• Author / Uploaded
• Matías Reales

• Categories
• Cemento
• Yeso
• Caliza
• Arcilla
• Agua

Citation preview

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

MATERIALES AGLOMERANTES O CEMENTANTES – MORTEROS 1º.- DEFINICION DE MATERIAL AGLOMERANTE. CLASIFICACION SEGÚN SU ORIGEN

Debido a que los Materiales Cementosos tienen funciones netamente distintas y por ello se los divide en: Cementantes

Son aquellos materiales destinados a unir o aglomerar a otros, debido a la propiedad que tienen de ser plásticos cuando se los amasa con agua y endurecerse luego, este endurecimiento se denomina fragüe. Auxiliares

Son aquellos materiales que tienen por función subdividir la masa del material cementante facilitando el fragüe y contribuyendo a la resistencia del mortero. Cementados

Son los materiales constituidos por materiales cementantes y auxiliares, y que dosificados convenientemente con otros elementos constituyen el material netamente útil para ser empleado en construcciones, ya sea como revestimientos en revoques, como material resistente en hormigones, etc. AGLOMERANTES - DEFINICION: Son todo tipo de sustancias que poseen características adhesivas y que tienen la capacidad de unir fragmentos o partículas y masas de materiales sólidos dando como resultado un producto compacto como consecuencia de un proceso de cementación. Algunos materiales aglomerantes son: Cemento Portland – Yesos – Cales – Cementos de contacto – Materiales Butiminosos – Resinas Epoxi – Colas (en carpintería de madera) – Suellos Cohesivos (Ej. Arcilla, en obras viales para dar lugar al estabilizado; el material granular mezclado con suelo cohesivo da como resultado un producto compacto). CLASIFICACION DE MATERIALES AGLOMERANTES SEGÚN SU ORIGEN MATERIALES AGLOMERANTES PETREOS: yeso, cal, entre otros. MATERIALES AGLOMERANTES HIDRAULICOS: cemento, entre otros. MATERIALES HIDROCARBONADOS: cemento asfáltico, betún, etc.

AGLOMERANTES

Según su capacidad cementicia se clasifican en:

CEMENTOS SIMPLES

DERIVADOS DE CARBONATOS DERIVADOS DE SULFATO CALCICO HIDRATADO

CALES CALES MAGNÉSICAS YESO

DE SILICATOS CEMENTOS COMPUESTOS DE OXICLORUROS

INGENIERIA CIVIL

Página 1

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Cementos simples: son aquellos productos obtenidos a partir de una materia prima a las que se las somete a la acción del calor, en cuyo proceso de cocción emitirá un líquido o gas y que adquiere sus propiedades cementicias cuando al ser aplicadas reabsorben el líquido o gas expulsado en la cocción, resultando el producto final con la composición química idéntica a la materia prima que le dio origen. MP + Q MC + x MC + H2O + x

MP + H2O

Cementos compuestos: son aquellos materiales o productos obtenidos a partir de dos o mas materias primas a las que se deben mezclar intimamente y se las somete a la acción del calor obteniendo un producto cuyas propiedades cementicias son debidas a la formación de compuestos químicos nuevos ya sea durante su fabricación y/o durante su aplicación, resultando su composición química final muy distinta a la de sus componentes básicos que le dieron origen. (MP1 + MP2 + MC3 + …) + Q (XC1 +XC2 + XC3 + …) + H2O

(XC1 + XC2 + XC3 + …) + (Z1 + Z2 + …) (MP1 + MP2 + MC3 + …) + H2O

Arcilla Las Arcillas provienen de la descomposición de las rocas feldespáticas como los granitos, gneiss, pórfido, lava, sienita, etc. La causa de esa descomposición son los agentes atmosféricos, el agua y en especial el ácido carbónico contenido en esta última que es un disolvente de los silicatos a los que deshidrata para transformarse en carbonatos, los cuales son disueltos y arrastrados por las aguas. También los musgos con sus raíces contribuyen a la disgregación de las rocas. Los productos de la disgregación de las rocas, al ser arrastrados por las aguas, se mezclan con otras sustancias no descompuestas verificándose nuevas transformaciones. Cuando los productos de la descomposición de las rocas mezclados con restos de la misma aún sin descomponer permanecen en el mismo lugar, se denominan caolín o tierra de porcelana y yacimiento de sedimentación cuando fueron arrastrados por las aguas y mezclados con impurezas que influyen de diversas maneras en la utilización industrial. Las arcillas se encuentran en todos los terrenos. Su extracción es fácil pues la explotación es casi a flor de tierra, lo cual resulta también económico. Las arcillas están compuestas por: Sílice de 45 a 70% Alúmina de 18 a 40% Agua entre 10 y 20% Estas proporciones son muy variables: no toda la sílice suele estar combinada sino en parte mezclada, el agua combinada es la que le comunica la plasticidad característica del material. Su color varía desde el blanco en las arcillas más puras, hasta el rojo dado por el óxido de hierro, el amarillo, el azulado y aún el negro cuando contiene carbón. Plasticidad: Las arcillas tienen la propiedad de formar, cuando se las amasa con agua , una pasta más o menos plástica, la que cocida a una determinada temperatura se endurece perdiendo totalmente esa plasticidad, aun cuando se la volviera a empastar con agua. Esta Plasticidad es muy variable y se admite que depende del agua combinada o de constitución. INGENIERIA CIVIL

Página 2

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Para la plasticidad tiene importancia la cantidad de agua que es agrega. En efecto, si ésta es escasa no se consigue una pasta homogénea por no haber alcanzado el agua a empastar toda la masa; si en cambio se agrega agua en exceso se obtiene un barro chirle sin consistencia alguna, de ello se deduce que debe haber una proporción determinada de agua para una buena plasticidad o sea una consistencia normal de la pasta y ésta se obtiene cuando se apreta un puñado de arcilla con las manos y al soltarla no queda nada adherido. Alguno atribuyen la plasticidad a que el silicato de alúmina hidratado es de naturaleza gelatinosa, lo cual favorece tal propiedad. Cuando la masa es muy plástica, aproximadamente con el 80% de arcilla, se llama grasa. En este caso la superficie de la arcilla tiende a secarse formando una costra con grietas; el exceso se corrige añadiendo materias antiplásticas o desgrasantes como las arenas feldespáticas, polvos de cerámicas, escorias, cenizas, etc., que según las dosis pueden destruir por completa la plasticidad. Cuando la masa es muy poco plástica, aproximadamente con el 40% de arcilla, se denomina magra o árida lo cual ocurre frecuentemente; debe corregirse añadiendo mucho agua en una alberca y agitando con rastrillos; la arena gruesa se deposita en el fondo. De esta manera y en albercas dispuestas en forma sucesiva se obtiene la pureza necesaria. La arcilla es utilizada, entre otras, en la obtención de un producto denominado suelo-cemento, el cual es un material compuesto por “una mezcla de suelo natural pulverizado y Cemento Pórtland en proporción necesaria y con el contenido óptimo de humedad, debidamente compactado y apisonado”. La proporción del cemento establecida es aproximadamente del suelo y 10% de cemento, variando con la naturaleza de dicho suelo y 10% de cemento, variando con la naturaleza de dicho suelo, cuyas características resultan de gran importancia, los mejores son los arenosos, en caso contrario debe ser adicionada la arena necesaria para obtener las condiciones ideales como por ejemplo los constituidos por los siguientes elementos: Arcilla Limo Arena

5 a 10% 10 a 20% 60 a 80%

La granulometría de la arena debe ser fina, pues permite una buena cohesión, pues ésta disminuye en relación directa con el aumento de sus partículas. El suelo, ya sea natural como mejorado, antes de ser mezclado con el cemento se pulveriza y se pasa por tamices I.R.A.M. 4mm (N° 5). Se emplea exclusivamente lo que haya pasado por este tamiz y el 70% por el tamiz I.R.A.M. 2 mm (N° 10). El material que no pasa por estos dos tamices se lo elimina por contener mayor cantidad de arcilla de la adecuada. La humedad convenientemente para la compactación es aproximadamente la que tiene la tierra en su estado natural antes de ser extraída. Se controla tomando un puñado y apretando fuertemente; cuando adquiere cohesión sin ensuciar la mano y se puede partir en dos sin que se desmenuce, contiene la humedad correcta de compactación. El agua agregada tiene como en todo mortero, una gran importancia, en este caso oscila entre un 8 y 10%. El exceso de agua no permite la compactación correcta, siendo luego motivo de grietas y defectos, en cambio la insuficiencia de ella puede ser salvada mediante un muy enérgico apisonado. El mortero se lo formará mezclando el cemento en seco con el suelo en su humedad natural hasta obtener una coloración uniforme, para luego ir agregando el agua lenta y uniformemente en forma de lluvia, mediante regaderas que permitirán el control de su porcentaje.

INGENIERIA CIVIL

Página 3

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

2º.- OBTENCION DE MATERIALES AGLOMERANTES MATERIAS PRIMAS Y DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE OBTENCIÓN DE LA CAL

DEFINICIÓN: son productos obtenidos mediante la calcinación de socas ricas en carbonatos de calcio CO3Ca, las que pueden contener carbonatos de Mg y pequeñas cantidades de otras sustancias denominadas impurezas. Las impurezas activas no exceden del 20 % (tratándose de cales grasas el máximo es del 6 %). Se las obtiene por la calcinación de las piedras calizas a una temperatura que aumenta lentamente hasta llegar a los 700° o 900 °C, produciéndose la siguiente reacción: Carbonato de calcio + Calor = Oxido de calcio +anhídrido carbónico CO3Ca + Q = CaO + CO2 Es decir, el carbonato de calcio con el calor desprende el anhídrido carbónico, cuyo peso es el 44%, quedando el óxido de calcio, cuyo peso es el 56 % (e impurezas). Expuesta al aire libre, la cal viva absorbe la humedad ambiente, provocando una rápida y enérgica combinación con crepitaciones y elevación de temperatura. Una vez terminados estos fenómenos la cal se halla apagada. Si la hidratación se produce rápidamente y con suficiente cantidad de agua, se desprende calor como para evaporar el agua; esta propiedad ha sido algunas veces, por descuido, causa de incendios en los depósitos. El hecho de haber observado que algunos tipos de cales endurecían bajo el agua, llevó a Vicat, en 1812, a efectuar estudios detallados, y como resultado de los mismos halló que el elemento esencial de la hidraulicidad era la sílice, susceptible de entrar en combinación con la cal, atacable así por los ácidos después de la cocción. De allí, pues, que la mayor o menor hidraulicidad de la cal depende de la mayor o menor cantidad de sílice en ella contenida. En 1796, un inglés, James Parker, calcinando los calcáreos que contenían entre 30 y 35 % de arcilla a baja temperatura y pulverizando luego, descubrió un nuevo material que llamó cemento romano, nombre que aún conserva y que fragua con mucha rapidez cuando se lo amasa con agua. Con posterioridad a esto, en 1824, un fabricante de ladrillos José Apsdin, descubre que un calcáreo con más del 20% de arcilla: pulverizado, amasado y recocido hasta una temperatura algo mayor que la requerida para la fabricación de la cal y vuelto a pulverizar mecánicamente, era un buen aglutinante. A este nuevo material lo llamó cemento Portland. Posteriormente, en 1844, el inglés Johnson tras minuciosos análisis químicos, estableció la necesidad de llevar la cocción hasta una temperatura próxima a la vitrificación.

INGENIERIA CIVIL

Página 4

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Oxido de calcio

CLASIFICACION AGRICOLAS:

SEGÚN SU DESTINO

para mejor la tierra.

INDUSTRIALES:

fabricación del azúcar, depuración de residuos.

CONSTRUCCION: RAPIDAS:

SEGÚN SU HIDRATACION

SEGÚN SU contenido de CaO y MgO

revoques, mezclas de asiento, etc.

comienza en menos de 5 min.

MEDIANAS:

5 a 30 hidratación media.

LENTAS:

mayor a 30 min. hidratación lenta.

GRASAS:

95% de CaO – 1,32% de MgO.

MAGRAS:

85% de CaO – 9% de MgO.

MAGNESICAS:

60% de CaO – 36% de MgO.

Cales magras: proceden de calizas con contenido de arcilla menor a 5%, pero también con más de 9% de óxido de magnesio. La pasta formada es de color gris y al ser hidratada reacciona con poco desprendimiento de calor. Esta cal no se emplea en la construcción, ya que la presencia de óxido de magnesio (sustancia terrosa) hace que la pasta de cal se disgregue fácilmente. CALES AÉREAS O GRASAS Proviene de la calcinación de la piedra caliza de elevada pureza. Estas cales contienen más del 95% de CaO, al calentar la piedra caliza por encima de los 900 ºC. contiene como máximo un 5% de arcilla. Forma una pasta de cal fina y untuosa. La cal aérea está constituida por cal grasa mezclada con mayor o menor cantidad de materias inertes. Recibe este nombre debido a que amasada con el agua sólo fragua en contacto con el aire INGENIERIA CIVIL

Página 5

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

seco por el proceso lento de la desecación y carbonización que va sufriendo; a esta cal se la suele denominar cal ordinaria y la calcinación se efectúa entre los 1.200° y 1.300° C. Según la caliza sea pura, arcillosa o magnesiana, se obtienen tres tipos de cales aéreas: cal grasa, magra o árida y fuerte. La cal grasa es la que contiene más del 90 % de cal. Procede de las piedras calizas que tienen entre el 95 y el 100 % de carbonato de cal. Cal magra o árida, es la que llega a tener hasta el 50 % de magnesia; es poco recomendable. Cal fuerte es una cal débilmente hidráulica; se la obtiene de calizas que contienen el 5 % de arcilla y el 95 % de carbonato de cal y magnesia. Cales grasas: Provienen de calcáreos muy puros, debiendo acusar menos del 5 % de arcilla o sea que su índice de hidraulicidad debe ser menor que 0,10. Su nombre proviene de que al amasarla con agua produce una pasta untuosa al tacto y que aumenta mucho su volumen. Cuando está completamente seca, en estado anhidro, se denomina cal viva. Con el agregado de agua y luego del proceso de elevación de temperatura, queda hidratada, denominándose entonces cal apagada. Si la cantidad de agua agregada no ha sido suficiente como para la hidratación total de la masa, se producen los fenómenos ya explicados, pero al cesar éstos la cal se reduce a polvo, y si por el contrario se agregó agua en exceso se obtiene la lechada de cal. De la lechada de cal producida por el exceso de agua, se puede obtener nuevamente cal viva poniéndola en reposo; el agua se aclara precipitándose el hidróxido de cal, el cual calentado al rojo pierde el agua combinada constituyendo la cal viva. Cal hidratada: Se presenta en un estado pulverulento, de aspecto blanco y de condición seca. Se la obtiene mediante la hidratación de la cal ordinaria en el lugar de fabricación. La preparación de la cal hidratada comprende tres fases a saber: Trituración de los trozos grandes, Mezclado con agua del material triturado, Molido de la cal hidratada, después de una adecuada clasificación para quitarle las fracciones no apagadas y los contenidos de impurezas. La cal hidratada se lleva a una molturación que alcance la forma de polvo. La cal hidratada y la cal viva apagada en obra son prácticamente el mismo material, por lo que deberían tener las mismas propiedades físicas. Sin embargo, la experiencia ha enseñado que los morteros preparados con cal hidratada poseen menos capacidad de arena, a no ser que la cal hidratada se estacione antes de usarse. Esta operación mejora sensiblemente la capacidad de arena y la plasticidad de la cal hidratada en planta. Las resistencias a la tracción y a la compresión de los morteros son generalmente mayores que las que corresponden a aquellos preparados con cal viva apagada en obra. Esta superioridad es particularmente notable en el caso de las cales grasas. El rendimiento de una cal es la relación entre el volumen de la cal apagada y el de la cal viva primitiva. Las buenas cales grasas dan un rendimiento de tres a tres y media veces en volumen. Por ejemplo, 1.000 kg. de cal viva rinden 300 litros de cal apagada en pasta, o sea 0,250 m3 aproximadamente. Cales magras o áridas. Estas cales, sometidas a la acción del agua aumentan poco de volumen y la temperatura del proceso de hidratación es menor que la de las cales grasas, formando una pasta poco trabada y que al contacto con el aire se reduce a polvo y con el agua se disuelve. Por estas malas cualidades no deben ser usadas en construcción. INGENIERIA CIVIL

Página 6

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Cal fuerte. Es una cal muy débilmente hidráulica, obtenida de calizas con un 5 % de arcilla y 25 % de carbonato de cal. Sometida al agua reacciona en forma semejante a la cal grasa, pero con menor intensidad; también su rendimiento es menor que el de aquella. Esta cal no es recomendable para trabajos hidráulicos de cimentación, para grandes esfuerzos, ni en lugares húmedos. Fabricación de las cales grasas Ya en la antigüedad se conocía la fabricación de esta cal por la calcinación de las piedras calcáreas más o menos desmenuzadas y de las conchas de los moluscos, así como su aplicación en los morteros. La fabricación comprende las siguientes operaciones: a) Extracción de la piedra caliza; b) Calcinación; c) Apagado, y d) Conservación.

a) Extracción de la caliza. La extracción de la piedra caliza de las canteras correspondientes.

Explotación de cantera de piedra caliza a cielo abierto.

b) Calcinación. La calcinación de la piedra se efectúa en hornos de carga intermitente o continua, alimentado a leña o preferentemente con hulla de baja calidad. La temperatura que se alcanza es de 900°C, siendo conveniente, por tratarse en realidad de una reacción química, adoptar precauciones en la marcha del fuego; la temperatura no debe ser inferior a la necesaria para producir el desprendimiento del anhídrido carbónico, debiendo llegar a ella en forma lenta y regular. Entre los 150° y 450°C se evapora el agua higroscópica contenida en los terrones de la piedra. Al pasar los 450° C hasta llegar a los 600°C se descompone el carbonato de cal y cuando la temperatura llega entre los 800° y 900°C se descompone la arcilla. El grado de calcinación depende lógicamente de la calidad de la piedra caliza y del producto a obtenerse. Los métodos empleados en la calcinación de las cales se dan en el siguiente cuadro:

INGENIERIA CIVIL

Página 7

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

1) Calcinación al aire libre. Se emplea para ampliar la producción normal de una fábrica en épocas en que la demanda del material es superior a la producción que pueden proporcionar las instalaciones estables o para instalar una fábrica provisional en aquellos lugares donde la explotación es aún incipiente. Calcinación por llama corta o por capas. En una superficie plana y perfectamente seca, se hace una excavación tronco-cónica, con su base mayor hacia arriba, de un metro de profundidad, 5 m de diámetro en su base superior y un metro en su base inferior. Se practica también una zanja de 0,50 X 0,50 metros y de 3,50 m, de largo, que sirve para introducir el fuego por medio de las ramas con las que se ha llenado. Se colocan capas alternadas de combustible (carbón vegetal o hulla) y piedra caliza fragmentada, teniendo cuidado de colocar menos combustible en la parte superior, es decir, disminuir la cantidad a medida que aumenta la altura. Sabido es que el calor sube y los gases de combustión de las piedras inferiores contribuyen al aumento de temperatura en las superiores. La piedra caliza se coloca en disminución de tamaño de los trozos hacia arriba. Todo esto a fin de conseguir una calcinación lo más uniforme posible. Se forma un montón tronco-cónico de unos tres metros de altura, terminado con un casquete esférico. El conjunto se cubre con una capa de arcilla mezclada con arena y paja de unos 5 a 6 cm de espesor para evitar la pérdida de calor. Luego de haber encendido el fuego por la zanja, se tapa ésta con arcilla o con tierra. La calcinación dura alrededor de 5 a 6 días. Una vez dejado enfriar se deshace el montón y se procede a separar la cal viva de las cenizas que la rodean. Calcinación con llama larga: Estos hornos se preparan haciendo simplemente un montón con la piedra caliza, de tamaño aproximado al del caso anterior. Las piedras más grandes constituyen las paredes del horno de planta circular. Todo se recubre con arcilla amasada con paja. El combustible suele ser de ramas, a las que se prende fuego y se tapa la abertura dejada al efecto; la operación se da por terminada cuando se produce un gran asentamiento en la masa, por la expulsión del anhídrido carbónico y del agua, acusado por el color de los humos que se tornan azulados. Este procedimiento tiene el inconveniente de la gran pérdida del calor que se produce y de la desigualdad de la cocción, pues mientras algunos trozos de piedra resultan demasiado cocidos otros no llegan a calcinarse lo necesario, constituyendo lo que se llaman huesos, que deben ser separados, soliéndose incluirlos en otros hornos por funcionar. 2) Calcinación en hornos. Los hornos que generalmente se emplean para la calcinación de las piedras calizas son construcciones de mampostería, y se componen de tres partes principales: el hogar, vientre y chimenea. El hogar se dispone siempre en la parte inferior, a veces al costado y otras al centro del horno. Según el combustible lleva o no la parrilla. Cuando es el carbón, la tiene, pues necesita el espacio inferior para la libre circulación del aire y la acumulación de la ceniza; el petróleo no la necesita. El vientre es la parte del horno donde se lleva a cabo la calcinación de la piedra en él depositada, y en general tiene una altura suficiente como para poder suprimir la chimenea. La INGENIERIA CIVIL

Página 8

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

chimenea es el conducto necesario para establecer el tiraje de la combustión y producir una buena calcinación del material. Hornos intermitentes. Consisten en unas construcciones de mampostería en forma cilíndrica o tronco-cónica cuyas paredes dejan un hueco- que se rellena con arcilla, arena o cualquier otro material mal conductor del calor. El interior se recubre con ladrillos refractarios y el grueso del muro, construido con ladrillos comunes, es recubierto con materiales de la localidad. La calcinación se da por terminada cuando se producen asientos en la masa, debidos al desprendimiento del anhídrido carbónico y del agua, con una reducción de 15 % de su altura. Por estar los hornos adosados a las barrancas o a las laderas de montañas, permite efectuar economía en los transportes de los materiales hasta la boca superior, donde son introducidos por descarga directa desde los camiones y además por quedar sustituida una de las paredes del horno por la ladera misma.

Horno continuo o de llama larga. Estos hornos están formados por dos troncos de cono unidos por sus bases mayores; tienen tres hogares: exterior, lateral y en su parte inferior. Para iniciar el proceso de la calcinación se enciende fuego debajo de la piedra caliza para luego pasar a los tres hogares. El material calcáreo descargado por la boca superior va bajando poco a poco a medida que el que estaba allí anteriormente va produciendo los asientos con una reducción de un 40 a 50 % de su volumen; al llegar al nivel de los hogares y luego de un cierto tiempo se lo hace bajar por medio de unos hierros especiales para ser extraído. Hornos continuos por capas. También estos hornos están formados por dos troncos de cono y revestidos interiormente con ladrillos refractarios. Se cargan por la boca superior, pero en capas alternadas de piedra calcárea machacada y la hulla combustible: el todo descansa sobre la parrilla del cenicero. Para proceder a la calcinación del material, se comienza encendiendo el c) Apagado o extinción de las cales. Para emplear las cales en la construcción, es necesario apagarlas, operación llamada de extinción o apagamiento de la cal, que se efectúa de cuatro maneras por fusión, por inmersión, por aspersión y espontáneo. Apagamiento por fusión. Es el procedimiento más usado en obra, por la facilidad del trabajo al pie de la obra misma. Se hace en albercas, que pueden ser de madera o de albañilería. En ella se colocan los terrones de cal viva y se vierte de una sola vez, el agua considerada suficiente, con lo cual se reduce a una papilla espesa. En el caso de que el agua agregada no hubiera sido suficiente, es necesario esperar a que se enfríe antes de poder añadir una nueva cantidad; esta operación debe hacerse con sumo cuidado. La cantidad de agua considerada suficiente, es decir, más conveniente, es de 2,5 a 3 m3 por cada metro cúbico de cal. En realidad la cal es apagada en la artesa desde la cual se la pasa a la alberca por una compuerta provista de un tamiz destinado a retener terrones que hubieren quedado mal apagados, los que reciben INGENIERIA CIVIL

Página 9

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

el nombre de caliches, y son muy perjudiciales, especialmente en los revoques, a los que al hidratarse en pleno fragüe hace saltar quedando un agujero. Apagamiento por inmersión. Para poder apagar la cal por inmersión, es necesario reducir el tamaño de los terrones de cal viva al de una nuez, para evitar que el núcleo central de algún trozo grande quede sin apagar. Se coloca la cal viva en canastos de mimbre apropiados y se sumergen aproximadamente un minuto en el agua para que se produzca un principio de efervescencia; se retira del agua y se amontona en cajones hasta que se reduzca a polvo. Apagamiento por aspersión. Se extiende la cal viva sobre una superficie lisa y se riega por cualquier procedimiento en la forma más uniforme posible. La cantidad aproximada de agua necesaria varía entre 25 y 50 % del volumen de la cal. Es conveniente no remover la capa recién apagada, ni esperar a que esté completamente apagada; sobre ella se extiende una nueva capa de cal viva que absorberá algo del exceso de humedad proveniente de la anterior. Esta se riega y se extiende otra capa sobre ella y así sucesivamente; la humedad se trasmite de una capa a otra facilitando un mejor apagamiento. Apagamiento espontáneo. Este procedimiento consiste en extender la cal viva a cubierto de las lluvias y dejar que vaya absorbiendo lentamente la humedad del aire. El método tiene un gran inconveniente y es que aparte del largo tiempo necesario para completar el proceso, alrededor de tres meses, absorbe también del aire el anhídrido carbónico que le es perjudicial, por lo cual se comprende que en la práctica no puede dar buenos resultados. Sin embargo se emplea para la extinción de los grappiers en la fabricación de las cales hidráulicas pulverizadas. Comparando los tres procedimientos, observamos que el primero, por fusión. es el que ofrece mayores ventajas al rendir un máximo de su volumen. con lo cual se economiza el material. En cambio los de inmersión y aspersión permiten separar a mano los trozos de cal que por estar mal calcinados no se han reducido a polvo y que además aumentan la cohesión de la masa. Tanto el apagamiento por inmersión como por aspersión dan la cal en polvo, por lo cual es conveniente efectuar las mezclas en seco y luego agregar el agua de batido. En la actualidad para facilitar el trabajo de apagamiento por fusión, dado el poco espacio en muchas obras, la industria provee la cal apagada por ese procedimiento, es decir, en pasta. Por lo que se llama Pasta de Cal. El constructor debe efectuar pruebas de su pureza de tanto en tanto, a pesar de que hasta el presente el producto es bueno. d) Conservación de las cales. Las cales grasas vivas en terrones pueden ser conservadas alrededor de seis meses sobre una capa de cal apagada en polvo, de por lo menos 15 a 20 cm de espesor, recubierta también por cal en polvo apagada y comprimiendo un poco, es decir, protegiéndola en lo posible de la humedad del aire para evitar el apagamiento espontáneo. Las cales apagadas en polvo se pueden guardar en silos o en almacenes, especialmente en barriles. A corto plazo pueden conservarse en montones, pero a condición de cubrirlas con lonas. Las cales en pasta se conservan sin inconveniente alguno en pozos impermeables, practicados en resguardo y recubiertas con una capa de arena. Es recomendable en obra no emplear cales recién apagadas; es conveniente dejarlas en reposo 5 ó 6 días para dar lugar al apagamiento total de la masa y no encontrarle con caliches que perjudiquen el trabajo casi concluido. Rendimiento de las cales. Se llama rendimiento de las cales a la relación entre el volumen de la cal apagada y el de la cal viva primitiva. El aumento que llega a obtener por hidratación es de tres veces y medio el volumen primitivo. INGENIERIA CIVIL

Página 10

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

CALES HIDRAULICAS Es una variante de la anterior (cal viva). El porcentaje de arcilla en la roca caliza es superior al 5%, la cal que se obtiene posee propiedades hidráulicas, aún manteniendo las propiedades de la cal grasa. Por consiguiente, este tipo de cal puede fraguar y endurecer en el aire y debajo del agua. Las cales hidráulicas procede de calizas que tienen más del 5 % de arcilla y tienen la propiedad de endurecer tanto en el aire como debajo del agua. El descubrimiento de esta cal se debe a Vicat, quien observó que si la caliza primitiva contiene arcilla o se le añade ésta artificialmente, el producto resultante de la cocción adquiere propiedades hidráulicas. Por esta observación, las cales hidráulicas han sido divididas en cales naturales y artificiales. Cales hidráulicas naturales. La extracción de la piedra caliza se efectúa en las canteras. Para este tipo de cales se prefiere el sistema de las grandes voladuras. Para poder obtener las cales naturales. es necesario efectuar un estudio químico previo de la cantera. Se parte la piedra en trozos de tamaño adecuado para los hornos donde se han de cocer. Cales hidráulicas artificiales. Su fabricación es simple. Consiste en agregar la cantidad de arcilla necesaria en aquellas canteras donde la proporción sea escasa a este fin. Por ello es posible obtener una mayor uniformidad en la dosificación de los materiales. Como su costo de obtención es mayor que el de las naturales y su rendimiento el mismo. Poco a poco se va abandonando su uso; más aún, debido a que por casi su costo se produce el cemento, de mucha mayor aplicación. Cocción. Para la fabricación de las cales hidráulicas se emplean hornos de funcionamiento continuo. ya sean de llama larga o por capas, también se emplean los denominados de pisos, y los hornos a gas, cuyo principio es el mismo de los estudiados pero dispuestos para quemar este combustible. Apagado. Es la operación que requiere el mayor cuidado, pues dependen de ella en gran parte las propiedades hidráulicas que adquieran. El procedimiento empleado es el de aspersión. Se extiende en capas de 10 a 15 cm de espesor y se riega en forma de lluvia muy fina, pero cuidando que la cantidad de agua oscile entre ello y el 15 % del peso de la cal viva; de esta cantidad sólo queda retenido el 7 o el 8 %. El procedimiento de volcar cales recién rociadas sobre otras rociadas anteriormente, otra sobre estas últimas y así sucesivamente, tiene la ventaja de asegurar por medio de los vapores desprendidos que recorren la masa en forma ascendente, el completo apagado de terrones que no lo hubieran estado todavía. Un mal apagado puede producir inconvenientes. Si quedan terrones sin apagar, lo harán en la obra, pulverizándose y destruyendo los morteros. Si se agrega demasiada agua se obtiene un producto sin propiedades hidráulicas, denominado cales ahogadas. Cernido. El cernido tiene por objeto separar de la cal apagada los trozos que por estar poco o demasiado cocidos no pueden ser apagados. Se hace pasar la cal por una rejilla de alambre separados entre sí unos 2 a 3 cm con el objeto de retener los trozos mayores y luego por tamices metálicos que tengan de 220 a 324 mallas por centímetro cuadrado, los I.R.A.M. 420 (N° 40) al 297 (N° 50), dispuestos en máquinas donde vibran a razón de 80 movimientos por minuto. Al polvo de cal que pasa por los tamices se lo llama flor de cal, el residuo está formado por elementos poco cocidos y los recocidos, grappiers, con los que se fabrica un cemento de fragüe lento. INGENIERIA CIVIL

Página 11

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Cuando una cal amasada con agua se deja fraguar al aire y luego se disgrega fácilmente, debe ser rechazada pues ha sido adulterada. Aplicaciones.- A pesar de su nombre, la cal hidráulica no es muy apropiada para obras bajo el agua, pues posee un fraguado bastante lento. Su mayor aplicación se halla en trabajos generales. Los morteros (mortero = cemento + agregados finos + agua) de cal hidráulica pueden reemplazarse económicamente y con ventaje empleando cal grasa y cemento.

Cal hidratada en polvo. Presentación comercial en bolsas de 20 y 30 kg.

INGENIERIA CIVIL

Página 12

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

MATERIAS PRIMAS Y DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL YESO

Fabricación. La fabricación del yeso es como la de la cal. Extraída la piedra, y previa trituración, es calcinada, para luego depositarla en silos. Al extraer la piedra de la cantera, se procura fragmentarla lo más posible, con el objeto de reducir al mínimo la necesaria trituración posterior.

Trituración. Se emplean de preferencia machacadoras de mandíbula, las llamadas de conos, o bien las de martillos, que consisten en un tambor dentro del cual giran unos discos provistos de hierros que a modo de martillos golpean las piedras, las cuales caen trituradas por una rejilla ubicada en el fondo del tambor. Cocción. Al calcinar la piedra yesosa es conveniente que el combustible no tenga contacto alguno con la piedra porque el sulfato de calcio con el carbón produce sulfuro de calcio y óxido de carbono; al empastar el yeso, el sulfuro de calcio con el agua produce ácido sulfúrico y óxido de calcio y el primero es muy perjudicial para el fraguado del yeso. Según los tipos de yeso a obtener y la calidad de la piedra yesosa de que se dispone, variará procedimiento de cocción a seguirse. Los hornos que se emplean son de dos clases: intermitentes y continuos. De los intermitentes puede ser de 4 a 5 m. de altura; las piedras más chicas y el polvo se ubican en la parte superior. Pueden ser cubiertos, en cuyo caso la cubierta es de tejas entre las cuales pasan los vapores y gases de la combustión que dura de 12 a 14 horas. Los operarios conocen cuando ha terminado el procedimiento por el color de los humos y porque el yeso se vuelve untuoso al tacto y se pega en los dedos. Otro tipo de horno es el Randolph, en el cual el material es colocado dentro de una retorta de palastro A, teniendo el fuego al costado en B ; los gases y el calor rodean la retorta calcinando el yeso, que se deposita en C y comienza a enfriarse, mientras se va agregando nuevo material en A, por lo que es un horno continuo. El material enfriado pasa por las llaves D para ser cargado directamente sobre vagonetas E por debajo del horno. Otro tipo de horno empleado para la cocción de la piedra yesosa es el horno intermitente en forma cilíndrica o tronco cónica. De los hornos de este último tipo resulta un producto de variadas calidades. El operario debe separar los terrones clasificándolos en cinco grupos, a saber: 1° Yeso negro, es el que tiene mezcladas cenizas. Sirve solamente para rellenos y como abono. 2° Yeso gris o sucio, se aplica como primera mano para luego ser recubierto con el blanco. 3° Yeso blanco, es el mejor producto, el más puro. INGENIERIA CIVIL

Página 13

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

4° Sancochado, es el que no está bien cocido; generalmente se lo vuelve al horno mezclado con la piedra yesosa nueva. 5° Recocido, aquel que ha estado más próximo al fuego, sin ser perjudicado por el humo; se mezcla con el negro. El fraguado del yeso es rápido, de 10 a 15 minutos; se retarda con el agregado de cal y arena o mucha agua. En cuanto a la cantidad de agua de amasado, para vaciarlo se le agrega un 70 %, para argamasa de usos corrientes entre el 50 y 60 %. Para prepararlo se vuelca el yeso sobre la vasija que contiene el agua y se mezcla rápidamente. Si se sustituye el agua de amasado por agua de cola o de alumbre, se obtienen yesos más duros, susceptibles de recibir pulimento adquiriendo brillo. El yeso se emplea para tabiques, enlucidos, pavimentos, estucos, moldeos, para fabricación de mármoles artificiales, etc. Para la fabricación de los estucos se emplea el yeso obtenido a 145° C, llamado semihidrato por contener algo de agua; se amasa con agua de alumbre o de cola. Puede colocarse con el añadido de óxidos, sulfato de cobre, acetato de plomo, etc. Para el moldeo se emplea el de mejor calidad llamado espejuelo, en forma más o menos fluida según la necesidad; este yeso tiene apariencia cristalina. Adherencia. La adherencia del yeso es reducida. Para cielo rasos se hace un enlistonado de madera formando rejilla a fin de que el yeso que pase por las ranuras quede anclado; asimismo hoy en día se emplea el metal desplegado con el mismo fin. La adherencia a la piedra y al ladrillo se estima en 1,40 a 1,75 kg/cm2, con el hierro tiene un apreciable aumento, 10 kg/cm2. pero el yeso en contacto con el hierro se oxida, por este motivo las llanas que es emplean para trabajarlo son de madera y los clavos que deben estar en contacto con él son galvanizados. El siguiente cuadro da una idea de la resistencia del yeso.

Duración. De la duración del yeso, cuando está debidamente protegido, se tiene ejemplo en los morteros con los cuales se asentaron las piedras de la pirámides egipcias. El yeso suele ser falsificado con el agregado de polvos de tierras blancas, que si bien no tienen gran importancia no debe admitirse el atraso que originan en el fragüe. Se constata su presencia tomando un puñado del material y apretándolo fuertemente, si al soltarlo se desmenuza, es probable la presencia de la tierra en cierta proporción. Los yesos de color amarillo, áridos al tacto, son malos.

INGENIERIA CIVIL

Página 14

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Yeso en polvo. Presentación comercial en bolsas de rafia de polipropileno de 35 y 40 Kg.

MATERIAS PRIMAS Y DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL CEMENTO

La historia del cemento es la historia misma del hombre en la búsqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la época de las cavernas, a aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos. Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad. El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con materia cementosa – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones. Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada. Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como puzolana. Con los agregados apropiados, ellos estaban en condiciones de producir el Opus Caementitium o“cemento romano”, precursor de nuestro hormigón y que dio origen al término cemento. Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregársele agua, producía una pasta que de nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino que es el antecedente directo de nuestro tiempo. El nombre del cemento Portland le fue dado por la similitud que este tenia con la piedra de la isla de Portland del canal ingles. La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiera una fisonomía diferente. Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros más ansiados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir. 1796: - James Parker estudia acerca de las cales hidráulicas (éstas obtienen resistencia por acción de las aguas) calcinando nódulos de piedra caliza arcillosa y obtiene como resultado algo más que cal hidráulica, al que llama Cemento Romano. 1807: - J. L. Vicat prepara una cal hidráulica artificial (material cementante para hormigones) con caliza y arcilla, luego calcina la mezcla y la lleva a un molino de vía húmeda. Este material tiene propiedades mecánicas muy buenas. 1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa. 1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker". INGENIERIA CIVIL

Página 15

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos. 1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos. 1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera ves sus estándares de calidad para el cemento Portland. 1885-1889: - En Argentina Cassa Fousth y Bialet, dos ingenieros cordobeses, obtienen la Cal de Agua (Cemento Romano de Parker). 1907: - Calestrari y Gavier, catedráticos de la Universidad de Córdoba, implementan la primera Fábrica de Cemento Pórtland. 1917: - Comienza en Argentina un gran desarrollo de la producción de Cemento Pórtland.

INGENIERIA CIVIL

Página 16

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Definición de Cemento Pórtland El Cemento Pórtland es un material cementante hidráulico, obtenido por la calcinación al grado de fusión incipiente de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos hasta lograr la conglutinación, para luego ser molturado hasta alcanzar la finura del polvo. Presentando el producto un color gris verdoso uniforme, el cual adquiere excelentes cualidades mecánicas e hidráulicas cuando son mezcladas con agua. Otra definición dada por las Normas Alemanas del cemento Pórtland dice: El cemento Portland es un aglomerante hidráulico con una cantidad de cal (CaO) no inferior al 1,7 en peso, una parte de silicato soluble (SiO2), alúmina (AlO3) y óxido férrico (Fe2O3)' obtenido por medio de una enérgica trituración y mezcla íntima de los materiales, su cochura hasta la concreción y la molienda hasta reducirlos a polvo. No es lícito agregar al cemento Portland más de un tres por ciento de sustancias adicionales para conseguir determinados fines. La magnesia no debe estar en dosis superior al 5 %, el yeso sólo hasta un 2,5 % ( el yeso retarda el fraguado y puede causar descomposición del mortero una vez fraguado). El agua de mar ataca muy lentamente las construcciones de cemento, pero más nocivas son las soluciones de sulfato de calcio. Grande es hoy la importancia que ha adquirido el cemento Portland artificial para la construcción, y en todos los países existen fábricas de excelentes cementos. Entre nosotros se fabrica en el sur de la Provincia de Córdoba y en las Sierras Bayas al sur de la Provincia de Buenos Aires: son las fábricas de los cementos San Martín, Loma Negra, Avellaneda, Corcemar, Incor (de fragüe rápido). Los cementos, en general, se clasifican: I- RÁPIDOS (CON 30 A 35% DE ARCILLA) CEMENTO ROMANO II- LENTOS (CON 20 A 25% NATURALES DE ARCILLA) PÓRTLAND ARTIFICIALES PARTÍCULAS DE ESCORIAS (30% DE ESCORIAS) III- FABRICADOS CON CEMENTO ALTOS HORNOS (70 A 85% DE CEMENTOS ESCORIAS ESCORIAS) CEMENTO DE ESCORIAS IV- PUZOLÁNICOS V- ALUMINOSOS VI- EXPANSIVOS BLANCOS VII- ESPECIALES COLORADOS

I) Cemento De Fragüe Rápido. Fue descubierto por el inglés Parker que lo llamó cemento romano. Lo obtuvo calcinando piedras calcáreas con 30 a 35 % de arcilla, a poca temperatura; es decir, que lo fabricó con material desechado por inservible por su alta proporción de arcilla, motivo que dio gran interés a su descubrimiento. Recibió ese nombre debido a que tiene la propiedad, como los morteros de los romanos base de cal grasa y puzolanas, de endurecerse debajo del agua; tiene un color amarillento pardo y algunas veces algo rojizo. La finura de molido debe ser tal que deje un residuo menor que el 4 % en un tamiz de 324 mallas por cm2, el I.R.A.M. 297 (N° 50); el 17 % en uno de 900 mallas por cm2, el I.R.A.M. 177 (N° 80), y 34 % en uno de 4.900 mallas por cm2, el I.R.A.M. 74 (N° 200).

INGENIERIA CIVIL

Página 17

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

En la fabricación, semejante a la cal hidráulica, se sustituye el apagado por el molido, pues sino perdería la propiedad de desleírse (disolverse) en agua que tienen las cales hidráulicas. II) Cemento de fragüe lento. El cemento Portland es un producto obtenido mediante la cocción de una mezcla íntima de materiales calizos y arcillosos, como principales componentes, sometidos al calor hasta su reblandecimiento y principio de vitrificación a unos 1.500°C, y molido hasta obtener la finura de la harina. Si las calizas a emplear para la fabricación del cemento contienen las proporciones de arcilla natural en las condiciones convenientes al efecto, los cementos resultantes de la calcinación de estas piedras se denominan cementos naturales y si por el contrario, cuando por no estar la arcilla en debidas proporciones, debe ser dosificada previamente, se los denomina cementos artificiales. En este último caso llevan el nombre de acuerdo a su composición, por ejemplo, de escorias, puzolánicos, de grappiers, aluminosos, etc. La fabricación del cemento es un proceso delicado. Depende en primer lugar de la piedra caliza empleada para la fabricación, de la calcinación y temperatura alcanzada, de la finura del molido, del tamizado, de su clasificación y aún de su almacenaje y conservación. La fabricación del cemento Portland se efectúa en tres formas distintas: por vía seca, por vía húmeda y por vía semihúmeda. El proceso de fabricación por vía seca es el indicado cuando el calcáreo es muy duro y su constitución homogénea. Consiste en calcinar la piedra caliza (79 %) y arcilla (21%) hasta un principio de vitrificación y luego se tritura para pulverizarla. No debe haber exceso de carbonato de cal (piedra caliza), pues el producto obtenido sería de mala calidad.

Canteras o minas de extracción de la materia prima

Para pulverizar el material es conveniente que esté completamente seco, hasta la pérdida del agua de cantera. Se seca en un cilindro de 15 a 20 m de largo y 2 m de diámetro, con su eje en sentido horizontal ligeramente inclinado y animado de un movimiento de rotación alrededor del mismo; en su interior posee una paleta para remover y golpear las piedras. En sentido contrario a la marcha del material, se hace circular aire calentado previamente en un hogar convenientemente dispuesto. Este aire sale por el extremo opuesto donde está la chimenea y un recuperador de polvo del material que puede arrastrar el aire. Se economiza combustible haciendo pasar los gases calientes desprendidos de los hornos de cocción, en este caso la disposición del horno secador varía. Por este medio se sigue un proceso de secado continuo. INGENIERIA CIVIL

Página 18

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Después de la desecación de la piedra se procede a triturarla en machacadoras de mandíbulas, así llamadas por estar constituidas por dos placas de acero acanaladas, una vertical fija y la otra inclinada móvil; el extremo superior A fijo y sometido a un movimiento de vaivén, el otro extremo inferior B mediante una biela accionada por una excéntrica y un volante. Machacadora de Mandíbulas

Molino de bolas

Se emplean también los molinos de rodillos.

Molino de Rodillos

La piedra así fragmentada se pulveriza en los molinos hasta que pasa por un tamiz de 324 mallas por cm2 como el I.R.A.M. 297 (N° 50) previa dosificación. Se procede a verificar la dosificación efectuada ya rectificarla en caso necesario; debe ser aproximadamente de 66 a 79 % de cal, 21 a 23 % de arcilla y pequeñas cantidades de alúmina y óxido de hierro. Luego pasa a los hornos giratorios o en forma de briquetas se lleva a los hornos verticales. En estos hornos se somete aun principio de vitrificación con una temperatura aproximada de 1.500 °C. A la salida el material se presenta bajo la forma de clinker de cemento. El clinker es un material muy duro (dureza de una roca), no es soluble en agua; por tanto sólo se hidrata superficialmente. Por lo cual debe ser molido finamente y pulverizado obtener un polvo que pase por tamiz 4.900 mallas por cm2, el I.R.A.M. 74 (N° 200) con lo cual se ha obtenido el cemento por vía seca.

INGENIERIA CIVIL

Página 19

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Esquemáticamente:

La fabricación por vía húmeda, se emplea cuando se dispone de agua de buena calidad y en cantidad suficiente. Es éste el primer procedimiento utilizado y el más conveniente para los calcáreos blandos. A pesar de que este procedimiento requiere mayor espacio y capital, tiene muchos partidarios debido a que se obtienen las mezclas más íntimas y homogéneas, resultando cementos de características uniformes y de muy buena calidad. Para limpiar la arcilla de las impurezas, se echa en tanques cilíndricos de 5 m de diámetro y 1,50 m de profundidad, donde se agrega el agua hasta la proporción del 90% a fin de decantar la arcilla. Estos tanques están provistos de agitadores que dan 15 a 20 vueltas por minuto; al cabo de media hora toda la arena, guijarros, etc. se depositan en el fondo, mientras que la arcilla, en forma de papilla muy fluida sale por un orificio provisto de una tela metálica, pasando por tres compartimentos sucesivos donde se depositan granos de arena que aún pudieran haber quedado para llegar luego a los dosificadores, estanques de 150 m3 de capacidad. Una vez dosificados, la pasta pasa a una cámara donde se elimina el agua por infiltración, evaporación y decantación. El material permanece de 2 a 3 meses en reposo en estas cámaras para que no quede sino el 30 % de agua; luego se lo deposita en silos de donde pasa a los hornos ya partir de entonces el proceso es el mismo ya explicado en el caso anterior. En el proceso de fabricación por vía semihúmeda se somete la piedra calcárea a una molienda, habiendo añadido previamente la cantidad de arcilla que se estime necesaria. Esta molienda se efectúa en seco, en trituradoras y molinos de bola de acero dispuestas en departamentos cargados con bolas de distintos diámetros. Estas trituradoras son de funcionamiento continuo y su eje algo inclinado facilita la circulación del material que penetra por un extremo y sale por el otro. INGENIERIA CIVIL

Página 20

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

La trituración en este cilindro se produce por los choques sucesivos y continuados entre las bolas de acero y el material. Al girar el cilindro alrededor de su eje arrastra a las bolas originando en su caída los choques que pulverizan el producto hasta lograr le finura requerida. En el caso de que por la naturaleza de la piedra no se pudiera emplear este procedimiento, se aplica el de dilución previa indicado en la vía húmeda. Siempre el agua que se agrega para conseguir su empaste es la mínima posible, entre el 20 y el 30%, para luego dejar en reposo un tiempo prudencial, pasando a los hornos y siguiendo el mismo proceso que los ya explicados. Cocción.- Los hornos utilizados en la fabricación del cemento son hornos rotativos continuos. Están formados por un cilindro de chapas de hierro roblonado o palastro revestido interiormente de material refractario; en la actualidad tienen un largo variable entre los 45 y 60 m., a veces más, con un diámetro de 2 a 3 m. de eje longitudinal con una inclinación de 4 a 6 % y guiados sobre rodillos locos giran, alrededor de su eje, a razón de dos vueltas por minuto. Estos hornos tienen sobre los otros la ventaja de no necesitar la preparación del material en briquetas. Este es introducido directamente tal como se lo obtiene e indistintamente al procedimiento empleado, ya sea por vía seca como por vía húmeda, lo cual redunda en una mayor economía y rapidez. En el caso de ser producido por vía húmeda, la masa puede estar ligeramente húmeda (8 a 10 %) o pastosa (30 a 33%).

Horno Rotativo

El crudo se introduce por a en el horno al cual recorre, en b se seca y comienza a caldearse y al llegar a c se calcina transformándose en el clinker, el cual pasa por d a otro cilindro e que siendo más corto, alrededor de 10 m y 1 m de diámetro y con inclinación en sentido contrario al horno, tiene por función enfriar el material en forma gradual; recibe por ello el nombre de enfriador. La temperatura del horno en el tramo c alcanza aproximadamente los 1.500°C mediante el aprovechamiento del aire calentado por el mismo clinker en el proceso de enfriamiento. En efecto, un inyector g provee el aire necesario para la combustión del combustible introducido por k. Este aire lo toma a través del enfriador e y al pasar en contacto con el clinker lo enfría, pero a su vez absorbe su calor con el cual llega al inyector que lo impulsa dentro del horno como un dardo hasta casi la mitad del mismo. De ser tomado el aire a temperatura ambiente necesitaría mayor tiempo, más combustible y la temperatura, siendo alta, no llegaría a los 1.500°C. El aire caliente y los gases recorren el horno calentando y deshidratando el material en b, para luego salir al exterior, ya enfriados, por la chimenea i. Como puede apreciarse, la cocción está basada en el principio de la contracorriente, agregado el giro del horno que desparrama el material en forma de espiral. El crudo desprende el vapor de agua, ácido carbónico y reacciona combinándose al negar a la temperatura de vitrificación, la caliza con los componentes arcillosos. Las fábricas nacionales emplean este tipo de horno, pues a pesar de consumir más combustible que los otros, su rendimiento y costo de producción compensan ese aumento. INGENIERIA CIVIL

Página 21

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

El clinker obtenido en los hornos, luego de un corto tiempo de estancamiento se tritura y pulveriza, como ya se ha obtenido. El cemento obtenido es de color gris verdoso; cuando adquiere una coloración tirando al rojizo o al amarillento es a causa de una mala cocción. A veces suele agregarse al clinker, antes de ser molido, una pequeña cantidad de yeso para retardar el fragüe.

En ambos procesos se diferencian en la forma en que se mezclan los materiales. En proceso de vía seca se encuentra desprovisto de agua, mientras en el segundo la arcilla se mezcla con agua produciendo barro. III) Cementos Fabricados Con Escorias. Escorias de los altos hornos. Son los subproductos que quedan de la fabricación del hierro. Se los obtiene en forma de masa fluida cuya temperatura oscila en los 1500°C. Si se enfría bruscamente se obtienen en forma vítrea y si por el contrario se los enfría lentamente se obtienen en forma cristalina. Como materia prima para la fabricación de los cementos se enfría bruscamente mediante un chorro de agua fría, resultando una escoria porosa, ligera y de color gris claro o negruzco. Con las escorias de los altos hornos, se han llegado a fabricar tres tipos de cemento: a) Portland de escorias; b) Cementos de altos hornos y c) Cementos de escorias. El país en el cual se ha logrado una mayor aplicación y experiencia sobre estos cementos, es Alemania, por lo que su reglamentación está dada en las normas alemanas. a) Portland De Escorias. Es un aglomerante hidráulico compuesto por un mínimo de 70% de cemento Portland y un máximo de 30% de escorias de los altos hornos. El cemento y las escorias se muelen muy finamente formando mezclas íntimas. El Pórtland de escorias se fabrica por los mismos métodos y procedimientos vistos para el cemento Portland y se lo somete a los ensayos exigiéndole exactamente las mismas condiciones. Con éstos se obtienen tres tipos de productos: de fragüe rápido, normal y lento. Según su destino se regula el fragüe con hasta un 3 % como máximo de sustancias adicionales, no se permite en INGENIERIA CIVIL

Página 22

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

mayor proporción para evitar que se adicionen con el único fin de producir aumento de peso. A este Portland se le atribuye poseer una resistencia especial a la acción del agua de mar. b) Cemento De Altos Hornos. La composición de este cemento es inversa a la del anterior. En efecto, se fabrica con un 70 a 85 % de escorias y del 15 al 30 % de cemento Portland, en forma de clinker, todo lo cual se muele y mezcla íntimamente. Es de color gris claro y de fragüe lento. Las reglamentaciones alemanas establecen que las escorias no deben contener más del 5 % de MnO ni más del 3 % de sustancias adicionales que regulen el fraguado. Las reglamentaciones españolas fijan la finura del molido, el cual debe ser tal que deje el 1% sobre un tamiz de 900 mallas como el I.R.A.M. 177  y menos del 12% en uno de 4.900 mallas como el I.R.A.M. 74  (N° 200); en cuanto a su resistencia a la tracción, a ]os 7 días será de 17 kg/cm2 y a los 28 días de 20 kg/cm2; en la compresión, de 170 kg/cm2 a los 7 días y de 210 kg/cm2 a los 28 días. c) Cemento De Escorias. Este cemento se obtiene por simple mezcla mecánica de las escorias de los altos hornos, enfriadas rápidamente y pulverizadas con cal hidráulica en polvo. La proporción más corriente es de 35% de escorias. Su fragüe es lento, por lo que se le agrega el 1 % de yeso. La diferencia fundamental de este cemento es la de fabricarse por mezcla; en cambio los otros se obtienen por cocción. Este tipo de cemento casi no se emplea actualmente en construcción. IV) Cementos Puzolánicos. La fabricación de este cemento tuvo origen en la necesidad de proteger el cemento de la acción corrosiva de las aguas de mar. La hipótesis generalmente admitida para explicar esta acción corrosiva se basa, en que sobre la cal libre del cemento, que alcanza de un 25 a 30 % de su peso, actúa el sulfato magnésico pasando de sulfato tricálcico a monocálcico. Basado en la acción de las puzolanas sobre la cal, Vicat dijo que para obtener un cemento resistente a la corrosión de las aguas de mar, debían combinarse los elementos básicos y ácidos en una relación determinada. Como las puzolanas, contienen sílice en estado químico especial para que al ponerse en contacto con el agua se combine con la cal formando un silicato cálcico perfectamente estable y protector. Las puzolanas son tobas volcánicas como la Diabasa, Traquítica, de Pómez, Porfídica, Basáltica, Trass, Santorín, etc., que contienen aproximadamente un 35 % de sílice soluble. Se las mezcla íntimamente con la caliza y luego pasa a los hornos para formar el clinker. La finura del molido debe llegar hasta dejar un residuo de 0,1 sobre tamiz de 900 mallas, como el I.R.A.M. 177  (N° 80) y un máximo de 5% sobre uno de 4.900 mallas, como el I.R.A.M. 74  (NQ 200). Los elementos componentes, según John A. Mulligan, deben estar dentro de los siguientes límites: Calcáreo, CaO, no debe exceder de Sílice, Si02,no menos de Anhídrido sulfuroso, S02 no debe exceder de Magnesia, MgO, no debe exceder de Pérdida por ignición, no debe exceder de

60 % 25 % 2,5 % 6% 6%

En el país, la norma I.R.A.M. 1651 establece las características y métodos de ensayo del cemento Portland puzolánico, en la que se incluye el de la contracción por secado con el límite rígido de la norma A.S.T.M. En la República Argentina su fabricación se inició en la provincia de San Juan respondiendo a las necesidades de la industria vitivinícola de la región cuyana pues, las grandes piletas y cubas para el manejo de vinos y su estacionamiento hechas con cementos no puzolánicos, produce el llamado INGENIERIA CIVIL

Página 23

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

"encalamiento" de los vinos, una suerte de turbidez debida a la presencia de partículas insolubles provenientes de la descomposición del cemento y que después de 90 días de estacionamiento del vino en estas cubas, puede llegar a un 3 %. En la actualidad se fabrican también cementos puzolánicos en Olavarría en la provincia de Buenos Aires y Zapala en la provincia de Neuquen. Estos cementos tienen especial aplicación para obras marítimas o industriales donde existe el peligro de ataque por aguas agresivas. Un tipo especial de estos cementos denominados ARS (altamente resistentes a los sulfatos) es particularmente resistente a los vapores o aguas sulfurosas y ha tenido por ejemplo aplicación en las construcciones más recientes efectuadas en las Termas de Copahue en la provincia de Neuquen donde las aguas minerales surgentes son altamente sulfurosas. V) Cemento Aluminoso. También llamado fundido, está constituido por la mezcla de caliza con bauxita y cocido en hornos eléctricos. De color muy oscuro, su finura de molido es inferior al lO % sobre un tamiz de 4.900 mallas, como el I.R.A.M. 74  (N° 200); se caracteriza por su rápido endurecimiento, de manera que a los pocos días adquiere la resistencia que los cementos comunes obtienen a veces en meses. Durante su endurecimiento debe regarse mucho, debido a la alta temperatura que alcanza casi a los 100° C. y debe procurarse no hacer capas de más de 0,50 m. de espesor para evitar sus consecuencias. Está compuesta por: Alúmina 40 % Calcáreo 40 % Oxido de hierro 15 % Sílice, magnesia e impurezas. 5 % VI) Cementos Expansivos. Son aquellos a los que se les ha agregado un elemento expansivo que les permite aumentar su volumen y para controlar esta propiedad se les añade otro elemento estabilizador. Ante la necesidad de mantener recubiertos los hierros involucrados en el hormigón para determinadas estructuras, se ensayó el llamado hormigón pretensionado, estirando las varillas antes del hormigonado de la estructura, es decir, que deben aplicarse esfuerzos previos exteriores. El ingeniero suizo Lossier, en colaboración con eminentes químicos, estudió y obtuvo un cemento que denominó cemento expansivo, el cual no solamente no sufre contracción, sino que se expande durante el fragüe, expansión que puede llegar hasta 50 mm/m; el elemento esencial empleado es el sulfato de calcio. De las experiencias realizadas, observó la necesidad de controlar la capacidad expansiva y para ello empleó como elemento estabilizador la escoria de los altos hornos, cuya acción retardada a voluntad se disminuye absorbiendo el sulfato de calcio. Generalmente se fabrican dos tipos de este cemento: uno poco expansivo llamado cemento no contractivo, pues se dilata de 8 a 4 mm/m en los primeros días, compensando la posterior con tracción; el otro, simplemente expansivo, que llega en general a expandirse de 10 a 25 mm/m. La velocidad de expansión es regulada de manera que se mantenga entre los 10 a 15 días, a fin de evitar que una mayor rapidez permita actuar esta fuerza antes de que la masa adquiera la consistencia suficiente. El hormigón fabricado con este cemento debe ser mantenido húmedo, regándolo varios días luego de comenzado el fragüe; una vez suspendido el riego, el hormigón continúa, durante 24 a 48 horas, aumentando el volumen en 10 a 15 % de la expansión alcanzada hasta entonces. Estos cementos son perjudicados por la acción del aire, motivo por el cual se recomienda el empleo de bolsas impermeabilizadas. El exceso de ácido sulfúrico impide el uso de agregado que contenga sulfatos y que pudieran atacarlo. Son sensibles al calor, pero estos inconvenientes son contrarrestados por su mayor resistencia a los esfuerzos de tracción; más impermeables y resistentes a la intemperie. No se los ha ensayado a la acción del agua del mar. INGENIERIA CIVIL

Página 24

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

VII) Cementos Especiales. Cementos blancos. Se fabrican empleando materias puras exentas o casi exentas de metales y el caolín. Sabido es que los metales son los que le comunican el color, especialmente el hierro en el caso del cemento Portland. La disminución de óxido férrico se suple con la mayor proporción de sílice en relación al calcáreo. El proceso de fabricación es el mismo empleado para el cemento Portland, efectuándose la cocción con el máximo cuidado a fin de que los humos y cenizas no lo perjudiquen; con este fin se emplea exclusivamente los hornos rotatorios y como combustible el petróleo. Normalmente estos cementos requieren una mayor cantidad de agua de amasado, siendo su resistencia a los esfuerzos exteriores semejante a los otros. Su mayor costo de producción limita el uso casi exclusivamente a aquellos cuyo color tiene principal importancia. Cementos coloreados. Los cementos coloreados son fabricados añadiendo color a los anteriores. Por supuesto que el que se halla en mejores condiciones es el blanco, pues las tonalidades y coloraciones se obtienen fácilmente con el agregado de óxidos metálicos finamente pulverizados y mezclados. Los colorantes deben ser seleccionados para evitar aquellos que contuvieran materias perjudiciales, como las sales de plomo, o que pudieran disminuir su resistencia, motivo por el cual la cantidad de colorante debe ser la mínima necesaria. Las cualidades mecánicas y químicas del cemento Pórtland se deben a las reacciones entre los componentes que lo forman. La composición química del cemento Portland es compleja. Pero, en general, se pueden distinguir entre elementos primarios y elementos secundarios.

ÓXIDO FÉRRICO

SILICATO TRICÁLCICO C3S SILICATO DICÁLCICO C2S ALUMINATO TRICÁLCICO C3A ALÚMINO FERRITO TETRACÁLCICO C4AF

compuestos fundamentales

ELEMENTOS COMPOSICIÓN PRIMARIOS QUÍMICA DEL CEMENTO

CAL SÍLICE ALÚMINA

MAGNESIAS ELEMENTOS SECUNDARIOS ÁLCALIS

Centrando el estudio en los elementos primarios, se sabe que hay una conjunto de óxidos tales como: CaO (Óxido de Calcio- Cal Viva), SiO2 (Dióxido de Silicio), Óxido de Aluminio, los Óxidos de Hierro, Óxidos de Magnesio y el Hidróxido de Calcio (Ca(OH)2- Cal más agua o Cal Apagada), los cuales se combinan entre sí y dan lugar a una serie de compuestos como ser: Silicatos dicálcicos o tricálcicos Aluminatos dicálcicos o tricálcicos Ferritos cálcicos dicálcicos o monocálcicos. Es decir que los elementos primarios presentes en la masa cruda, cuando están en cocción se unen y forman elementos ternarios y cuaternarios, generándose una composición química compleja en el Cemento Pórtland.

INGENIERIA CIVIL

Página 25

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Las propiedades del Cemento Pórtland están dadas por cuatro compuestos químicos (Compuestos Fundamentales), estos son: 1) Silicato Tricálcico C3S Tiene un principio y fin de fraguado (Proceso de endurecimiento) bien definido, el cual se produce a las pocas horas de ser hidratado. Las resistencia mecánica máxima se logra a los siete días, y luego continua con crecimiento poco perceptible. Si está bien dosificado no es expansivo. Tiene calos de fraguado; es un proceso exotérmico. 2) Silicato Dicálcico C2S No tiene bien definido el principio y fin de fraguado. Por tanto, el endurecimiento no aparece al principio, recién a los 20 días aparece la resistencia y luego aumenta hasta llegar a una resistencia similar a la del C3S, pero para que ello ocurra deberá pasar, por lo menos, un año. Prácticamente no tiene calor de fraguado ni expansión. 3) Aluminato Tricálcico C3A Tiene un fraguado inmediato, por lo que tiene un alto calor de fraguado. Al ser un fraguado instantáneo implica una elevada temperatura en el fraguado que hace que el agua se evapore. Se logra romper el fraguado relámpago con el mezclado; generando que la masa endurezca en horas y se torne quebradiza. La resistencia máxima se obtiene a las 24 horas. Tiene un resistencia que es el 15% del C3S. 4) Alúmino Ferrito Tetracálcico C4AF Fragua a los pocos minutos de ser amasado. Adquiere una resistencia máxima a las 24 horas, la cual es menor que la del C3A. Los tipos de cementos están dados de acuerdo al porcentaje de compuestos fundamentales que posee el cemento.

Componentes

C3S C2S C3A C4AF

Pórtland Normal

Modificado

I 43 31 12 8

II 45 30 6 13

Cemento Alta Resistencia Inicial III 56 15 12 8

Resistente a Bajo calor de los Sulfatos Fraguado IV 43 40 5 7

V 21 51 6 14

En resumen, la fabricación del cemento Pórtland consiste en la preparación de una mezcla de materias primas con granulometría definida, sometida a cocción hasta el umbral del punto de fusión y finalmente molida a polvo fino y reactivo: el cemento. Globalmente se puede distinguir cuatro etapas en la fabricación del cemento: 1. Extracción y triturado de la materia prima: Para producir una tonelada de cemento es necesario utilizar por lo menos una tonelada y media de materia prima -calcáreos- y arcilla que INGENIERIA CIVIL

Página 26

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

liberan agua y dióxido de carbono durante la cocción. La piedra bruta es pretriturada en la cantera hasta el tamaño de un puño. 2. Mezclado y reducción de la materia prima hasta una finura similar a la de la harina: Esta etapa prevé el mezclado de las diversas materias primas en las proporciones correspondientes a la composición química óptima. El material que se encuentra en el molino a bolas o vertical es simultáneamente secado y triturado en fino polvo. A la salida se obtiene la harina cruda que será mezclada en los silos de homogeneización hasta la obtención de una composición uniforme. 3. Cocción de la Harina y transformación del clinker: El proceso de cocción a una temperatura de aproximadamente 1.450 °C es la operación principal en la fabricación del cemento. Antes de entrar en el horno rotativo, la harina pasa a través de un cambiador térmico y se calienta a casi 1.000 °C. A la salida el material se presenta bajo la forma de clinker incandescente que será rápidamente enfriado al aire. Los combustibles utilizados son: carbón, petróleo, gas natural y, cada vez más frecuentemente, materiales recuperados como solventes, aceites usados o neumáticos viejos. 4. Molienda del clinker con yeso y aditivos: Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es molido en la unidad de molienda con una pequeña cantidad de yeso que actúa como regulador de fraguado. Según el tipo de cemento se agregan al clinker, durante la molienda, compuestos minerales (calcáreos, puzolanas, escorias de alto horno, cenizas volantes) para formar los llamados cementos Pórtland con adiciones.

Imagen Clinker - La materia prima se calienta hasta formar el clinker el cual se muele después con yeso para formar el cemento

INGENIERIA CIVIL

Página 27

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso

Proceso de molturación del clinker

Control de calidad del cemento La calidad de los cementos argentinos está garantizada por un triple procedimiento: Control interno de la fabricación. Certificación oficial del sistema de gestión de calidad. Control por medio de un organismo externo. Control interno de la fabricación En todas las fases de la fabricación, desde la cantera hasta la expedición, se toman y analizan muestras. Una cuidadosa vigilancia de la producción, garantiza una calidad elevada y constante. El tratamiento estadístico de los resultados de los muestreos al momento de la expedición, debe responder constantemente a las exigencias previstas en la norma IRAM. Sistema de gestión de la calidad La producción de los cementos argentinos responde a un sistema de calidad y de management certificado según las normas ISO de la serie 9000. Órgano externo de control El control interno de la fabricación se complementa con un órgano independiente de control externo. Este control es efectuado con muestras tomadas ad hoc en la cementera y actualmente es llevado a cabo por el CECON ( INTI ). Los tipos de cemento y su composición según la norma IRAM 50.000 (Norma Argentina) La norma IRAM 50.000 clasifica los cementos en categorías indicadas en la siguiente tabla: TIPO DE CEMENTO Cemento portland normal

Nomenclatura CPN

Composición (g/100g) Clinker + Puzolana Escoria Sulfato de (P) (E) calcio 100-90 0-10

INGENIERIA CIVIL

Filler calcáreo (F)

Página 28

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES - Práctica: Ing. Reynoso, Teoría: Ing. Delorso Cemento portland CPF 99-80 1-20 con “filler” calcáreo Cemento portland CPE 89-65 11-35 con escoria Cemento portland CPC 98-65 Dos o más, con P+E+F