Ing. Fernando Garnica Cuba

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

EL CEMENTO PORTLAND

DEFINICION

Es un aglomerante hidrfilo (absorvente),

resultante de la calcinacin de rocas

calizas, areniscas y arcillas, de manera

de obtener un polvo muy fino que en

presencia de agua endurece

adquiriendo propiedades resistentes y

adherentes.

El nombre proviene de la similitud en

apariencia y el efecto publicitario que

pretendi darle en el ano 1924 Joseph

Apsdin un constructor ingls, al patentar un

proceso de calcinacin de caliza arcillosa

que produca un cemento que al hidratarse

adquira segn l, la misma resistencia que

la piedra de la isla de Portland cerca del

puerto de Dorset, Inglaterra.

Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cemento Portland moderno, que con algunas variantes persiste hasta nuestros das y que consiste en moler rocas calcreas con rocas arcillosas en cierta composicin y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 C producindose lo que se denomina el clinker, constituido por bolas endurecidas de diferentes dimetros, que finalmente se muelen aadindoseles yeso para tener como producto definitivo un polvo sumamente fino.

MATERIAS PRIMAS DEL CEMENTO

Materiales calcareos: Deben tener un adecuado contenido de Carbonato de Calcio (CO3Ca) que ser entre el 60 %y el 80% y no debe tener ms de 1,5% de magnesita

Materiales arcillosos: debern contener slice en cantidad entre 60% y 70%.

Minerales de fierro: suministran el xido frrico en pequeas cantidades

Yeso: Aporta el sulfato de calcio

El yeso se aade al clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento fraguara muy rpidamente debido a la hidratacin violenta del aluminato triclcico y el ferro aluminato triclcico

COMPOSICIN DEL CEMENTO

PORTLAND

PROPIEDADES DEL CEMENTO

Finura o fineza: Se refiere al grado de molienda del polvo; se expresa por la superficie esfrica en m/kg

Peso especifico: Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gf/cm

Resistencia a la compresin: Mide la capacidad mecnica del cemento. Es una de las ms importantes propiedades se expresa en kgf/cm

Contenido de aire: Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total

Calor de hidratacin: mide el calor desarrollado por la reaccin exotrmica de la hidratacin del cemento, se expresa en cal/g

MECANISMO DE HIDRATACION

Se denomina hidratacin al conjunto de reacciones qumicas entre el agua y los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estado plstico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevos productos formados. Los componentes ya mencionados anteriormente, al reaccionar con el agua forman hidrxidos e hidratos de Calcio complejos.

Dependiendo de la temperatura, el tiempo y la relacin entre la cantidad de agua y cemento que reaccionan se pueden definir los siguientes estados:

Estado Plstico

Unin del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto menor es la relacin Agua/Cemento, mayor es la concentracin de partculas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura de los productos de hidratacin es mucho ms resistente.

La accin del yeso contrarresta la velocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina el periodo latente o de reposo en que las reacciones se atenan y dura entre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y el cemento en particular.

Fraguado Inicial Condicin de la pasta de cemento en que se aceleran

las reacciones qumicas, empieza el endurecimiento y la prdida de la plasticidad, midindose en trminos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en que se evidencia el proceso exotrmico donde se genera el denominado calor de hidratacin, que es consecuencia de las reacciones qumicas descritas.

Se forma una estructura porosa llamada gel de Hidratos de Silicatos de Calcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entre slido y Iquido que va rigidizndose cada vez mas en la medida que se siguen hidratando los silicatos.

Este periodo dura alrededor de tres horas y se producen una serie de reacciones qumicas que van haciendo ms estable con el tiempo al gel CHS. En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformaciones permanentes ni alteraciones en la estructura que aun esta en formacin.

Fraguado Final

Se obtiene al trmino de la etapa de

fraguado inicial, caracterizndose por

endurecimiento significativo y

deformaciones permanentes. La

estructura del gel esta constituida por el

ensamble definitivo de sus partculas

endurecidas.

Endurecimiento Se produce a partir del fraguado final y es el estado en

que se mantienen e incrementan con el tiempo las caractersticas resistentes.

La reaccin predominante es la hidratacin permanente de los silicatos de calcio, y en teora continua de manera indefinida.

Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente las influencias de la composicin del cemento.

Durante el proceso de hidratacin, el volumen externo de la pasta se mantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumen de slidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando la reduccin permanente de la porosidad, que esta relacionada de manera inversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con la permeabilidad.

Para que se produzca la hidratacin completa se necesita la suficiente cantidad de agua, la temperatura adecuada y tiempo, y de aqu es donde se desprende el concepto fundamental del curado, que consiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso se complete.

Un concepto bsico que nos permitir entender el comportamiento del concreto, reside en que el volumen de los productos de hidratacin siempre es menor que la suma de los volmenes de agua y cemento que los originan debido a que por combinacin qumica el volumen de agua disminuye en alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contraccin de la pasta endurecida.

Tipos de Cementos y sus Aplicaciones

Tipo I

De uso general, donde no se requierenpropiedades especiales, alto calor y fc alto.

Tipo II

De moderada resistencia a los sulfatos ymoderado calor de hidratacin. Para emplearseen estructuras con ambientes agresivos y/o envaciados masivos.

Tipo III

Desarrollo rpido de resistencia con elevado calorde hidratacin. Para uso en clima fro o en loscasos en que se necesita adelantar la puesta enservicio de las estructuras.

Tipo IV

De bajo calor de hidratacin. Para concreto masivo.

Tipo V

Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muyagresivos.

Cementos Mezclados o Adicionados

Tipo IS

Cemento al que se ha aadido entre un25% a 70% de escoria de altos hornosreferido al peso total.

Tipo ISM

Cemento al que se ha aadido menos de25% de escoria de altos hornos referido alpeso total.

Tipo IP

Cemento al que se le ha aadido puzolana en un

porcentaje que oscila entre el 15% y 40% del

peso total.

Tipo IPM

Cemento al que se le ha aadido puzolana en un

porcentaje menor de 15% del peso total.

Todos estos cementos tienen variantes en que se

les aade aire incorporado (sufijo A), se induce

resistencia moderada a los sulfatos (sufijo M), o

se modera el calor de hidratacin (sufijo H).

Las puzolanas son materiales inertes silceos y/o

aluminosos, que individualmente tienen

propiedades aglomerantes casi nulas, pero que

finamente molidas y al reaccionar qumicamente

con hidrxidos de Calcio y agua adquieren

propiedades aglomerantes.

En Per se fabrican tipo I, II V, IP y IPM

Los fabricantes suelen hacer mucha pruebas de

morteros, pero pocas de concretos.

Las ventajas de los cementos puzolnicos no

son aprovechadas debido a la poca informacin

Desarrollo de la Resistencia a la Compresin en

% de la Resistencia a los 28 das

FABRICAS DE CEMENTOS EN

EL PER

LOS CEMENTOS NACIONALES

Cmo elegir el cemento?

Nos preguntaremos:

Dnde Vamos ha construir?

En qu condiciones de exposicin vamos

a construir?

Qu tipo de estructura y/o que proceso

constructivo vamos a usar?

Dnde Vamos a Construir? El medio ambiente y las condiciones de servicio afectan

de manera sustancial el comportamiento del concreto, por lo tanto es muy importante es muy importante tener en cuenta el manejo del Calor de Hidratacin.

En Clima Clido: Utilizaremos cementos con bajo calor de hidratacin, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al calor de hidratacin que producen de mayor a menor, tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo y I.

En Clima Frio: Utilizaremos cementos con alto calor de hidratacin, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al calor de hidratacin que producen de mayor a menor, tenemos: I, II, IPM, IMs, ICo, V.

En Qu Condiciones de exposicin Vamos

A Construir?

El concepto que prima es la resistencia a la

agresividad qumica, por lo tanto es muy

importante tener en cuenta las condiciones de

exposicin:

Ambiente Marino: Expuestos a cloruros + sulfatos,

por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo

al grado de resistencia de mayor a menor

tenemos: IP, V, IPM, II,IMs, ICo, I.

Suelo con Sulfatos: Ordenando los cementos de

acuerdo al grado de resistencia a los sulfatos de

mayor a menor tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo, I.