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• Eliud Castillo

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Módulo  1  

 

 

 

   

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  Índice  de  contenidos   1.  Introducción  ..................................................................................................................................................................  3   2.  Objetivos  .........................................................................................................................................................................  4   3.  El  Concreto  .....................................................................................................................................................................  5   4.  El  cemento  Portland  .................................................................................................................................................  12   5.  Fabricación  del  clinker  ...........................................................................................................................................  16   6.  Fabricación  del  cemento  ........................................................................................................................................  25   7.  Clasificación  de  cementos  hidráulicos  .............................................................................................................  29   8.  Las  normas  de  calidad  .............................................................................................................................................  32   9.  El  cemento  Portland  puzolánico  .........................................................................................................................  36   10.  Propiedades  del  cemento  portland  .................................................................................................................  40   11.  Usos  del  concreto  ....................................................................................................................................................  45    

 

 

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    1.  Introducción     Todos   nosotros   estamos   muy   acostumbrados   a   ver   distintos  tipos  de  construcciones  como  puentes,  edificios,   estatuas,   etc.   construidas   a   base   de   concreto.   Pero…   ¿alguna  vez  te  has  preguntado  de  dónde  sale  ese  concreto,   cómo  es  su  proceso  de  fabricación?   Como   adelanto   te   podemos   decir   que   uno   de   sus   componentes   principales   es   el   cemento   y   que   este   tiene   entre  sus  materias  primas  principales  la  roca  caliza.   También,  podemos  pensar  ¿es  el  mismo  concreto  el  que  se  utiliza  para  albañilería  o  para  pozos   petroleros?,   ¿hay   algún   organismo   encargado   de   normalizar   las   características   de   estos   compuestos?   Para   descubrir   y   profundizar   en   todos   estos   aspectos,   te   invitamos   a   comenzar   este   módulo   que  seguro  te  resultará  interesante.   ¡Comenzamos!    

 

 

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2.  Objetivos   Al  finalizar  este  módulo  serás  capaz  de  descubrir...     • • • • • • • • • • •

 

Conocer  los  componentes  del  concreto   Descubrir   los   factores   que   influyen   en   las   características  físicas  del  concreto   Conocer  cuáles  son  las  características  ideales  de   un  concreto   Descubrir  las  etapas  del  proceso  de  fabricación   del  concreto  que  influyen  en  su  calidad   Conocer  qué  es  el  cemento  y  cómo  se  fabrica   Descubrir  la  composición  química  del  cemento   Clasificar  los  distintos  tipos  de  cemento   Conocer  la  norma  NMX  C-­‐414:   tipos,   clases   resistentes   y   características   especiales   de   los  cementos   Descubrir  la  composición  y  las  características  especiales  de  los  cementos  puzolánicos   Analizar  las  propiedades  físicas  del  cemento:  resistencia,  calor  de  hidratación,  finura,   sanidad…   Reconocer  qué  tipo  de  cemento  se  utiliza  para  determinadas  construcciones      

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3.  El  Concreto     ¿Qué  es  el  concreto?   Es   el   conjunto   de   materiales   mezclados   de   manera   homogénea  entre  los  que  podemos  encontrar:   §

§ § §

cemento,   que   es   la   materia   básica,   así   como   los   materiales   cementantes   entre   los   que   mencionamos   las   puzolanas,   cenizas   volantes   que   trataremos   mas   adelante.     agregados,  entre  los  que  tenemos  los  gruesos  y  finos   denominados  grava  y  arena.     agua  limpia     aditivos  químicos  en  cantidades  predeterminadas  

Para  obtener  una  mezcla  económica.     Las   propiedades   del   concreto   en   estado   fresco   y   endurecido,   como   su   trabajabilidad,   los   tiempos   de   fraguado,   la   resistencia   de   proyecto   y   la   durabilidad,   dependerán   de   los   siguientes  factores:  

   

 

 

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  De  forma  práctica,  tratamos  de  representar  dos  tipos  diferentes  de  concreto:   Aire  incluido   Nosotros  le  aportamos  una  cantidad  de  aire  por  medio  de  un  aditivo.    

  Aire  atrapado   Este  aire  atrapado  va  a  depender  del  tamaño  máximo  de  agregado,  del  tipo  de  mezclado  y  de  la   cantidad  de  cemento.  

  Como   podemos   ver   en   los   gráficos,   la   cantidad   de   cemento   varía   entre   un   7   y   un   15   por   ciento.   Esto   no   quiere   decir   que   estas   sean   las   cantidades   exactas,   son   cantidades   aproximadas.     Lo  mismo  sucede  con  los  volúmenes  de  agua,  agregado  fino,  agregado  grueso…    

 

 

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¿Qué  características  buscamos  que  tenga  un  concreto?   Las  características  que  buscamos  en  un  concreto  es  que  sea…  

    Como  podemos  ver  en  la  gráfica,  el  cemento  es  uno  de  los  materiales  que  más  se  consume  y   que  menor  costo  por  tonelada  tiene  en  la  industria  de  la  construcción:  

   

 

 

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Naturaleza   concreto  

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de  

la  

resistencia  

   

del  

  Cemento   y   cementantes   son   las   materias   primas   básicas   del   concreto,   las   que   van   a   aportar  la  resistencia.   Además,  las  cavidades  en  la  mezcla  endurecida  influyen  mucho  en  la  resistencia  del  concreto.   Podemos  concluir  que  el  concreto  es  un  material  resistente  a  la  compresión.   Saber  más…   En   edificaciones,   edificios,   puentes…   se   coloca   acero   de   refuerzo   para   resistir   los   esfuerzos   de   tensión.      

 

 

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  La  calidad  final  del  concreto  ya  colocado  en  la  estructura,  es  la  culminación  de  un  largo  proceso   que  involucra  las  siguientes  etapas:  

    Etapa  1.  Selección  de  los  componentes   Se  debe  tener  en  cuenta  la  calidad  de  los   componentes   ya   que   hay   varios   tipos   de   cemento,  agregados,  grava,  arena,  aditivos   químicos.   El   agua   debe   ser   limpia,   potable   y   totalmente  pura.   Como  ya  vimos,  de  la  calidad  de  los  componentes  va  a  depender  la  trabajabilidad,  los  tiempos   de  fraguado,  la  resistencia  y  la  durabilidad  del  concreto.    

 

 

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  Etapa  2.  Estudio  de  las  proporciones  adecuadas     Si   además   de   hacer   una   buena   selección   de   los   componentes,   hacemos   un   estudio   de   las   proporciones   indicadas   en   el   laboratorio   siguiendo   alguna   metodología   aceptada,   como   la   del   ACI,   contribuirá   de   manera   importante  en  el  producto  final.         Etapa  3.  Adecuados  procesos  de  fabricación,  colocación,  acabado,  curado  y  descimbrado   Con  los  materiales  seleccionados,  en  las  proporciones  estudiadas  vamos  a  fabricar  el  concreto.   Después  de  producirlo,  lo  vamos  a  transportar  y  colocar  en  el  lugar  que  haya  sido  destinado,   que   puede   tratarse   de   una   viga,   una   losa,   una   zapata   o   un   puente.   Al   colocarlo   no   hay   que   provocar  segregación,  sangrado  o  un  mal  vibrado.   Por   último   los   siguientes   pasos   finales   también  son  importantes:   • •

•  

 

Acabado:   textura   que   nos   va   a   quedar   Curado:   mantener   el   concreto   húmedo,   hidratándolo   el   tiempo   suficiente   Descimbrado:   retiro   de   la   cimbra   de  los  elementos  del  concreto    

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Etapa  4.  Verificación  de  la  calidad     Es   el   conjunto   de   acciones   encaminadas   a   comprobar   que   el   resultado   final   se   ajusta   a   las   especificaciones  marcadas  por  los  reglamentos  y  normas  locales.       Por   ejemplo,   para   medir   la   uniformidad   del   concreto  fresco  se  elaboran  cilindros  como  el   que  vemos  en  la  imagen.      

    Y,   cuando   el   concreto   está   endurecido,   la   medición   de   la   resistencia   de   la   uniformidad   del  concreto  se  realiza  con  el  esclerómetro.    

 

 

  ¡Recuerda!  

El   concreto   es   el   conjunto   de   cemento   (materia   básica),   agregados,   agua   limpia   y   aditivos   químicos  mezclados  de  manera  homogénea.   Existen  distintos  tipos  de  concreto  en  los  que  van  variando  las  cantidades  de  sus  componentes.   En  general,  lo  que  se  busca  es  que  el  concreto  sea  resistente,  durable  y  económico.   El   concreto   es   un   material   resistente   a   la   compresión   pero   es   frágil.   Su   resistencia   va   a   depender  mucho  de  las  cavidades  de  la  mezcla  endurecida.   La  calidad  final  del  concreto  es  el  resultado  de  un  proceso  que  involucra  estas  etapas:   1.  Selección  de  los  componentes   2.  Estudio  de  las  proporciones  adecuadas   3.  Adecuados  procesos  de  fabricación,  transporte,  colocación,  acabado,  curado  y  descimbrado   4.  Verificación  de  la  calidad   En  la  siguiente  parte  del  módulo  vamos  a  analizar  en  profundidad  la  fabricación  y  los  tipos  que   existen  del  principal  componente  del  concreto,  el  cemento.      

 

 

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  4.  El  cemento  Portland   ¿Qué  es  el  cemento?     El  cemento  es  un  aglutinante  que  al  endurecer  logra  mantener  la  unidad.     Existen  tres  tipos  de  cementos:  

    Químicos  aéreos.  Cemento  orgánico  que  fragua  y  endurece  al  aplicar  un  catalizador  y  entrar   en  contacto  con  el  aire     Bituminosos.  Son  los  asfaltos.  El  que  vemos  en  las  calles  es  un  concreto  asfáltico  cuyo  material   aglutinante  es  el  asfalto.  Al  igual  que  los  químicos  aéreos,  es  de  naturaleza  orgánica.   Hidráulicos.   De   naturaleza   inorgánica,   cuyo   fraguado   se   da   al   mezclarlo   con   el   agua.   A   lo   largo   de  este  módulo  hablaremos  del  principal  cemento  hidráulico:  el  Cemento  Portland.    

 

 

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Cemento  Portland   ¿Qué  función  tiene  cada  uno  de  estos  en  las  propiedades  del  Cemento  Portland?   • • •

Clinker.   Cementante.   Veremos   a   continuación   el   proceso   de   fabricación   de   este   material  de  origen  artificial.   Yeso.  Regulador  de  fraguado   Agua.   Durante   la   hidratación   tienen   lugar   las   reacciones   químicas  que  provocan  el  endurecimiento  y  resistencia.  

  Un  poco  de  historia  del  cemento  Portland   1842   Los   constructores   James   Parker   y   Joseph   Aspdin   sacan   la   patente   del   “cemento   Portland”   por   calcinación   de   nódulos   de   caliza  arcillosa.   Anteriormente,   el   material   utilizado   era   la   cal   hidráulica   que   se   aglomera   pero   no   aporta   resistencia.  Ellos,  observaron  que  la  caliza  con  los  nódulos  de  arcilla  mejoraba  la  resistencia.     ¿Sabías  que…?     Parker  y  Aspdin  el  dieron  el  nombre  de  Cemento  Portland  por  la  similitud  entre  su  color  gris   similar  a  las  calizas  de  la  isla  de  Portland.       1845   Isaac   Johnson   obtiene   el   prototipo   del   cemento   moderno   quemando   una   mezcla   de   caliza   y   arcilla  hasta  la  formación  del  clinker.  

   

 

 

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1868   Se  realiza  el  primer  embarque  de  cemento  Portland  de  Inglaterra  a  USA.  

    1871   Coplay  Cement  produce  el  primer  cemento  Portland  en  USA.     1904   Se  publican  por  primera  vez  los  estándares  ASTM  (American  Society  for  Testing  and  Materials).   Hoy  en  día,  estos  estándares  son  los  que  se  tienen  en  cuenta  para  la  fabricación  del  cemento.   1906   Nace  la  primera  planta  cementera  en  México,  con  una  producción  de  20.000  toneladas  al  año.  

     

 

 

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¡Recuerda!     Existen  tres  tipos  de  cementos:   • • •

Químicos  aéreos:  fraguan  en  contacto  con  el  aire   Bituminosos:  asfaltos   Hidráulicos:   fraguan   al   entrar   en   contacto   con   el   agua.   El   más   importante   es   el   cemento  Portland.  

El  cemento  Portland,  patentado  en  1824,  está  formado  por  clinker  y  yeso.   A   continuación,   veremos   las   etapas   en   la   fabricación   del   cemento   comenzando   por   la   fabricación  del  Clinker.      

 

 

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5.  Fabricación  del  clinker   Fabricación  del  clinker:  proceso  general  

    Fabricación  del  Clinker:  Materias  primas  principales   Caliza.  Este  mineral  inorgánico  carbonatado,  es  el  principal  componente  para  la  fabricación  del   cemento.  

Cantera  de  caliza   Al  ser  una  roca  dura   se  explota  con   perforadoras  y   explosivos.         Las  plantas  cementeras  se  sitúan  cerca  de  una  cantera  de  caliza.     Arcilla.  De  origen  mineral,  está  constituida  por  silicatos.      

Cantera  de  arcilla   Se  extrae   directamente  con   cargadores  

     

En  la  fabricación  del  clinker,  se  usan  arcillas  ricas  en  sílice.    

 

 

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Composición  química  aproximada  del  material  crudo.    

  Fabricación  del  clinker:  Correctores   Lo  ideal  sería  que  la  caliza  y  la  arcilla  fueran  suficientes  para  fabricar  el  cemento,  pero  esto  no   suele  ser  así.  Por  eso  se  utilizan  los  correctores  que  son  componentes  minoritarios  de  origen   natural   o   artificial:   arena   silica   (SiO2),   diatomita   (SiO2),   Hematita   o   cascarilla   de   laminación   (Fe2O3),  Caolín  (Al2O3).    

 

 

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Composición  química  aproximada  de  los  materiales  correctores  

   

 

 

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Fabricación  del  Clinker:  Trituración  y  molienda  

Sistema  de  pre-­‐homogeneización   En  estos  bancos,  la  caliza  y  la  arcilla  se   trituran  y  se  pre-­‐homogeneiza.  Este   material,  cuyo  tamaño  máximo  de   partícula  es  de  3  pulgadas,  cuando  esté   perfectamente  mezclado  pasa  a  un   sistema  de  m olienda.       Molino   de   crudo   vertical   Su   funcionamiento   se   basa   en   unos   rodillos   que   se   mueven   girando   alrededor   de   su   eje   sobre   un   platillo   que   está   girando   y   alimentando  el  material.  Con  un  chorro  de  aire   sale   a   un   separador   donde   los   materiales   gruesos  se  retoman  para  que  sigan  el  proceso   de  molienda.    

    Fabricación  del  Clinker:  Proporcionamiento  

Silo  homogeneizador   En  el  silo  se  homogeniza  el   material  mediante  aire  para   obtener  la  composición  química   ideal  en  óxido  de  sílice,  óxido  de   aluminio,  óxido  férrico  y  óxido   de  calcio.    

 

 

   

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Fabricación  del  Clinker:  Calcinación  o  sinterización   Hasta  ahora  las  materias  primas  están  en  estado  crudo,  todavía  queda  el  proceso  de  cocción.   Los   hornos   cuentan   con   un   pre-­‐calcinador   o   pre-­‐calentador   donde   comienza   a   calentarse   el   material.  Así,  cuando  llega  al  horno  rotatorio  ya  está  a  una  temperatura  de  entre  800-­‐1100ºC  y   es  aquí  donde  alcanza  los  1450ºC.   Es  muy  importante  que  el  Clinker  a  la  salida  se  enfríe  muy  rápido  para,  posteriormente  pasar  al   almacén.  

 

Horno  rotatorio    

  Almacén  de  clinker  

   

 

 

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Temperatura  

Proceso  que  se  desencadena  

100ºC-­‐200ºC  

Evaporación  del  agua  libre  

200ºC-­‐600ºC  

Deshidratación  de  las  arcillas  

600ºC-­‐900ºC  

Cocción  de  la  caliza,  aparece  CaO  

900ºC-­‐1100ºC  

Descomposición   de   las   arcillas,   aparecen   los   óxidos:  SIO2AI2O3  Fe2O3  

1100ºC-­‐1450ºC  

Reacción   entre   la   cal   y   las   arcillas   de   clinkerización  se  funde  la  mezcla  parcialmente  y   se  forman  silicatos  y  el  aluminato  de  calcio  

Posterior   descenso   1000ºC  

a  

1000ºC-­‐100ºC  

Enfriamiento   muy   rápido   al   objeto   de   evitar   la   reversibilidad  del  proceso  

  ¿Qué  compuestos  se  producen  en  la  calcinación  o  sinterización?     Compuesto  

Fórmula   química   ALITA   o   Silicato   3CaO.SiO2   Tricálcico  (C3S)    

Propiedades    

BELITA   o   2CaO.SiO2   Silicato   bicálcico  (C2S)    

Aporta   resistencia   a   largo  plazo  

Aporta   resistencia   inicial  

 

   

 

 

 

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FELITA   o   3CaO.Al2O3   Aluminato   tricálcico  (C3A)    

Actúa   como   catalizador  

CELITA   o   4CaO.Fe2O3.Al2O3   Ferroaluminato   tetracálcico   (C4AF)  

En   la   cocción   reduce   la   temperatura   de  fusión  

   

 

  Análisis  de  muestras  reales   Pulsa  sobre  las  imágenes  para  ver  la  presencia  de  alita,  belita,  ferrita,  etc.  en  las  muestras  de   clinker.  

   

 

 

 

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En  estos  análisis,  los  petrógrafos  pueden  encontrar  defectos  como  el  siguiente:  

    ¿Por  qué  hay  un  claustro  de  cal  libre?  Porque  no  pasó  todo  el  proceso  de  calcinación.     Cuando   esto   sucede,   este   material   hay   que   eliminarlo   ya   que   la   cal   libre   puede   provocar   expansión  en  el  cemento  y  en  el  concreto.    

 

 

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¡Recuerda!   Tras  ver  este  proceso  de  fabricación,  podemos  concluir  que  el  clinker  es  un  producto  artificial   obtenido   por   sinterización   de   los   crudos   correspondientes   a   la   temperatura   necesaria   (1450ºC)   y   con   enfriamiento   adecuado   para   que   el   producto   tenga   la   composición   química   y   constitución  mineralógica  requerida     Los   crudos   de   clinker   son   mezclas   finas,   homogéneas   y   adecuadamente   dosificadas,   a   partir   de   materias   primas   que   contienen   cal   (CaO),   sílice   (SiO2),   alúmina   (Al2O3),   fierro   (Fe2O3)   y   pequeñas  cantidades  de  otros  compuestos  minoritarios.     Como   habíamos   visto,   el   clinker   es   uno   de   los   componentes   del   cemento.   Aun   nos   queda   ver   el   proceso  de  fabricación  del  cemento  a  partir  del  clinker,  ¡continuamos!    

 

 

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6.  Fabricación  del  cemento   Fabricación  de  cemento:  proceso  general  

  Fabricación  de  cemento:  Proporcionamiento  de  materias  primas   El   cemento   Portland   se   forma   por   la   mezcla   de   clinker,   yeso   y   adiciones   como   puzolana,   escoria  granulada  de  alto  horno  y  calcita.   Clinker.  Material  del  cual  ya  hemos  analizado  en  profundidad  su  proceso  de  fabricación.   Yeso.  Material  de  origen  natural  y  regulador  del  tiempo  de  fraguado.  Su  fórmula  es  CaSO4   +   2   (H2O)   Adiciones   •

•

•  

 

Puzolana.   Materia   natural   o   artificial,   silíceo   y   silíceo   aluminoso   o   una   combinación   de   ambos.   No   endurecen   cuando   se   mezclan   con   agua,   pero   finamente   molidos   reaccionan   en   presencia   de   agua   a   temperatura   ambiente   con   hidróxido   de   calcio   y   forman   compuestos  cementantes.   Escoria  granulada  de  alto  horno.  Sub  producto  no  metálico  constituido  por  silicatos  y   aluminosilicatos   cálcicos   que   se   obtiene   por   enfriamiento   brusco   con   agua   y   aire,   del   residuo   que   se   produce   simultáneamente   con   la   fusión   minerales   de   fierro   de   alto   horno.   Calcita.   Mineral   de   carbonato   de   calcio   de   alta   pureza,   contenido   de   óxido   férrico   mínimo.  Usado  para  la  fabricación  del  cemento  blanco.    

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Fabricación  de  cemento:  Molienda   Aquí  podemos  ver  un  molino  horizontal  que  produce  desde  80  hasta  400  toneladas  por  hora   de  cemento.   En   las   plantas   más   modernas   de   cemento   ya   hay   molinos   verticales,   estos   funcionan   con   una   tecnología  mejorada.  

Molino  horizontal  de  cemento  

 

  Fabricación  de  cemento.  Almacén   Fábrica.  Principalmente  en  silos  herméticos  de  concreto,  con  ventilación  seca  a  baja  presión.   Plantas  de  concreto.  En  silos  herméticos  principalmente  metálicos.    

Silos  de  cemento     Saber  más   En   las   obras   pequeñas,   el   cemento   se   almacena   en   sacos   de   papel,   en   bodegas   protegidas   contra  la  humedad  relativa  y  sobre  tarimas  que  evite  su  contacto  con  el  suelo  y  con  los  muros,   preferentemente   cubriendo   los   sacos   con   una   manta   impermeable.   Planificando   su   colocación   para  que  cronológicamente  se  utilicen.      

 

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Composición  química  aproximada  del  cemento   Las  cantidades  varían  dependiendo  del  tipo  de  cemento  que  vayamos  a  obtener:  

    En  esta  tabla  resumen,  podemos  ver  todas  las  etapas  necesarias  para  la  fabricación  del  cemento  y  los   materiales,  elementos,  óxidos…  que  se  generan  en  cada  una  de  ellas:  

   

 

 

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¡Recuerda!   Las  etapas  en  la  fabricación  del  cemento  son:   • • • •

proporcionamiento  de  clinker,  yeso  y  adiciones  como  puzolanas,  escoria  granulada  de   alto  horno  o  calcita   Molienda  final  en  molino  horizontal  o  vertical   Almacenamiento  en  silos   Distribución  a  granel  o  envasado  

  En   la   composición   química   aproximada   del   cemento   encontramos   SiO2   (de   las   arcillas),   Al2O3,   Fe2O3   (fundente)  y  CaO  (de  la  caliza).  Pero  también  encontramos  otros  compuestos  no  deseables  que  hay  que   controlar  como  son  el  MgO,  SiO3,  Na2O  y  K2O.    

 

 

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7.  Clasificación  de  cementos  hidráulicos  

  Cementos   Portland.   Según   las   Normas   ASTM   existen   cinco   tipos   de   cementos   Portland,   un   poco  más  adelante  veremos  las  diferencias  entre  ellos.     Puzolánicos.   Cemento   con   una   adición   de   puzolanas.   Más   adelante   lo   veremos   con   profundidad.     Cemento  de  albañilería  (mortero).  Mezcla  de  una  porción  reducida  de  cemento  Portland  (25,   30,  40%)  con  una  carga  de  relleno  activa  o  inerte:  arcilla,  caliza,  puzolana  “fly  ash”  y  aditivos.   Estos  aditivos  pueden  ser  retenedores  de  agua  para  incrementar  la  trabajabilidad  del  producto.   Especial   para   trabajos   de   albañilería   donde   se   requiera   gran   trabajabilidad,   estabilidad   volumétrica,  impermeabilidad  y  resistencia  al  salitre.  Aplicaciones:  junteo  de  block,  tabique  o   piedra;  repellados  y  aplanados;  firmes  de  nivelación.   ¡Importante!  No  usar  en  elementos  estructurales.     Cementos  especiales.  Mezcla  de  clinker  de  cemento  portland  con  sulfato  de  calcio  y  algunos   aditivos  especiales.      

 

 

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Tipos  de  cementos  Portland   I  Normal.  No  hay  exigencia  especial,  puede  servir  para  cualquier  uso.   II   Moderado.   De   moderado   calor   de   hidratación   y/o   de   moderada   resistencia   al   ataque   de   sulfatos.   III   Altas   resistencias.   De   alta   resistencia   rápida,   es   decir,   genera   alta   resistencia   rápida   a   edades  muy  tempranas.   IV  Bajo  calor  de  hidratación.  Su  desarrollo  de  resistencia  es  muy  lento.  Se  utiliza  en  obras  con   estructuras  de  tipo  masivo  como  grandes  presas.   Resistente   a   sulfatos.   Es   resistente   al   ataque   de   sulfatos,   cloruros,   ambientes   marinos,   y   en   general  a  los  ambientes  agresivos.     ¿Cómo  los  vamos  a  diferenciar  entre  ellos?     La  forma  de  diferenciarlos  es  por  su  composición  química  en  los  compuestos  resultantes  de  la   calcinación   o   sinterización,   ¿los   recuerdas?:   C3S   (Alita),   C2S   (Belita),   C3A   (Felita)   y   C4AF   (Celita).   Estos  son  los  principales  responsables  de  las  características  físicoquímicas  del  cemento.      

   

 

 

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Así  según  la  composición  potencial  de  Bogue  recogida  en  la  norma  ASTMS  C-­‐150  tenemos  un   tipo  de  cemento  Portland  u  otro:  

    Saber  más     El   cemento   tipo   IV   ya   no   se   produce   porque   los   cementos   con   adición   o   los   cementos   puzolánicos,  sustituyen  a  este  tipo  de  cemento.     Estos  cementos   tenían   poca   demanda   ya   que  solamente   se   tenían   que  fabricar  cuando  había   algún   proyecto   importante   como   una   presa.   Hoy   en   día,   cualquier   tipo   de   cemento   con   una   adición  se  abate  el  calor  de  hidratación.     ¡Recuerda!   Existen   5   tipos   de   cementos   Portland,   en   función   de   su   composición   química.   Así   según   la   composición  potencial  de  Bogue  recogida  en  la  norma  ASTM  C-­‐150  tenemos:   • • • • •  

 

Tipo  I  Normal   Tipo  II  Moderado:  el  C3A  no  puede  superar  el  8%,  si  está  por  encima  es  un  Tipo  I   Tipo   III   Altas   Resistencias:   rico   en   C3S   que   es   el   que   aporta   resistencia   a   edades   tempranas.   Tipo   IV   Bajo   calor   de   Hidratación:   alto   porcentaje   de   C2S   es   el   que   genera   resistencias  posteriores  o  más  lentas.   Tipo  V  Resistente  a  Sulfatos:  el  C3A  no  puede  superar  el  4%,  si  lo  supera  es  un  Tipo  II    

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8.  Las  normas  de  calidad   Las  normas  ASTM  recogen  las  especificaciones  para  los  cementos  Portland  (C-­‐150),  cementos   Puzolánicos  (C-­‐595)  y  cemento  de  albañilería  (C-­‐91).   En  nuestro  país,  la  norma  mexicana  NMX  que  rige  en  los  cementos  es  la  C-­‐414,  que  clasifica   los  cementos  en  6  tipos,  y  la  C-­‐21  para  los  de  albañilería.    

    Fíjate  en  esta  tabla  resumen:  

  A  continuación  nos  centraremos  en  los  6  tipos  de  cemento  clasificados  en  la  NMX  C-­‐414.    

 

 

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Tipos  de  cemento  (NMX  C-­‐414)   Así,  según  la  norma  NMX  C-­‐414  tenemos  6  tipos  de  cemento:  

  ¡Importante!     No  confundir  el  CPEG  con  CEG.  La  diferencia  está  en  que  mientras  el  CPEG  tiene  entre  un  30-­‐35   de  escoria  granulada  el  CEG  puede  tener  hasta  más  del  50%.     Clasificación  de  los  cementos  según  su  resistencia  (NMX  C-­‐061)   La   subclasificación   de   un   cemento   se   establece   de   acuerdo   con   la   resistencia   mecánica   a   la   compresión  determinada  por  el  método  de  prueba  NMX-­‐C-­‐061.   •

•

Resistencia  normal.  Resistencia  mecánica  a  la  compresión  a  los  28  días.  Se  indica  por   clases  resistentes  20,  30  o  40.     Resistencia  inicial.  Resistencia  mecánica  a  la  compresión  a  los  3  días.  Para  indicar  que   un   tipo   de   cemento   debe   cumplir   con   una   resistencia   inicial   se   le   agrega   la   letra   R   después  de  la  clase.  Solo  se  definen  valores  de  resistencia  inicial  a  30  R  y  40  R.  

¡Fíjate  en  la  siguiente  tabla!  

   

 

 

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Características  especiales  del  cemento  

      Saber  más     El  cemento  portland  blanco  es  básicamente  igual  al  cemento  gris,  solo  difiere  en  que  tiene  un   contenido   sensiblemente   menor   de   óxido   férrico   en   su   composición   química   sin   embargo   cuesta  el  doble…  ¿sabes  por  qué?     • Al   utilizar   un   horno   de   cemento   gris   de   200   toneladas   al   día   para   fabricar   cemento   blanco,  la  producción  pasa  a  ser  de  la  mitad.   • La  elaboración  del  clinker  blanco  requiere  de  materias  escogidas  y  de  mayor  cuidado   en  el  proceso.  Por  ejemplo,  los  molinos  deben  estar  forrados  con  un  material  especial,   no  con  un  forro  metálico  como  vienen  los  molinos  tradicionales.      

 

 

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  Ejemplos   CPEG  40  BCH   CPC  30  RS   CEG  40  R  BRA   CPO  30  RS  

Esta   clasificación   indica   un   cemento   con   adición   de   escoria,   con   alta   resistencia  y  de  bajo  calor  de  hidratación   Esta   clasificación   indica   un   cemento   Portland   compuesto,   con   una   resistencia  normal  y  resistente  a  los  sulfatos   Esta  clasificación  indica  un  cemento  de  escoria  granulada  de  alto  horno,   con  alta  resistencia  inicial,  de  baja  reactividad  álcali  agregado  y  blanco   Esta   clasificación   indica   un   cemento   Portland   ordinario,   con   una   resistencia  normal  y  resistente  a  los  sulfatos  

  Comparación  NMX  –ASTM  

  ¡Recuerda!   Los  cementos  se  identifican  por:   • • •

Tipo:  CPO,  CPC,  CEG,  CPP,  CPEG,  CPS   Clase  resistente:  20,  30,  30R,  40,  40R   Características  especiales:  RS,  BRA,  BCH,  B  

Así,   por   ejemplo,   un   cemento   portland   ordinario   de   clase   resistente   40   con   alta   resistencia   inicial  se  identificaría  con  la  nomenclatura  CPO  40R.    

 

 

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9.  El  cemento  Portland  puzolánico   El   cemento   portland   puzolánico   es   la   mezcla   íntima   de   cemento   portland   y   puzolana,   en   molienda  conjunta.  La  norma  permite  una  adición  de  puzolana  entre  15  y  40  por  ciento  de  la   mezcla  total.   Este   cemento   puzolánico   posee   unas   propiedades   características   con   muchas   ventajas   como   son:   • • • • • • •

Reducir  el  calor  de  hidratación   Reducir  el  porcentaje  de  vacíos   Aumentar  la  resistencia  al  ataque  de  sulfatos   Inhibir  la  reacción  álcali-­‐agregado   Mejorar  la  trabajabilidad   Reducir  segregación   Desarrollar  concretos  de  alto  comportamiento  

Mejorar  la  impermeabilidad.   ¿Qué  son  las  puzolanas?   Compuestos   de   minerales   silícicos   o   silícicos-­‐aluminosos   que   finamente   divididos   y   en   presencia   de   humedad   reaccionan   químicamente   con   el   hidróxido   de   calcio   para   formar   compuestos  cementantes.   ¿De  dónde  va  a  salir  este  hidróxido  de  calcio?   Al  combinarse  el  cemento  con  agua  se  genera  el  hidróxido  de  calcio  

   

 

 

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Estas   puzolanas   pueden   ser   naturales   o   artificiales.   En   el   siguiente   esquema   vemos   una   clasificación  de  materiales  puzolánicos,  ¡continuamos!  

    Saber  más     Para  su  utilización  se  debe  verificar  que  satisfagan  los  requisitos  de  actividad  puzolánica  que   son:   • Resistencia  a  la  compresión.  7  y  28  días,  75%  mínimo   • Composición  química.   SiO2  +  Al2O3  +Fe2O3  =  70%  mínimo.                                          SO3,  máx.  =    4%          Alcalis  totales,  máx.=  1.5%     Puzolanas  artificiales  subproductos  industriales     Cenizas   volantes   (fly   ash).   Las   cenizas   volantes   son   residuos   que   se   obtienen   por   precipitación  electrostática  o  por  captación  mecánica,  de  los  polvos  que  acompañan  a  los  gases   de   combustión   de   los   quemadores   en   centrales   termoeléctricas   alimentadas   por   carbón   mineral.   El   tipo   F   de   carbones   bituminosos   o   antracita,   el   tipo   C   de   lignito   o   carbones   sub-­‐ bituminosos.   ESCORIAS.   Las   escorias   siderúrgicas   son   útiles   como   adición   al   c!ínker   de   cemento   Portland   para   fabricar   los   cementos   Portland   siderúrgicos   o   de   horno   alto,   por   cuanto   que   tienen   capacidad  hidráulica  latente  o  potencial.  Es  decir,  que  finamente  molidas  y  amasadas  con  agua   son  capaces  de  fraguar  y  endurecer  por  sí  mismas,  y  más  aún  bajo  la  acción  de  un  activador.  

 

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Humo  de  sílice.  El  humo  de  sílice  es  un  subproducto  que  se  origina  en  la  reducción  de  cuarzo   de   elevada   pureza   con   carbón,   en   hornos   eléctricos   de   arco   para   la   producción   de   silicio   y   aleaciones  de  ferrosilicio.    

 

 

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Análisis  químico  de  algunas  puzolanas  

  ¡Recuerda!   El   cemento   Portland   puzolánico   es   la   mezcla   íntima   de   cemento   portland   y   minerales   silícios  o  silícicos-­‐aluminosos  llamados  puzolanas.  Estas  puzolanas  finamente  divididas  y  en   presencia   de   humedad   reaccionan   con   el   hidróxido   de   calcio   para   formar   compuestos   cementantes.     Este   cemento   puzolánico   posee   unas   propiedades   con   muchas   ventajas   como:   reducir   el   calor   de   hidratación,   reducir   el   porcentaje   de   vacíos,   aumentar   la   resistencia   al   ataque   de   sulfatos,  inhibir  la  reacción  álcali-­‐agregado,  etc.     Las  puzolanas  pueden  ser:   • •

Naturales:   tobas   y   rocas   de   origen   ígneo   (ácidas,   intermedias,   básicas,   alcalinas)   o   materiales  naturales  con  actividad  (harinas  fósiles,  rocas  sedimentarias,  esquisitos).   Artificiales:   materiales   naturales   con   activación   extrema   (montmorillonita,   caolinita,   ilita)  o  subproductos  industriales  (cenizas  volantes,  escoria  granulada,  humo  de  sílice).  

Para   ser   utilizados   como   puzolanas   se   debe   verificar   que   satisfagan   unos   requisitos   de   actividad   puzolánica   relacionados   con   la   resistencia   a   la   compresión   y   composición   química.    

 

 

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[Escriba  texto]  

   

10.  Propiedades  del  cemento  portland   Resistencia  a  la  compresión   Es  influida  por  la  composición  química  y  la  finura  del  cemento.  Así,  podemos  ver  en  el  siguiente   gráfico  como  varía  la  resistencia  en  el  tiempo  para  los  distintos  tipos  de  cemento  portland:  

    Fijémonos  ahora  en  la  resistencia  de  tres  tipos  de  cementos  de  la  NMX  C-­‐414:  

   

 

 

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[Escriba  texto]  

   

Variación  de  la  resistencia  con  la  edad  del  concreto  

    Pérdida  de  resistencia  con  el  aumento  de  la  relación  agua/cemento      

 

 

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[Escriba  texto]  

   

Hay   una   cantidad   óptima   de   cemento   arriba   de   la   cual,   el   cemento   adicional   que   se   ponga   en   la   mezcla   no   producirá   un   incremento   apreciable   en   la   resistencia.   Esta   cantidad   óptima   de   cemento  se  obtiene  mediante  una  serie  de  mezclas  de  prueba  en  el  laboratorio  o  en  el  campo.  

    Calor  de  hidratación     La  reacción  química  entre  el  cemento  y  el  agua  para  formar  una  roca  artificial  que  aglutina  a  los   agregados  (arena  y  agua)  genera  un  calor  de  hidratación  que  va  a  depender  de:   • •

Tipo  de  cemento   Temperatura  ambiente   - Temperaturas  bajas.  Desarrollo  del  calor  de  hidratación  y  fraguado  más  lento   - Temperaturas  altas.  El  fraguado  es  más  rápido.  Se  suelen  emplear  aditivos.  

El  proceso  se  puede  acelerar,  retardar  o  inhibir.  

   

 

 

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[Escriba  texto]  

   

Otras  propiedades   Finura.  Determinada  por:   • •

Superficie  específica  de  los  granos  de  cemento:  método  de  Blaine.     Tamaño  de  las  partículas:  método  malla  325.  Porcentaje  de  cemento  que  pasó  por   un  tamiz  de  abertura  45  micras.    

  A  mayor  área  superficial,  mayor  consumo  de  agua.   Sanidad.   Medida   indirecta   para   la   estabilidad   de   volumen,   acelerando   la   reacción   mediante   autoclave.  

    Consistencia.   Medida   indirecta   de   la   plasticidad   de   la   pasta   de   cemento,   regida   por   las   determinaciones  en  la  mesa  de  fluidez  y  por  la  penetración  con  la  aguja  de  Vicat.  

    Tiempo   de   fraguado.   Rigidez   provocada   por   la   humectación   del   cemento,   medida   con   el   aparato  de  Vicat.  

   

 

 

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[Escriba  texto]  

   

Fraguado   falso.   Rigidez   rápida   de   la   pasta   de   cemento   provocada   por   la   recristalización   del   yeso  deshidratado.  

    Masa  específica  o  densidad.  Es  la  masa  por  unidad  de  volumen  del  cemento  y  es  función  de  la   composición  química  del  clinker,  de  la  finura  del  cemento  y  si  son  simples  o  compuestos.  

  La  puzolana  es  menos  densa  que  el  clinker.     Pérdida  por  ignición.  A  900ºC.  Indica  prehidratación  carbonatación  del  cemento.    

 

 

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[Escriba  texto]  

   

11.  Usos  del  concreto   CPC  40   Para   todo   tipo   de   construcciones   que   no   requieran  características  especiales.  Ideal  para   prefabricados,   construcción   de   pavimentos   y   obras  de  concreto  estructural.     Algunas  aplicaciones  son…   - Casas  habitación   - Bloques,  tabiques,  tabicones   - Prefabricados  en  general   - Puentes   - Pavimentos  

   

  CPO  o  CPC  o  CPP   Viviendas  de  interés  social  

 

      CPP  30R   Para   todo   tipo   de   construcción,   sobre   todo   aquellas   que   se   construyen   en   ambientes   moderadamente   agresivos:   mejora   la   impermeabilidad,  durable  y  moldeable.   Algunas  aplicaciones  son…   - Casas  habitación   - Drenajes   - Cisternas   - Obras  subterráneas   - Construcción  en  costas  

 

 

   

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[Escriba  texto]  

CPO  B     Para   todo   tipo   de   construcciones   estructurales   y   ornamentales:  resistencia  similar  a  la  del  cemento   gris,   apariencia   agradable   y   ahorro   en   mantenimiento.     Algunas  aplicaciones  son…   - Construcciones   en   las   que   el   color   es   importante   - Elementos  ornamentales   - Fabricación  de  mosaicos   - Fabricación  de  pegazulejos   - Tiroles,  pastas,  etc.  

   

 

      CPO  ó  CPC  ó  CPP  RS     Estructuras  cercanas  al  mar  o  revestimiento  de  canales    

      CPC  o  CPP  RS   Estructuras  marinas  

 

       

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[Escriba  texto]  

CPC  o  CPP  o  CPEG  RS   Drenaje  profundo  

   

 

            CPO  30  RS/BCH   Para  construcciones  con  ataques  moderados  o   severos  de  sulfatos  u  obras  masivas.     Algunas  aplicaciones  son…   - Construcciones  subterráneas   - Presas  

 

Tuberías  para  drenaje  profundo  

    CPO  o  CPC  BCH   Concreto  masivo  

 

     

 

 

 

 

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[Escriba  texto]  

   

¡Recuerda!   En  este  apartado  hemos  visto  las  principales  propiedades  del  cemento  portland  que  se  deben   tener  en  cuenta:   •

Resistencia   a   la   compresión:   influida   por   la   composición   química   y   la   finura   del   cemento.  En  el  concreto  la  resistencia  aumenta  con  la  edad  y  disminuye  al  aumentar  la   relación  agua/cemento.   Además,  hay  una  cantidad  de  cemento  óptima,  por  encima  de  la  cual  no  producirá  un   incremento  apreciable  en  la  resistencia.  

• •

Calor  de  hidratación.  Se  desprende  en  la  reacción  de  hidratación  y  depende  del  tipo  de   cemento  y  de  la  temperatura  ambiente.   Otras   propiedades:   finura,   sanidad,   consistencia,   tiempo   de   fraguado,   fraguado   falso,   masa  específica  o  densidad  y  pérdida  por  ignición.  

Cada  tipo  de  cemento,  en  función  de  sus  propiedades,  va  a  tener  unas  aplicaciones  concretas  en   la  construcción:  estructuras  marinas,  drenaje  profundo,  estructuras  cercanas  al  mar…    

 

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