001-Lo mismo en el Perú para la NTP 334.082
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
CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS FÍSICOS
290*
330*
----
----
----
----
290*
----
----
----
Calor de hidratación,
7 días, máx, kJ/kg
28 días, máx, kJ/kg
0,10* (6 meses)0,10 (6 meses)0,04* (14 días)--------
Resistencia a los sulfatos,
% máximo de expansión.
0,800,800,800,800,80Expansión en autoclave,
%, máximo.
45
420
45
420
45
375
45
375
45
375
Tiempo de fraguado, min.
Inicial, mín.
Final, máx.
130
200
250
100
170
280*
80
150
210
100
170
280*
120
190
280*
Resistencia a compresión
3 días, kg/cm2, mín.
7 días, kg/cm2, mín.
28 días, kg/cm2, mín.
IP, I(PM), ICoASTM C 595
NTP 334.090
Tipo MSASTM C 1157
NTP 334.082
Tipo VASTM C 150
NTP 334.009
Tipo IIASTM C 150
NTP 334.009
Tipo IASTM C 150
NTP 334.009
REQUISITOS FÍSICOSNORMA ASTM
NORMA TÉCNICA PERUANA
*Requisito opcional.
CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS QUÍMICOS
------------0,6*0,6*0,6*Álcalis Equivalentes
(Na2O + 0,658 K2O), máx, %
------------58----Aluminato tricalcico(C3A), máx, %
------------0,750,750,75Residuo insoluble, máx, %
8,05,0----3,03,03,0Pérdida por ignición, máx, %
4,04,0----2,33,03,5Trióxido de azufre (SO3), máx, %
6,06,0----6,06,06,0Óxido de magnesio (MgO), máx, %
Tipo ICo ASTM C 1157
NTP 334.090
Tipo IP, I(PM)ASTM C 595
NTP 334.090
Tipo MSASTM C 1157
NTP 334.082
Tipo VASTM C 150
NTP 334.009
Tipo IIASTM C 150
NTP 334.009
Tipo IASTM C 150
NTP 334.009
REQUISITOS QUÍMICOSNORMA ASTM
NORMA TÉCNICA PERUANA
*Requisito opcional.
GRANDES FABRICAS DE CEMENTO EN EL PERU
PACASMAYO.- Area de Influencia en el Norte. Cementos Tipo: I, II, V, IP,
IMS, ICo, y genéricos. Marcas conocidas: Pacasmayo, Selva.
UNACEM.- Area de influencia en el Centro. Cementos Tipo: I, II, V, IP,
IPM y genéricos. Marcas conocidas: Sol, Atlas, Andino, Apu.
YURA.- Area de influencia en el Sur. Cementos Tipo: I, II, V, IP, IPM y
genéricos. Marcas conocidas: Yura, Rumi.
Para elegir el tipo de cemento de una obra determinada debemos
preguntarnos:
1. ¿Bajo qué clima vamos a vaciar el concreto?
2. ¿El ambiente externo o el contacto con el suelo u otros elementos, es
agresivo al concreto? ¿Presencia de sulfatos o cloruros?
3. ¿Vamos a llenar muchos cubos de concreto?
4. ¿Necesitamos desencofrar más rápido los elementos de concreto?
SELECCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO
Clima muy cálido: cementos con bajo calor de hidratación.
Clima muy frío: cementos con alto calor de hidratación.
Agresividad del suelo o el ambiente: de acuerdo al nivel de agresividad, se
pueden emplear puzolánicos, o bien Tipo II (moderado) o Tipo V (alto).
Vaciados masivos: Tipo V, II y I. Los adicionados están entre el V y el I.
Desencofrado rápido: Tipos I, II y V. Los adicionados están entre el I y el V.
SELECCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO
V – IP – II – IPM – IMS – ICo - I
Menor ______________________________________________________Mayor
CALOR DE HIDRATACION
Mayor tiempo__________________________________________Menor tiempo
DESENCOFRADO
Mayor ______________________________________________________Menor
RESISTENCIA A LOS SULFATOS
Muy Recomendable________________________________Poco Recomendable
VACIADOS MASIVOS
Ejm.: Vaciado de 1000 m3 de concreto para una nueva Central Hidroeléctrica
en Huancayo. La temperatura es de 12° C. Moderada presencia de sulfatos en
el suelo.
Solución.- Vaciar 1000 m3 es un vaciado masivo. Recomendable un Tipo V.
Por clima, debido a que éste es frío, se requiere más calor de hidratación. El
mejor es el IP. Podría también ser un tipo II.
Por los sulfatos, debido a que es moderado el ataque, está bien el cemento
Tipo II.
Rpta.- El cemento a emplear será del Tipo Portland adicionado II. Se adquirirá
de la fábrica UNACEM (Andino Tipo II).
EL AGUA EN EL CONCRETOLA NTP 339.088
AGUA PARA EL CONCRETO
EL AGUA PARA EL CONCRETO ES USADA PARA :
- AGUA PARA MEZCLADO
- AGUA PARA CURADO
- AGUA PARA LAVADO
AGUA PARA MEZCLADO
LAS AGUAS DE CURADO Y LAVADO COMO ESTÁN EN
CONTACTO CON EL CONCRETO UN TIEMPO RELATIVAMENTE
CORTO PUEDEN CONTENER SUSTANCIAS NOCIVAS EN MAYOR
PORCENTAJE.
EXISTEN REQUERIMIENTOS MUCHO MÁS ESTRICTOS QUE
PARA LAS OTRAS
AGUA PARA CONCRETO
AGUA POTABLE = AGUA APTA PARA CONCRETO
NO SIEMPRE
AGUAS MINERALES
AGUA POTABLE
AGUAS CON AZÚCARES
AGUA CONCRETO SUSPENSIONES O SALES
AGUA PARA CONCRETO
MUESTREO DEL AGUA NTP - 339.070
MUESTRAS REPRESENTATIVAS
MUESTRAS PERIÓDICAS
DISTINTAS HORAS
DISTINTOS DÍAS
DISTINTOS PUNTOS
MEZCLA COMPUESTA
AGUA PARA CONCRETO
NORMA DE REQUISITOS
NTP 339.088
AGUA POTABLE - APTA PARA SU USO EN CONCRETO
REQUISITOS PREVIOS :
MATERIA ORGÁNICA
RESIDUO SÓLIDO
PH >6, <8
SULFATOS
CLORUROS
CARBONATOS (NORMA RESTRICTIVA)
REQUISITOS DEFINITIVOS :
PROBETAS - RESISTENCIA EN COMPRENSIÓN
ENSAYO DE TIEMPO DE FRAGUADO
(NORMA DE PERFORMANCE)
AGUA PARA CONCRETO NTP 339.088
La innovación importante en esta norma está en el impulso que da al reuso
del agua (lavado de Mixers) en el mezclado del concreto.
Responde así a las regulaciones medio ambientales cada vez más estrictas.
CONCLUSIONES
El cemento es uno de los más importantes componentes del concreto, es el aglomeranteque dará resistencia y fuerza al mismo.
El cemento Portland es el más conocido de los cementos, hecho a base de Clinker (polvocalizo quemado) y yeso.
El cemento tiene componentes químicos que le dan las propiedades de tiempo de fraguadoy resistencia.
El agua al combinarse con el cemento genera reacciones químicas que convierten la pastade cemento plástica en un sólido rígido resistente mecánicamente. En esta combinación selibera mucho calor.
Hay cinco tipos de cemento Portland, del I al V. Cada uno tiene distintas propiedades.
Hay asimismo cementos Portland adicionados, a los cuales para mejorar sus propiedades seles incorpora puzolanas, escorias o fillers.
Existe también una clasificación genérica de cementos en cuanto al performance, siendosus tipos: GU, MH, HE, LH, MS y HS.
CONCLUSIONES
El agua para fabricar concreto debe ser libre de impurezas, orgánicos, sulfatos, cloruros ydebe tener un PH de 7, más o menos.
Un tipo ideal de agua para mezcla es el agua potable.
El agua además también sirve para el curado de los elementos de concreto, y así gane laresistencia deseada a los 28 días.
Gracias.