Clasificación de los materiales cementantes

Originalmente el concreto se hacia usando una mezcla de solo tres materiales: cemento, agregado y agua; casi invariablemente, el cemento Portland. Más tarde con objeto de mejorar las propiedades del concreto, tanto en el estado fresco como endurecido, muy pequeñas cantidades de productos químicos se agregaban en la mezcla.

Con el tiempo otros materiales, de naturaleza inorgánica, se introdujeron en la mezcla de concreto. Las razones originales para usar estos materiales fueron usualmente económicas: eran más baratos que el cemento portland, algunas veces porque eran un producto secundario o desperdicios de procesos industriales. Un impulso mas para la incorporación de estos materiales suplementarios en la mezcla de concreto lo dio el aumento agudo en el costo de energía en la década de 1970 y recordamos que el costo de la energía representa una proporción principal del costo de la producción de cemento.

Todavía un incentivo para el uso de algunos materiales suplementarios fue proporcionado por los intereses ecológicos acerca de los pozos a cielo abierto y canteras para materias primas requeridas para la producción de cemento portland por un lado y por el otro acerca del medio de deshacerse de los materiales de desperdicio industrial tales como escorio de alto horno, ceniza volante, o humo de sílice.

Además, la fabricación de cemento portland es ecológicamente dañina ya que la producción de una tonelada de cemento da por resulta casi una tonelada de bióxido de carbono que se arroja a la atmosfera.

Sería incorrecto inferir, a partir de la anterior consideración histórica que los materiales suplementarios se introdujeron dentro del concreto solo por el empuje de su disponibilidad. Estos materiales también proporcionan propiedades deseables en el concreto, algunas veces en el estado fresco, pero con más frecuencia en el estado endurecido. Este tirón combinado con el empuje, hadado por resultado una situación tal que en muchos países una alta proporción de concreto contiene uno o más de estos materiales suplementarios. Es por eso inapropiado considerarlos, como algunas veces se hizo en el pasado, como materiales de reemplazo del cemento o como extendedores.

Sí, como se acaba de exponer, los materiales que hemos descrito hasta aquí como suplementarios son por derecho propio, componentes apropiados de los materiales cementantes usados en la elaboración del concreto, entonces se ha de buscar una nueva terminología. Ninguna terminología sencilla se ha acordado sobre una base común para todo el mundo, y puede ser de utilidad discutir, en forma breve, la nomenclatura utilizada en diferentes publicaciones.

En lo que afecta al concreto, el material cementante siempre contiene cemento portland de la variedad tradicional y eso es cemento portland puro. Por tanto, cuando otros materiales también son incluidos, es posible llamarle al conjunto de los materiales cementantes usados como cementos portland compuestos.

El enfoque europeo de la norma ENV 197-1:1992 es usar el término cemento CEM, el cual requiera la presencia del componente de cemento portland por implicación; sin embargo, el nombre cemento CEM no se piensa ser explicito o de atracción general.

El enfoque estadounidense actual es dado en la norma ASTM C 1157-94a, el cual cubre cemento hidráulicos mezclados para aplicaciones tanto generales como especiales. Un cemento hidráulico mezclado se define como sigue: “’ Un cemento hidráulico que se compone de dos o más constituyentes inorgánicos los cuales contribuyen a las propiedades de ganancia de resistencia del cemento, con otros constituyentes, adiciones de procesamiento y adiciones funcionales o sin ellos”’.

Esta terminología es válida excepto que el término ‘’constituyente inorgánico’’ es difícil de relacionar con los materiales reales incorporados en el concreto, comúnmente puzolana natural o producida industrialmente, ceniza volante, humo de sílice, o escoria de alto horno granulada y molida. Además, el énfasis en el término hidráulico puede crear una imagen equivocada a los ojos de los usuarios generales del cemento. Además, la terminología de ASTM no es utilizada por el instituto americano de concreto.

El estudio más bien prolongado anterior explica la dificultad de clasificar y de poner en categorías los diferentes materiales comprendidos. La situación no se mejora por una falta de nomenclatura internacional. Claro, más de un enfoque es posible pero la dificultad se aviva por el hecho de algunas de las divisiones no son mutuamente exclusivas.

Un cemento que se componga de cemento portland con mas que el 5 por ciento de otro material inorgánico, es mencionado como cemento portland. Debemos reconocer que antes de 1991 se esperaba que los cementos portland fueran puros, o sea, sin la presencia de adiciones distintas al yeso o facilitadores de la molienda.

Un cemento que se componga de cemento portland y un por ciento mas materiales inorgánicos será llamado ASTM 1957-94a. Como la ASTM, usamos el termino Mezcla para incluir tanto los resultados de mezclar los polvos separados como de entremoler los materiales de base, por ej. Clinker de cemento portland y escoria de alto horno granulado o molida.

Se tiene alguna dificultad en escoger el término para los componentes que forman un cemento mezclado. Los termino ‘’contituyentes’’ y ‘’componentes’’ corren el riesgo de confusión con los compuestos químicos del cemento portland. Lo que todos los materiales, con los cuales estamos interesados, tienen en común es que en las palabras de la norma ASTM ‘’contribuyen a las propiedades

de ganancia de resistencia del cemento.En la tablase describe las porpiedades importantes;se puede ver que hay divisiones con clara separación con respecto a propiedades hidráulicas, o sea, verdaderamente cementantes.

Como ya se menciono, todos los materiales cementantes, que se acaban de definir, tienen una propiedad en común: ellos son a los menos tan finos como las partucula de cemento portland, y algunos veces mucho más finos. Sus otras características, sin embargo son distintas. Esto se aplica a su origen, su composición química, y características físicas de tales como textura superficial o peso específico.

Hay muchas maneras de preparar un cemento mezclado.

Una manera es entre moler los otros materiales cementantes con el clinker de cemento para producir un cemento mezclado integral. La segunda manera es para mezclar verdaderamente dos o raramente tres materiales en su forma final. De manera alterna, el cemento portland y uno o más materiales cementantes se pueden introducir en la mezcladora de concreto por separado, pero en forma simultánea.

Además, las cantidades relativas de cemento portland y de otros materiales cementantes en la mezcla de concreto varían ampliamente: algunas veces la proporción de los otros materiales cementantes es baja en otras mezclas constituyen un a proporción significante, hasta una parte mayoritaria, del cemento mezclado.

Un material cementante dado puede ser hidráulico en naturaleza, o sea. Puede experimentar hidratación por sí mismo y contribuir a la resistencia del concreto. En forma al terna, puede tener propiedades hidráulicas latentes, o sea, puede exhibir actividad hidráulica y en consecuencia reacción química con algunos otros compuestos, tales como los productos de hidratación de cemento portland los cuales coexisten en la mezcla. Todavía una tercera posibilidad es para que el material cementante muy inerte químicamente y tenga un efecto catalítico sobe la hidratación de otras materiales, por ej. Por medio de fomentar la nucleacion y físico sobre las propiedades del concreto fresco. Los materiales dentro de esta categoría se llaman rellenos.

Diferentes cementos

Se hace una clasificación con base sobre la propiedad física o química que es importante, tal como una rápida ganancia de resistencia, baja rapidez de evolución del calor de hidratación o resistencia al ataque de sulfatos.

A continuación se presenta una lista de cementos portland con otros materiales cementantes.

La unificación de normas dentro de la UE, ha incluido a la primera norma común para cemento publicada por el comité europeo para normalización a saber.

Muchos de los cementos se han desarrollado para asegurar buena durabilidad del concreto sujeto a una variedad de condiciones. Sin embargo, no ha sido posible encontrar en la composición del cemento una respuesta completa al problema de durabilidad del concreto: las principales propiedades mecánicas del concreto endurecido, tales como resistencia, contracción, permeabilidad, resistencia a la acción de la intemperie y al flujo plástico, también son afectadas por factores ajenos a la composición del cemento, aunque esta determina el alto grado la rapidez de ganancia de resistencia. En la figura se muestra la rapidez de desarrollo de resistencia de concreto hechos con cementos de tipos diferentes: mientras que la rapidez varía considerablemente, hay poca diferencia en la resistencia a 90 días de cementos de todos tipos, en algunos casos por ej. La figura 2.2 las diferencias sean mayores. La tendencia general es para que los cementos con una baja rapidez de endurecimiento tengan una resistencia última ligeramente superior. La fig. 2.1 muestra que al cemento de tipo IV que tiene la mas baja resistencia a 28 días pero que desarrolla la segunda resistencia más alta a la edad de 5 anos. Una comparación en la fig. 2.1 y 2.2 ejemplifican el hecho de que las diferencias entre tipos de cementos no están cuantificadas con facilidad.

Todavía con referencia a la fig. 2.2 deberemos notar que la regresión de resistencia del concreto hecha con cementos de tipo II no es característica de este tipo de cemento. El patrón de resistencia temprana baja y tardía alta concuerda con la influencia del sistema inicial del cemento endurecido sobre el desarrollo de resistencia final: cuanto más lentamente se establece el sistema tanto más denso es el gel y tanto mayor es la resistencia última. A pesar de eso, las diferencias importantes de las propiedades físicas importantes de cementos de tipos diferentes solamente se encuentran en las etapas iniciales de hidratación: en pastas bien hidratadas, las diferencias son solo menores.

La división de cementos en la forma de tipos diferentes es una amplia clasificación funcional, y algunas veces puede haber diferencia amplias entre cementos del misto tipo nominalmente. Por otro lado no hay discontinuidades tajantes en las propiedades de diferentes tipos de cementos y muchos cementos se pueden clasificar como más de un tipo.

La obtención de alguna propiedad especial de cemento puede conducir a características indeseables en otro aspecto. Por eso, puede ser necesario un equilibrio de requisitos, y también se debe considerar el aspecto económico de fabricación. El cemento de Tipo II es un toque satisface varias necesidades.

Los métodos de fabricación, a través de los anos, se han mejorado constantemente, y ha habido un continuo desarrollo de cementos para servir propósitos deferentes con un cambio correspondiente de especificaciones, Por otro lado, algunos de los cambios resultaron ser desventajosos cuando no se acompañaron con un cambio en la práctica del concreto.

Cemento portland común

Este es con mucho cemento en uso más común: casi el 90 por ciento de todo el cemento usado en los estados unidos es del tipo común.

Puede ser interesante señalar que en 1995 el consumo anual en el Reino Unido fue equivalente a 2218 kg por habitante, y en USA fue 336 kg.

El cemento portland común (Tipo I) es admirablemente adecuado para la construcción general de concreto cuando no hay exposición a sulfatos en suelos o aguas freáticas. La especificación para estos cementos está dada en la norma europea ENV 197-1:1992. Al quedarse con la tendencia moderna hacia especificaciones orientadas al funcionamiento, poco se deja acerca de la composición química del cemento, en términos de compuestos o de óxidos. Realmente, la norma solo requiere que este hecho desde 95 a 100% de clinker de cemento portland y de 0 a 5% de constituyentes menores adicionales, todo por masa, siendo los porcentajes aquellos de la masa toda excepto sulfato de calcio y aditivos de manufactura tales como auidas para molienda.

La limitación sobre la composición de clinker es que no menos de dos tercios de su masa este compuesta de C3 s y Cas tomados juntos y que la proporción de Cao respecto a SiO2 también por masa, no sea menos de 2.0 El contenido de MgO se limita a un máximo de 5.O %.

Los constituyentes menores adicionales, mencionados, son uno o más de los otros materiales cementantes o un relleno. Un relleno se define como cualquier material mineral natural o inorgánico diferente de un material calcáreo el cual, por causa de su distribución de partículas, mejora las propiedades físicas del cemento, por ej. Trabajabilidad o retención de agua.

Así la norma ENV 197-1:1992, no contiene requisitos detallados acerca de las proporciones de los diversos óxidos de clinker que fueron incluidos en las versiones previas de las normas británicas. YA que algunos de esos requerimientos todavía están en uso en muchos países, es útil mencionar el factos de

saturación de cal el cual deba no ser mayor a 1% ni menor a 0.66. Para cemento, el factos se define como:

En donde cada término dentro de paréntesis denota el porcentaje por masa del compuesto dado presente en el cemento.

El límite superior del factos de saturación de cal asegura que la cantidad de cal no sea tan alta que como resultado aparezca cal libre a la temperatura de calcinación en equilibrio con el líquido presente. Un factos de saturación de cal demasiado bajo haría difícil la calcinación en el horno y la proporción de C3S en el clinker sería demasiado baja para el desarrollo de resistencia temprana.

Los métodos de análisis químico del cemento están prescritos en la norma europea EN 196-2:1987.

Ya que la norma británica BS12:1991 todavía está en uso, se deberá mencionar que limita la expansión en la prueba de le chatelier, determinada de acuerdo con la norma EN a no más que 10mm.

Los requisitos adicionales de la norma Bs son: el contenido de cloruro de no más de 0.10%. Los límites sobre el residuo insoluble y la perdida por ignición están establecidos.

La norma BS clasifica los cementos portland de acuerdo con la resistencia a la compresión.

La resistencia mínima a los 28 días en MPa da el nombre de las clases: 32.5, 42.5, 62.5. Las resistencias de 28 días de las dos clases inferiores son prescritas por un rango, esto es, cada clase de cemento tiene un valor máximo de resistencia además de un mínimo. Por otra parte, los cementos de clases 32.5 y 42.5 se subdividen cada uno en dos subclases, alta resistencia temprana- Las dos subclases de alta resistencia temprana, denotadas con la letra R. son cementos de endurecimiento rápido.

La ventaja de prescribir los cementos de clases 32-5 y 42.5 por un rango de resistencia de 20 MPa es que durante la construcción, se evitan variaciones en resistencia, especialmente hacia abajo. Además, y quizás en forma más importante, una resistencia excesivamente alta a la edad de 28 días permitiría, como fue el caso de la década de 1970 y 1980 que se lograra una resistencia especificada del concreto a un contenido de cemento indebidamente bajo.

Cemento portland de endurecimiento rápido

Este cemento comprende las subclases de cemento portland de 32.5 y 42.5 MPa que se prescriben en la norma BS. El cemento portland de endurecimiento rápido (Tipo III) como su nombre lo indica, desarrolla resistencia más rápidamente y se deberá, por tanto describir correctamente como cemento de alta resistencia temprana. La razón de endurecimiento no se deberá confundir con la razón de fraguado, en efecto, los cementos comunes y los de endurecimientos rápido tienen tiempos de fraguado similares, ,prescritos por la norma BS como un tiempo de fraguado inicial de no menos de 45 minutos y el tiempo de fraguado final ya no es prescrito.

La rapidez de aumento de ganancia de resistencia del cemento portland de endurecimientos rápido se logra con un contenido más alto de C3S (más alto que 55%, pero algunas veces tan alto como 70%) y por una molienda más fina del clinker de cemento. La norma británica BS12, no prescribe la finura de cemento, ya sea ordinario o de endurecimiento rápido. Sin embargo, asegura un cemento portland opcional de finura controlada. El rango de finura es acordado entre el fabricante y el consumidor. Tal cemento es valioso en aplicación en donde hace más fácil remover agua de exceso del concreto durante la compactación pues la finura es más crítica que la resistencia a la compresión.

En la práctica, el cemento portland de endurecimiento rápido tiene una finura más alta que el cemento portland común. En forma típica los cementos de tipo III de ASTM tienen una superficie específica medida por el método de Blaine, de 450 a 600 m²/kg comparada con 300 a 400m²/kg para el cemento del tipo I. La finura más alta aumenta significativamente la resistencia a las 10 a 20 horas, persistiendo el aumento hasta aprox. Los 28 días. En condiciones de curado húmedo, las resistencias se igualan a la edad de 2 a 3 meses, pero posteriormente la resistencia de los cementos de finura inferior sobrepasa a la resistencia de los cementos de finura alta.

Este comportamiento no se deberá extrapolar para cemento con una finura muy alta, la cual aumenta la demanda de agua de la mezcla. En consecuencia, a un contenido dado de cemento y para una trabajabilidad dada, la relación de agua/cemento aumenta y compensa los beneficios de la finura más alta con respecto a resistencia temprana.

Los requisitos de sanidad y de propiedades químicas son iguales para cemento de endurecimiento rápido que para cemento portland común y en consecuencia, no necesitan repetirse.

El uso del cemento de endurecimiento rápido está indicado en donde se desea un rápido desarrollo de resistencia, por ej. Cuando la cimbra se va a remover temprano para nuevo uso, o en donde se quiere suficiente resistencia para construcción adicional tan pronto como sea practico. El cemento de endurecimiento rápido no es mucho más caro que el cemento común representa un bajo porcentaje de

todo el cemento fabricado en el Reino Unido y USA. Sin embargo, ya que la rápida ganancia de resistencia significa una alta rapidez de desarrollo de calor, el cemento portland de endurecimiento rápido no se deberá usar en construcción masiva o en grandes secciones estructurales. Por otro lado, para construcción a bajas temperaturas el uso de cemento con alta rapidez de evolución de calor puede resultar en una protección satisfactoria contra daño temprano por congelación.

Cementos portland especiales de endurecimiento muy rápido

Existen cementos fabricados especialmente de endurecimiento rápido. Uno de esto, así llamado cemento de ultra alta resistencia temprana. Es te tipo de cemento no es normalizado sino mas bien abastecido por fabricante individuales de cemento. Generalmente, el desarrollo de resistencia rápida se realiza con moler el cemento hasta finuras muy altas: 700 a 900m²/kg. Debido a esto, el contenido de yeso tiene que ser más alto (4% expresado como SO3) que cumplen con la norma EN, pero en todos los otros cementos la resistencia ultra alta satisface los requisitos de la norma, Se puede observar que el alto contenido de yeso no tiene efecto adverso sobre la sanidad de largo plazo ya que el yeso se consume y agota en las reacciones tempranas de hidratación.

El efecto de la finura del cemento sobre el desarrollo de resistencia se ejemplifica en la fig. 2.3

El cemento de ultra alta resistencia temprana se fabrica por medio de la separación de los finos del cemento portland de endurecimiento rápido por elutriador de aire de ciclones, es la causa de su alta finura, el cemento de ultra alta resistencia temprana tiene una baja densidad aparente y se deteriora rápidamente al exponerse. La rápida hidratación resulta por la finura, y en consecuencia lleva a una alta generación de calor y un rápido desarrollo de resistencia, por ej. La resistencia a 3 días del cemento portland de endurecimiento rápido se alcanza en 16 horas, y la resistencia de 7 días a 24 horas. Sin embargo, hay poca ganancia en resistencia más allá de 28 días. Las resistencias típicas de concretos hechos con el cemento de ultra alta resistencia temprana están dadas en la tabla 2.6.

Se ha informado recientemente sobre cementos de ultra alta resistencia temprana de tener un contenido muy alto de C3S, 60% y un contenido muy bajo de C2S, 10%. El fraguado inicial ocurrió en 70 minutos pero el fraguado final a los 95 minutos. Sin embargo, deberemos observar que para las mismas proporciones de mezcla, el uso de cemento de ultra alta resistencia temprana da por resultado una baja trabajabilidad.

El cemento de ultra alta resistencia temprana se ha usado con éxito en varias estructura en donde es de importancia el pres fuerzo o la puesta en servicio en forma temprana. La contracción y el flujo plástico no son significativamente diferentes de aquellos obtenidos con otros cementos portland cuando las proporciones de mezcla son iguales, en el caso de flujo plástico, la comparación se tiene que hacer sobe la base de la misma relación de esfuerzo que hacer sobre la base de la misma relación de esfuerzo/resistencia.

Los cementos de ultra alta resistencia temprana, analizados hasta aquí no contienen aditivos integrales y son fundamentalmente de la variedad de solo cemento portland. Existen también otros cementos con una composición de patente, Uno de estos es el llamado cemento de fraguado regulado o cemento jet, desarrollado en USA. El cemento está compuesto esencialmente de una mezcla de cemento portland y fluoroaluminato de calcio con un retardador apropiado (acido critico o sales de litio). El tiempo de fraguado del cemento puede variar entre 1 y 30 min (a menor resistencia menor el fraguado) y es controlado en la fabricación del cemento a medida que las materias primas con entre molidas y calcinadas juntas, La moliendo es difícil a causa de diferencias de dureza de los ingredientes.

El cemento jet típico japonés tiene una superficie especifica Blaine de 590 m²/kg y una composición de óxidos.

A una relación agua cemento de 0.30, las resistencias a la compresión de 8 MPa se alcanzaron en 2 horas y 15 MPa se alcanzaron en 6 horas. La contracción por secado de concreto hecho con cemento de jet se encontró inferior que cuando se uso cemento portland al mismo contenido por metro cubico de concreto.

Existen otros cemento especiales de endurecimiento muy rápido.Esto se venden con nombres patentados o registrados y su composición no es revelada.

El cemento X es un cemento mezclado que contiene 65% de cemento portland con una finura Blaine de 500m²/kg, aproximadamente 25% de ceniza volante de clase C, y adiciones químicas funcionales no reveladas. Es probable que estas incluyan acido cítrico, carbonato de potasio y superfluidificane y sin cloruros. El cemento se usa típicamente, a un contenido de 450 kg/m³ de concreto con una relación agua/cemento de aprox. 0.25. El tiempo de fraguado es de 30 min o más. Se asegura que el concreto se puede colocar a temperaturas ligeramente debajo de la temperatura de congelación, pero el aislamiento del concreto es necesario par a retener calor.

Cemento portland de calor bajo

La elevación en temperatura del interior de una gran masa de concreto por causa del desarrollo de calor de hidratación del cemento, acoplada con una baja conductividad térmica del concreto, puede conducir a agrietamiento serios. Por esta razón, es necesario limitar la rapidez de evolución de calor del cemento usado en este tipo de estructuras: se puede disipar entonces una mayor proporción del calor y se tiene como resultado una menor elevación de temperatura.

Un cemento con bajo desarrollo de calor se produjo para usarse en grandes presas de gravedad en USA, y se conoces como cemento portland de bajo calor de hidratación (tipo IV).

En el Reino Unido, el cemento portland de bajo calor es cubierto por la norma BS 1370-1979 que limita el calor de hidratación 250J/g a la edad de 7 días y 290 J/g a los 28 das.

El límite de contenido de cal del cemento portland de bajo calor, después de la corrección en cuanto a la cal combinada con SO3 son:

El contenido más bajo de los compuesto s que se hidratan en forma rápida, C3S y C3A, da por resultado un desarrollo de resistencia más lento que el cemento portland común, pero no se afecta a la resistencia ultima. En todo caso para asegurar un aumento de ganancia de resistencia, la superficie especifica del cemento no debe ser menor de 320 m²/kg.

En USA el cemento portland puzolana tipo IP se puede especificar como una variedad de bajo calor, el cemento portland puzolana del tipo IP puede requerir tener calor moderado de hidratación, que se denota con el sufijo MH.

Cemento resistente a sulfatos

Al analizar las reacciones de hidratación del cemento especialmente el proceso de fraguado, se hizo mención de la reacción entre C3A y yeso y de la formación siguiente de sulfoaluminato de calcio. En el cemento endurecido, el hidrato de aluminato de calcino puede reaccionan en forma similar con una sal de sulfato derivada del exterior del concreto: El producto de adición es sulfoaluminato de calcio, que se forma dentro del sistema de pasta hidratada de cemento. La desintegración gradual del concreto resulta porque el aumento en el volumen de la fase solida es de 227%. Un segundo tipo de reacción es el cambio de base entre el hidróxido de calcio y sulfatos, que da poro resultado la formación de yeso con un aumento de 124% en el volumen de la fase solida.

Estas reacciones son conocidas como ataque de sulfatos. Las sales particularmente activas son de sulfato de magnesio y sulfato de sodio. El ataque de sulfatos es acelera en forma importante si es acompañado por humedecimiento y secado alternos.

El remedio descansa en el uso de cemento de bajo contenido de C3A y ese cemento se conoce como cemento portland resistente a sulfatos El máximo contenido de C3A es 3.5% y de SO3 se limita al 2.5%.En USA el cemento resistente a sulfatos es conocido como cemento de tipo V. Esta especificación limita el contenido de C3A al 5% y restringe la suma de contenido de C4AF más dos veces el contenido de C3A al 25%. Se limita al 6% el contenido de magnesia.

Un ejemplo de un cemento con una muy baja relación de Al2O3:Fe2O3 está en el cemento de Ferrari, en cuya fabricación el oxido de fierro reemplaza para de la arcilla. En Alemania se produce un cemento similar con el nombre de Erz.

El bajo contenido de C3A y el comparativamente bajo contenido de C4Af del cemento resistente a sulfatos quieren decir que tiene un alto contenido de silicatos y esto le da al cemento una alta resistencia, pero la resistencia temprana es baja porque C2S representa una alta proporción de los silicatos. El calor desarrollado por el cemento resistente a sulfatos no es mucho más alto que el del cemento bajo en calor. Se podría decir que es el cemento ideal pero por causa de los requisitos especiales en cuanto a las materias primas usados en su fabricación, el cemente resistente a sulfatos no se puede hacer generalmente y de forma económica.

Se deberá observar que el uso del cemento resistente a sulfatos puede ser desventajoso cuando hay un riesgo de la presencia de iones de cloruro en el concreto que contiene refuerzo de acero u otro acero embebido. La razón para esto es que el C3A se adhiere a iones, lo que forma cloruminato de calcio. En consecuencia, estos iones no están disponibles para iniciación de corrosión del acero.

Cemento y pigmentos blancos

Para los propósitos de arquitectura, se requiera algunas veces el concreto blanco o un color pastel. Para obtener los mejores resultados es aconsejable usar cemento blanco con un agregado fino apropiado.

El cemento portland blanco se hace a partir de materias primas que contienen muy poco oxido de hierro, menor a 0.3% por masa de clinker y de oxido de manganeso. Se unas generalmente la arcilla de

porcelana, junto con yeso o piedra caliza, libre de impurezas especificadas. Se usa petróleo o gas como combustible en el horno para evitar contaminación con ceniza de carbón. Puesto que el fierro actúa como un fundente de calcinación, su ausencia requiere temperaturas de horno más altas (hasta1650 c) pero algunas veces se agrega criolita como fundente.

También se tiene que evitar contaminación del cemento con fierro durante la molienda del clinker. Por esta razón, en lugar del molino de bolar usual, se prefieren en la molienda ineficiente en fragmentos de pedernal o las costosas bolas de aleación de níquel y Mo, en un molino forrado de piedra o de material cerámico. El precio del cemento blanco es 3 veces más caro que el portland común.

Por esta causa el concreto de cemento blanco se usa con frecuencia en la forma de revestimiento colocado contra una base de concreto común, pero es necesario un gran cuidado para asegurar plena adherencia entre los dos cretos. Para obtener buen color, generalmente se usa proporción de mezcla rica, con una relación de agua/cemento n mayor a 0.4

Hablando estrictamente el cemento blanco tiene un débil matiz verde o amarillo. Lo que depende de las impurezas los principales responsables de la coloración ligera de verde, verde azuloso, y amarillo, son los vestigios de cromo, manganeso y fierro.

Una composición típica de cemento portland blanco esta dad en la tabla 2.7 pero los contenidos de C3S y C23 pueden variar ampliamente.

Se hace también cemento blanco de alta alúmina.

Para obtener otros colores de cemento al cemento blanco se le añade pigmentos de pintura.

También se requiera que la resistencia a la compresión de 28 días no sea menos que el 90% de una mezcla de control libre de pigmentos, y se requiere que la demanda de agua no sea más que el 110% de la mezcla de control. El tiempo de fraguado no debe ser afectado indebidamente por el pigmento. Es esencial que el pigmento será insoluble y que la luz no afecte.

Una mejor manera de obtener un concreto con color uniforme y durable es usan cemento con color. Este está compuesto de cemento blanco intermolido con 2 a 10% de pigmento usualmente un oxido inorgánico.

Cemento portland de alto horno

Los cementos de este nombre se componen de una mezcla intima de cemento portland y de escoria de alto horno granulada y molida, Esta escoria es un producto de desperdicio de la fabricación de hierro en lingote, siendo producidos como 300kg de escoria por cada tonelada de hierro en lingote. Químicamente la escoria es una mezcla de cal, sílice, y alúmina, o sea, los mismos óxidos que componen el cemento portland pero no en las mismas proporciones. Hay en existencia, también, escorias no ferrosas, su uso en el concreto puede llegar a ser desarrollado en el futuro.

La escoria de alto horno varía en forma importante en composición y en estructura física lo que depende de los procesos usados y del método de enfriamiento de la escoria. Para utilizarla en la fabricación de cemento de alto horno, la escoria se tiene que enfriar repentinamente de manera que se solidifique como vidrio, siendo impedida la cristalización en forma importante. Este rápido enfriamiento con agua da también por resultado la fragmentación del material para quedar en forma granulada. También se puede usar la formación de bolitas de escoria que requiere menos agua.

La escoria puede hacer un material cementante de diferentes maneras. Primero, puede utilizarse junto con piedra caliza como una materia prima para la fabricación convencional de cemento portland en el proceso seco. El clinker a base de estos materiales es utilizado con frecuencia en la fabricación de cemento portland de alto horno. Este uso de la escoria, que no necesita esta en forma de vidrio es económicamente ventajoso porque la cal está presente en la forma de CaO así que no se necesita la energía para lograr de carbonatación.

En segundo lugar, la escoria de alto horno granulada, molida hasta una finura apropiada, se puede usar sola, pero en la presencia de un activador o iniciador de álcalis, como un material cementante; en otras palabras, escorio de alto horno granulada y molida, abreviada como ggbs es un material hidráulico. Se usa como tal en mortero para mampostería y en otro tipo de construcción.

El tercer uso, y en casi todos los países con mucho el mayor, de la ggbs está en el cemento portland de alto horno, que se definió. Este tipo de cemento se puede producir o por emtremoler clinker de cemento portland y escoria de alto horno granulada y seca o por mezclado seco polvo de cemento portland y ggbs. Ambos métodos se usan con buen éxito, pero se deberá tener en cuenta en el proceso de molienda, La molienda separada de escoria granulada da por resultado una textura superficial mas lisa, lo cual es de beneficio para la trabajabilidad.

Otra solución es alimenta escoria de alto horno granulada molida en seco al mismo tiempo que el cemento portland de alto horno es fabricado in situ.

No hay requisitos detallados para el contenido de óxidos de ggbs que se va a usar en el concreto, pero las escorias con los porcentajes siguientes son conocidas de ser satisfactorias en el cemento.

Cantidades inferiores de cal y cantidades mayores de magnesia también se usan. La magnesia no está en forma cristalina y por tanto no conduce a expansión dañina. Pequeñas cantidades de oxido de fierro, oxido de manganeso, álcalis, azufre, pueden estar presentes.

Cuando el cemento portland de escoria se mezcla con agua, el componente del cemento portland comienza a hidratarse primero, aunque hay también una pequeña cantidad de reacción inmediata de ggbs que libera iones de calcio y aluminio dentro de la solución. La ggbs reacciona entonces con el hidróxido alcalino, esto es seguido por la reacción de hidróxido de calcio liberado por el cemento portland, formándose C-S-H.

La norma ASTM prescribe una proporción máxima de 20% de ggbs más gruesa que un tamiz de 45 mm. Las normas británicas no señalan tal requisito. La superficie especifica de la ggbs no se determina normalmente, pero un aumento en la finura de cemento portland de alto horno, acompañado por optimización de contenido de SO3 conduce a un aumento de resistencia; cuando la superficie especifica se incrementa de 250 a 500 m²/kg l resistencias mas que duplicada.

La aportación americana, dada en la norma ASTM es graduar la escoria de alto horno de acuerdo con su actividad hidráulica. Esto se determina por la resistencia de morterón de proporciones de masa estandarizadas que contienen escoria contrastados con morteros que solo contienen cemento portland. Tres grados son los reconocidos.

La norma europea ENV reconoce tres clases de cemento portland de alto horno, llamados cemento de alto horno III/A y III/C. Todos ellos tienen permitido contener hasta 5% de relleno, pero difieren en cuanto a la masa de ggbs como un porcentaje de la masa del material cementante total, o sea, cemento portland más ggbs sin contar el sulfato de calcio y el aditivo de fabricación. Los porcentajes de escoria son como sigue:

El cemento de alto horno de clase III/C, en su límite superior de ggbs, virtualmente es un cemento de escoria.

Los cementos con un alto contenido de ggbs se pueden usar como cementos de bajo calor en estructuras en lo que se va a colocar una gran masa de concreto para que se necesite controlar el aumento de temperatura que surge del desarrollo temprano del calor de hidratación del cemento. La

norma británica BS provee una opción para una especificación del calor de hidratación del comprador. No se debe olvidar que una condición concomitante de una baja rapidez de desarrollo de calor es un aumento de resistencia con baja rapidez. Por tanto, en tiempo frio, el bajo calor de hidratación del cemento portland de alto horno, acoplado con una rapidez moderadamente baja de desarrollo de resistencia puede conducir a daño por congelación.

Los cementos que contienen ggbs son muchas veces también benéficos desde el punto de vista de resistencia al ataque químico.

La actividad hidráulica de la ggbs es condicional sobre la alta finura pero, como en el caso de otros cementos, la finura de los cementos portland de alto horno no está especificada en las normas británicas. La única excepción es cuando la ggbs y el cemento portland son mezclados en seco: en ese caso, la ggbs tiene que estar de acuerdo con la norma BS 6699-1992. En la practica la finura de la ggbs tiende a ser más alta que la finura del cemento portland.

Además de los cementos portland de alto horno estudiado en la norma ENV reconoce dos cementos que contienen cantidades menores de escoria. Estos son cementos de clase II A-S con 6 a 20 % de ggbs y de clase II B-S con 21 a 35% de ggbs de masa. Estos son llamados cementos portland de escoria; forman parte de la gran variedad de cementos de clase II, todos los cuales están compuestos predominantemente de cemento portland pero están mezclados con otro material cementante.

Las normas Británicas BS146:1991 y BS4246:1991 contienen algunos requisitos adicionales y también clasifican los cementos sobre la base de resistencia a la compresión. La clasificación es la misma para otros cementos pero es importante notar que las dos clases de cemento portland de alto horno son subdivididos en categorías: de baja resistencia temprana ordinaria y de alta resistencia temprana. Estas consideran el progreso de la hidratación de los cementos de alto horno: a edades muy tempranas, la rapidez de hidratación es más baja que en el caso del cemento portland solo. La norma britanica4246-1991 permite que los cementos con un contenido de escoria de 50 a 85% por masa tengan una resistencia a la compresión a los 7 días tan baja como 12 MPa.