UNIVERSID AD NACIO NA L

SAN TI AGO ANT UNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL

AGLOMERANTES: CEMENTO PORTLAND

ASIGNATURA: MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIN.

ALUMNOS:

NOMBRESCODIGOPRESENTACIONSUSTENTACIONPROMEDIO

ACUA IBARRA Jhon092.0605.007

FIGUEROA FIGUEROA Angello101.0605.023

FLORES CADILLO Alex101.0605.024

FLORES RODRIGUEZ Jenner092.0605.012

FLOREZ MEJIA Bettsy101.0605.025

GUERRERO CARO Roxana092.0605.008

LEON MENACHO Vladimir101.0605.006

PAULINO CADILLO Sonia081.0605.380

REYES HUERTA Jordy101.0605.020

SALAS CUEVA Ruby092.0605.021

SANCHEZ FIGUEROA Gabriela101.0605.015

DOCENTE: MAZA HUERTA, Max TRABAJO: CEMENTO PORTLAND GRUPO: CUIDANDO EL PLANETAFECHA DE ENTREGA: -- 19 DE AGOSTO DEL 2013

HUARAZ - 2013 - PER

INTRODUCCIN

El presente trabajo desarrolla, la recopilacin de informacin actualizada que tiene como objetivo dar a conocer los aglomerantes, especficamente sobre el cemento portland. Se desarrolla las propiedades fsicas, qumicas, proceso de obtencin, as como sus usos.

El cemento se invent hace aproximadamente 2000 aos por los romanos, de forma totalmente fortuita, como ha ocurrido con otros inventos. Al hacer fuego en un agujero recubierto de piedras, consiguieron deshidratar y descarbonatar parcialmente las piedras calcreas o el yeso, convirtindolas en polvo que se deposit entre las piedras. Los egipcios utilizaron un cemento fabricado con yeso impuro calcinado, que sirvi para unir los bloques de piedra en la construccin de las pirmides.

De todos los conglomerantes hidrulicos el cemento portland y sus derivados son los ms empleados en la construccin debido a estar formados, bsicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparacin con otros materiales y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar.

La introduccin del cemento en el Per se inicia en la dcada de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidrulicas desarrollado a inicios del siglo.

Las construcciones de concreto con cemento Portland se inician en la segunda dcada del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bvedas y losas reforzadas de la Estacin de Desamparados y la antigua casa Oechsle. Los primeros reglamentos normativos que consideran el empleo de concreto son el Reglamento de Urbanizaciones de 1924 y el Reglamento para Proyectos de Puentes, que incluye especificacin del cemento, dictado en

Universidad Nacional Santiago Antnez de Mayolo1928.

Materiales y Procedimientos de Construccin10

MARCO TEORICO

I. HISTORIA

De todos los conglomerantes hidrulicos el cemento portland y sus derivados son los ms empleados en la construccin debido a estar formados, bsicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparacin con otros materiales y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar. Los cementos se emplean para producir morteros y hormigones cuando se mezclan con agua y ridos, naturales o artificiales, obtenindose con ellos elementos constructivos prefabricados o construidos "in situ".

1. Antecedentes

Hace 5.000 aos aparecen al norte de Chile las primeras obras de piedra unidas por un conglomerante hidrulico procedente de la calcinacin de algas, estas obras formaban las paredes de las chozas utilizadas por los indios.Los egipcios emplearon morteros de yeso y de cal en sus construcciones

monumentales.

En Troya y Micenas, dice la historia que, se emplearon piedras unidas por arcilla para construir muros, pero, realmente el hormign confeccionado con un mnimo de tcnica aparece en unas bvedas construidas cien aos antes de J.C. Los romanos dieron un paso importante al descubrir un cemento que fabricaban mezclando cenizas volcnicas con cal viva. En Puteoli conocido hoy como Puzzuoli se encontraba un depsito de estas cenizas, de aqu que a este cemento se le llamase "cemento de puzolana".Con hormign construye Agripa en el ao 27 antes de J.C. el Panten en Roma, que sera destruido por un incendio y reconstruido posteriormente por Adriano en el ao 120 de nuestra era y que, desde entonces, desafi el paso de tiempo sin sufrir daos hasta el ao 609 se transform en la iglesia de Santa Mara de

los Mrtires. Su cpula de 44 metros de luz est construida en hormign y no tiene ms huecos que un lucernario situado en la parte superior.2. Historia del cemento portland

Hasta el siglo XVIII puede decirse que los nicos conglomerantes empleados en la construccin fueron los yesos y las cales hidrulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un inters notable por el conocimiento de los cementos.John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro de Eddystone en la costa de Cornish, se encuentra con que los morteros formados por la adicin de una puzolana a una caliza con alta proporcin de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la accin de las aguas marinas y que la presencia de arcilla en las cales, no slo las perjudicaba sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas cales fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella.Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a l se

debe el sistema de fabricacin que se sigue empleando en la actualidad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 public su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la pauta a seguir en la fabricacin del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricacin que emple Vicat fue el de va hmeda y con l marc el inicio del actual proceso de fabricacin. Este gran cientfico en 1853 empieza a estudiar la accin destructiva del agua de mar sobre el mortero y hormign.En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endureca formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza hidrulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la coccin.

En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fbrica de Aspdin en el que se haba logrado una parcial sintetizacin por eleccin de una temperatura adecuada de coccin. Este cemento se aplic en la construccin de un tnel bajo el ro Tmesis en Londres.Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala

industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima.El intenso desarrollo de la construccin de ferrocarriles, puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las fbricas de ste, especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por doquier.Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se imponen en las obras de ingeniera y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos naturales.Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfeccin y es el material industrializado de construccin de mayor consumo. Se puede decir que el cemento es el alma del hormign, yendo destinada, prcticamente, toda su produccin a en lazar piedras sueltas para crear el material ptreo que conocemos como hormign.Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le Chatelier, en 1870 y 1880, fueron fundamentales y muy meritorias para el desarrollo de este material. En ellas se apoya toda la investigacin actual que emplea tcnicas de anlisis muy sofisticadas y rpidas.

II. DEFINICION

Los cementos se pueden definir como aquellas sustancias adhesivas, naturales o artificiales, con las que se pueden formar masas plsticas, que son capaces de unir entre s a fragmentos o masas de materiales slidos con una distribucin granulomtrica determinada, que generalmente recibe el nombre de agregado, formando un conjunto totalmente compacto. Asimismo con la masa plstica de cemento pueden unirse distintas piezas entre s, realizarse recubrimientos, enlucir, realizar reparaciones, etc. La unin se produce mediante el endurecimiento del cemento desde el estado plstico.

El cemento portland, es el conglomerado hidrulico que resulta de la pulverizacin del Clinker a un grado de finura determinado. Mientras que el cemento portland puzolanico viene a ser el conglomerado hidrulico integrado por la mezcla ntima de cemento portland y puzolana.

Componentes del cemento Portland:

NOMBREFRMULAFRMULA DE

XIDOSPORCIENTO

Silicato diclcicoCa2SiO4SiO2 . 2caO32%

Silicato triclcicoCa3SiO5SiO2 .3CaO40%

Aluminato triclcicoCa3Al2O6Al2O3. .3CaO10%

Ferroaluminato

tetra clcicoCa4Al2Fe2O10Al2O3.

Fe2O3.4CaO9%

Sulfato de calcioCaSO42-3%

COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND ADICIONADOS:

Clinker + Yeso + ADICIN MINERAL+ CALIZA (mx. 5%)

III. FABRICACION DEL CEMENTO PORTLAND:

La fabricacin del cemento es una actividad industrial del procesado de minerales que se divide en tres etapas bsicas:

Obtencinde materias primas

Molienday coccindemateriasprimas

Moliendadecemento

Las materias primas para la produccin del portland son minerales que contienen:

xido de calcio (44 %),

xido de silicio (14,5 %),

xido de aluminio (3,5 %),

xidos de hierro (3 %)

xido de manganeso (1,6 %).

La extraccin de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar prximas a la fbrica. Con frecuencia los minerales ya tienen la composicin deseada; sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla, o bien carbonato de calcio, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones.

La mezcla es calentada en un horno especial, con forma de un gran cilindro (llamado kiln) dispuesto casi horizontalmente, con ligera inclinacin, que rota lentamente. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos1400 C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen.

En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcreo o caliza) se disocia en xido de calcio y dixido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el xido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma tambin una pequea cantidad de aluminato triclcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetraclcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado Clinker. El Clinker puede ser conservado durante aos antes de proceder a la produccin del cemento, con la condicin de que no entre en contacto con el agua.1

La energa necesaria para producir el clnker es de unos 1700 julios por gramo, pero a causa de las prdidas de calor el valor es considerablemente ms elevado. Esto comporta una gran demanda de energa para la produccin del cemento y, por tanto, la liberacin de gran cantidad de dixido de carbono en la atmsfera, un gas de efecto invernadero.

Para mejorar las caractersticas del producto final al clnker se agrega aproximadamente el 2 % de yeso (aljez) y la mezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.

El cemento obtenido tiene una composicin del tipo:

64 % xido de calcio

21 % xido de silicio

5,5 % xido de aluminio

4,5 % xidos de hierro

2,4 % xido de magnesio

1,6 % sulfatos

1 % otros materiales, entre los cuales principalmente agua.

Cuando el cemento Portland se mezcla con agua se obtiene un producto de caractersticas plsticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un perodo de varias semanas hasta adquirir su resistencia caracterstica. El endurecimiento inicial es producido por la reaccin del agua, yeso y aluminato triclcico, formando una estructura cristalina de calcio- aluminio-hidrato, estringita y monosulfato.

El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensin derivan de la reaccin ms lenta del agua con el silicato triclcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una ltima reaccin produce el gel de slice (SiO2). Las tres reacciones generan calor.

Con el agregado de materiales particulares al cemento (carbonato de calcio (calcreo)) o cal) se obtiene el cemento plstico, que fragua ms rpidamente y es ms fcilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.

La calidad del cemento Portland deber estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.

En el 2004, los principales productores mundiales de cemento de Portland fueron Lafarge en Francia, Holcim en Suiza y Cemex en Mxico. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopolstico.

Obtencin y preparacin de

materias primas:

El proceso de fabricacin del cemento comienza con la obtencin de las materias primas necesarias para conseguir la composicin deseada de xidos metlicos para la produccin de Clinker.

El Clinker se compone de los siguientes xidos

(datos en %)

Porcentaje

%

xido de calcio "cal" (CaO) 60-69

xido de Silicio "slice" 18-24

xido de Aluminio "almina"(Al2O3) 4-8

xido de Hierro (Fe2O3) 1-8

La obtencin de la proporcin adecuada de los distintos xidos se realiza mediante la dosificacin de los minerales de partida:

Caliza y marga para el aporte de CaO.

Arcilla y pizarras para el aporte del resto xidos.

Las materias primas son transportadas a la fbrica de cemento donde se descargan para su almacenamiento.

La pre homogenizacin realizada mediante diseos adecuados del apilamiento y la extraccin de los materiales en los almacenamientos reduce la variabilidad de los mismos.

Los estudios de composicin de los materiales en las distintas zonas de cantera y los anlisis que se realizan en fbrica permiten dosificar la mezcla de materias primas para obtener la composicin deseada. Molienda y coccin de materias primas:

La finalidad de la molienda es reducir el tamao de las partculas de materias para que las reacciones qumicas de coccin en el horno puedan realizarse de forma adecuada.

La molienda de materias primas (molienda de crudo) se realiza en equipos mecnicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas es sometida a impactos de cuerpos metlicos o a fuerzas de compresin elevadas.

El material obtenido debe ser homogeneizado para garantizar la calidad del

Clinker y la correcta operacin del horno.

En la actualidad, en torno al 78 % de la produccin de cemento de Europa se realiza en hornos de va semi-seca o semi-hmeda; y un 6 % de la produccin europea se realiza mediante va hmeda.PROCESOS DE FABRICACIN DEL CLNKER

1. Va Seca

2. Va semi-seca,

3. Va semi-hmeda

4. Va hmeda

1. Proceso de va seca:

La materia prima es introducida en el horno en forma seca y pulverulenta. El sistema del horno comprende una torre de ciclones para intercambio de calor en la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes del horno.El proceso de des carbonatacin de la caliza (calcinacin) puede estar casi completado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cmara de combustin a la que se aade parte del combustible (pre calcinador).

2. Proceso de va hmeda:

Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de alto contenido en humedad.

El material de alimentacin se prepara mediante molienda conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo ms elevado del horno de Clinker.

3 y 4. Procesos de va semi-seca y semi-hmeda:

El material de alimentacin se consigue aadiendo o eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo.Se obtienen "pellets" o grnulos con un 15-

20 % de humedad que son depositados en parrillas mviles a travs de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno. Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la coccin ha comenzado. En todos los casos, el material procesado en el horno rotatorio alcanza una temperatura entorno a los 1450. Es enfriado bruscamente al abandonar el horno en enfriadores planetarios o de parrillas obtenindose de esta forma el Clinker.

MOLIENDA DE CEMENTO

El proceso de fabricacin de cemento termina con la molienda conjunta de

Clinker, yeso y otros materiales denominados "adiciones".

Los materiales utilizables, que estn normalizados como adiciones, son entre otros:

Escorias de horno alto

Humo de slice

Puzolanas naturales

Cenizas volantes

Caliza

En funcin de la composicin, la resistencia y otras caractersticas adicionales, el cemento es clasificado en distintos tipos y clases. La molienda de cemento se realiza en equipos mecnicos en las que la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metlicos o a fuerzas deCompresin elevada.

Para ello se utilizan los siguientes equipos:

Prensa de rodillos

Molinos verticales de rodillos

Molinos de bolas

Molinos horizontales de rodillos

Una vez obtenido el cemento se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel.

IV. PROPIEDADES

1. Propiedades fsicas:

Requisito

Propiedades fsicas CP NP 334.009 / ASTM C150

Contenido de aire (%) 4 Mximo 12

Expansin de autoclave (%) 0.21 Mximo 0.80

Superficie especifica (cm2) 3800 Mnimo 2800

Densidad (g/ml) 3.14 NO ESPECIFICA

Resistencia Compresin:

Resistencia compresin a 3 das MPa

(kg) Resistencia compresin a 7 das MPa(kg/cm2)

Resistencia compresin a 28 das MPa

(kg/cm2)

24.5 (250)29.6 (302)35.0

(357)

Mnimo 12.0 (Mnimo 122) Mnimo 19.0 (Mnimo 194) Mnimo 28.0(Mnimo 266)

Tiempo de fraguado Vicat:

Fragua Inicial (mnimo) 119 Mnimo 45

Fraguado Final (mnimo) 268 Mximo 375

1.1.-REQUISITOS FSICOS:

a) Resistencia a la compresin:

Se determina llevando a la rotura especmenes cbicos de 50 mm de lado, preparados con mortero consistente de una parte de cemento y 2,75 partes de arena estndar, dosificados en masa (a/c=0,485).

Los cubos se curan un da en su molde y luego son retirados de su molde e inmersos en agua de cal hasta su ensayo (3, 7 y 28 das).

b) Tiempo de fraguado:

Fraguado: Condicin alcanzada por una pasta, mortero o concreto de cemento cuando han perdido plasticidad a un grado arbitrario.Se determina observando la penetracin de una aguja en la pasta de cemento:

Ensayo del tiempo de Fraguado en pasta usandoLa aguja de Vicat.

c) Expansin en autoclave:

Un espcimen prismtico (25 mm de seccin transversal cuadrada y 250 mm de longitud), curado 24 horas en cmara hmeda, se coloca en una autoclave, a una T y P especificadas. Luego se mide la expansin producida.Determina la posibilidad de una expansin potencial causada por la hidratacin tarda de la CaO libre, o del MgO, o de ambos, presentes en cantidades excesivas en el cemento Portland.

d) Resistencia a los sulfatos:

El concreto expuesto a concentraciones perjudiciales de sulfatos, debe elaborarse con cementos resistentes a sulfatos:

Cementos de moderada resistencia a los sulfatos:

- Cemento Portland Tipo II.

- Cementos Portland adicionado Tipo MS.

Cementos de alta resistencia a los sulfatos:

- Cemento Portland Tipo V.

- Cemento Portland adicionado Tipo HS.

e) Calor de hidratacin:

Calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua (hidratacin del cemento es proceso exotrmico).En estructuras de gran volumen, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes: crean esfuerzos perjudiciales que fisuran el concreto.Los cementos con bajos contenidos de C3A y C3S generan bajo calor de hidratacin.

El incremento de: finura del cemento, contenido de cemento y T de curado aumentan calor de hidratacin.2. Propiedades qumicas:

2.1.-REQUISITOS QUMICOS

a) xido de magnesio (MgO):

Cristaliza como Periclasa, con incremento de Volumen, originando grietas que fisuran al concreto.b) Trixido de azufre (SO3):

Forma equivalente de expresar los sulfatos Presentes en el cemento.

c) Prdida por ignicin:

Una elevada prdida por ignicin es ndice de la hidratacin o carbonatacin del cemento producida por un almacenamiento incorrecto y prolongado.El envejecimiento del cemento disminuye la resistencia y aumenta los tiempos de fraguado.d) Residuo insoluble:

ndice de la transformacin de xidos en compuestos. Ensayo con el que se puede verificar, de ser el caso, si un cemento Portland ha sido adulterado.

e) lcalis (Na2O + K2O):

La reaccin lcali-agregado se produce entre determinados agregados reactivos y los lcalis del cemento, formndose un gel que absorbe agua, se dilata y genera presiones internas que fisuran el concreto.Los problemas de expansin debidos a la reaccin lcaliagregado se pueden evitar o

controlar utilizando:

. Cementos Portland de bajo contenido de lcalis: lcalis equivalentes: (Na2O + 0,658 K2O) < 0,60 %. Cementos Portland adicionados (Opcin R).

Opcin R: Baja reactividad con agregados lcali-reactivos.

Concreto con presenciaDe gel de reaccin

lcali-slice (RAS)

Fisuracin caracterstica por reaccin lcali-slice

3.-PRINCIPALES ADICIONES:

a) Puzolanas

b) Escoria de Alto Horno

NOMBRE ADICION PORCENTAJE

Cemento Portland Puzolana 15-40%

Puzolnico Tipo IP

Cemento Portland Puzolana