Cemento

El cemento es un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir fragmentos minerales entre si, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas. Este tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua ya que con ella experimenta una reacción química llamada hidratación.

Tipos de cemento según ASTMCemento portland hidráulicoEn Guatemala las especificaciones del cemento portland se muestran en la norma COGUANOR NGO 41 005 (Cemento portland, clasificación y especificaciones), equivalente de la norma ASTM C-150 (Standard specification for portland cement), de ella se derivan otras normas para la evaluación de la características físicas, químicas y mecánicas de los cementos. Para evaluar las características físicas se realizan ensayos de consistencia normal, peso especifico, finura, velocidad de endurecimiento y cambios volumétricos. Las principales características químicas se evalúan mediante ensayos de reactividad potencial con los agregados, pérdida por ignición, determinación de residuo insoluble y determinación del sulfato de calcio. Las características mecánicas se evalúan mediante ensayos de compresión y tensión.Tipos de cementos portland según norma ASTM C-150

Tipo I Normal

Tipo IA Normal, inclusor de aire

Tipo II De resistencia moderada a los sulfatos

Tipo IIA De resistencia moderada a los sulfatos, inclusor de air

Tipo III De alta resistencia a edad temprana

Tipo IIIA De alta resistencia a edad temprana, inclusor de aire

Tipo IV De bajo calor de hidratación

Tipo V De resistencia elevada a los sulfatos

Cemento portland blancoEl cemento blanco es un cemento portland que difiere del cemento gris exclusivamente en cuanto a su color, se fabrica conforme a las especificaciones

de la norma ASTM C-150, sin embargo, el proceso de manufactura es controlado de manera tal que el producto terminado sea blanco. Cementos hidráulicos mezcladosEl reciente interés en la conservación de energía ha impulsado el uso de materiales secundarios en el concreto de cemento portland. Los cementos hidráulicos mezclados se producen al mezclar de manera íntima y uniforme dos tipos de materiales finos. Los principales materiales de mezclado son el cemento portland, escorias de alto horno molidas, cenizas volantes y otras puzolanas, cal hidratada, y combinaciones previamente mezcladas de cemento con estos materiales. El polvo de horno de cemento, al igual que el humo de sílice y otros materiales se encuentran actualmente sujetos a investigación para poder ser utilizados en los cementos mezclados. Los cementos hidráulicos mezclados deben concordar con los requisitos de la norma ASTM C-595 (Standard specification for blended hydraulic cements), que reconoce cinco clases de cementos mezclados:

Cemento portland de escoria de alto horno - Tipo IS Cemento portland-puzolana - Tipo IP Y Tipo P Cemento de escoria - Tipo S Cemento portland modificado con puzolana - Tipo 1(PM) Cemento portland modificado con escoria - Tipo I(SM) Cementos de mampostería o de albañilería

Son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros para construcciones de mampostería. Se componen de alguno o varios de los siguientes materiales: cemento portland, cemento portland-puzolana, cemento portland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica, y cemento natural; además contienen normalmente cal hidratada, caliza, creta, conchas calcáreas, talco, escoria o arcilla. Los materiales se seleccionan de acuerdo a su capacidad para impartir trabajabilidad, plasticidad y retención de agua a los morteros.La norma ASTM C-91 clasifica a los cementos de albañilería como Tipo N, Tipo S y Tipo M, estos pueden usarse para recubrimientos y para unir bloques de mampostería; nunca se deben emplear para elaborar concreto.

Aplicaciones

El cemento de aluminato de calcio resulta muy adecuado para:

Hormigón refractario. Reparaciones rápidas de urgencia. Basamentos y bancadas de carácter temporal.

Cuando su uso sea justificable, se puede utilizar en:

Obras y elementos prefabricados, de hormigón en masa o hormigón no estructural.

Determinados casos de cimentaciones de hormigón en masa. Hormigón proyectado.

No resulta nada indicado para:

Hormigón armado estructural. Hormigón en masa o armado de grandes volúmenes.(muy exotérmico)

Es prohibido para:

Hormigón pretensado en todos los casos.

Cemento Romano

Al contrario de lo que comunmente se cree y a lo que su nombre sugiere, el cemento Romano es un termino acuñado y desarrollado en el siglo XIX que se utilizó para cubrir las fachadas de los edificios de ese periodo, periodo caracterizado por el Historicismo y mas tarde por el Art Nouveau, el historicismo que trataba de rescatar las tecnicas antiguas, desarrollo este cemento romano que mas bien deberia llamarse neoromano, la utilización del cemento Romano se extendio porque sólo tardaba en fraguar de 7 a 20 minutos y resistía condiciones climáticas adversas, pero fue abandonado y olvidada su fabricacion luego del periodo posterior a la Primera Guerra Mundial.El material aglomerante heredado de los romanos no es el denominado cemento romano sino el hormigon romano – concreto romano u Opus Caementitium.Caracteristicas del Cemento RomanoColores calidos que van del amarillo al marronPoca contraccion al secar.Buena resistencia y durabilidad ante el ataque de agentes externos.Ausencia casi total de cristalización y eflorescencias.Actualmente la Union Europea tiene un proyecto para rescatar la fabricacion y tecnicas, ya que gran parte de su patrimonio arquitectonico como el hubicado en la expansion de sus grandes ciudades del s.XIX tiene sus fachadas y decorados con este cemento, algunos de estos edificios hoy se encuentran en mal estado y los expertos en restauracion no desean utilizar los cementos modernos ya que estos en realidad podrían dañar los edificios que están intentando restaurar. y ven la necesidad de introducir de nuevo las técnicas y materiales adecuados de restauración que tengan propiedades parecidas a las de los materiales originales.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Los cementos pertenecen a la clase de materiales denominados aglomerantes en construcción, como la cal aérea y el yeso (no hidráulico), el cemento endurece rápidamente y alcanza resistencias altas; esto gracias a reacciones complicadas de la combinación cal – sílice.

Ej: Análisis químico del cemento:   CaO 63 % (Cal) SiO2 20 % (Sílice) Al2O3 6 % (Alúmina) Fe2O3 3 % (Oxido de Fierro) MgO 1.5 % (Oxido de Magnesio) K2O + Na2O 1 % (Álcalis) Perdida por calcinación 2 % Residuo insoluble 0.5 % SO3 2 % (Anhídrido Sulfúrico) CaO Residuo 1 % (Cal libre) Suma 100%PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

Características químicas:

Módulo fundente

Compuestos secundarios

Perdida por calcinación

Residuo insoluble

Características físicas:

Superficie específica

Tiempo de fraguado

Falso fraguado

Estabilidad de volumen

Resistencia mecánica

Contenido de aire

Calor de hidratación

Ejemplo : Norma C-150 ASTM Finura Superficie especifica Blaine 3270 cm^2/gr Estabilidad de volumen Expansión de autoclave 0.2% Tiempo de fraguado Prueba Vicat: Fraguado inicial 2h 48m Final 3h 55m Resistencia a la compresión 3 días: 170kg/cm^2 7 días: 225kg/cm^2 28 días: 265Kg/cm^2 Contenido de aire 9.0%

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL CEMENTO PORTLAND

Las propiedades físicas y mecánicas del cemento portland se miden mediante ensayos realizados en el cemento puro, en la pasta o en el mortero y muestran la calidad del cemento si se comparan los resultados con las especificaciones de la norma ICONTEC 121.

PESO ESPECÍFICO

La densidad o peso específico se define como la relación de peso a volumen; su valor varía entre 3.08 a 3.20 gr/cm3 para el cemento portland tipo 1, pero el cemento que tiene adiciones tiene un peso específico menor porque el contenido de clinker es menor.El peso específico del cemento no indica la calidad del cemento, pero se emplea en el diseño y control de mezclas de concreto; sin embargo un peso específico bajo y una finura alta indican que el cemento tiene adiciones.La norma ICONTEC 221 Indica el procedimiento para determinar el peso específico del cemento.

SUPERFICIE ESPECIFICA (finura)

La finura del cemento es una de las propiedades físicas más importantes del cemento, ya que está directamente relacionada con la hidratación del mismo.La hidratación de los granos de cemento ocurre del exterior hacia el interior; luego el área superficial de la partícula de cemento constituye el material de hidratación, y el tamaño de los granos (su finura) tiene gran influencia en la velocidad de hidratación, en el desarrollo de calor, en la refracción y en el aumento de resistencia con la edad.Cuando el cemento es muy fino endurece más rápido y por tanto desarrolla alta resistencia en menor tiempo; sin embargo libera mayor cantidad de calor y por ende aumenta la retracción y la susceptibilidad a la figuración, además una molienda fina aumenta los costos de producción y hace que el cemento sea susceptible a hidratarse con la humedad ambiental, por lo que su vida útil es más corta.Un grano fino exuda menos que un grano grueso porque retiene mejor el agua al tener mayor superficie de hidratación.La finura se expresa por el área superficial de las partículas contenidas en un grano de cemento y se llama superficie específica; se mide en cm2/gr.En el laboratorio la densidad se puede medir de dos maneras:Por tamizados en tamices No100 (149) y No 200 (79) siguiendo la norma ICONTEC No 226La finura se mide en el laboratorio mediante el aparato de permeabilidad al aire de Blaine, siguiendo la norma ICONTEC No 33. El método consiste en determinar la permeabilidad del aire de una capa de cemento y se basa en el hecho de que la cantidad y el tamaño de los poros de una muestra de determinada densidad son funciones del tamaño de las partículas y de su distribución granulométricas.

CalSe llama cal a todo producto, que proceda de la calcinación de las piedras calizas, estas son piedras naturales calcáreas, compuestas por carbonato de calcio mezclado generalmente con alúmina, sílice, magnesia, óxidos de hierro y de

manganeso, al calcinarlas se obtiene la cal, material básico en la industria de la construcción. Las propiedades hidráulicas del material obtenido se le atribuyen a los silicatos, aluminatos y ferritos formados.Tipos de cal

Contenido de óxido magnésico Contenido de óxido magnésico

Cal grasa <5%

Cal magnésica 5% - 20%

Cal dolomítica 20% - 41%

En Guatemala las especificaciones que cubren la calidad de la cal hidratada se encuentran en la norma COGUANOR NGO 41 018 (Cal hidratada, especificaciones); en ella se da la clasificación, especificaciones, requisitos mínimos, métodos de prueba, etc., esta norma es equivalente de la norma ASTM C-207 (Standard specification for hydrated lime for masonry purposes). Se describen procedimientos de ensayo para verificar si la misma cumple o no con las características físicas, químicas y mecánicas deseadas. Quizás las características más importantes de la cal son las físicas y químicas; debido a que la cal es un material aglomerante el cual no proporciona de cualidades resistentes al mortero; es por ello que sus propiedades mecánicas no son tan relevantes.Propiedades físicas de la cal hidratadaLas propiedades de la cal pueden notarse en las dos fases del mortero las cuales son la plástica o estado fresco y la seca o estado endurecido. Ambas fases son importantes. El mortero plástico debe lograr una consistencia adecuada para la colocación, mientras que en su estado endurecido debe mantener los ladrillos unidos y soportar cargas, agua y temperaturas extremas. FinuraDebido a la elevada finura de los granos (superficie específica) alcanza una resistencia mecánica de 3 MPa por simple secamiento. La finura influye sobre la fluidez, cohesión y retención del agua. Un tamaño entre 0.05 y 5 mm. es satisfactorio. En Guatemala se evalúa mediante la norma COGUANOR NGO 41019h4 (Cal hidratada y cal viva. Determinación del residuo sobre tamiz por vía húmeda). EstabilidadCuando el apagado de la cal viva está mal hecho, pueden resultar partículas de CaO (oxido de calcio). Los morteros que contienen estas impurezas pueden sufrir el problema de que con la presencia de la humedad, el CaO se transforma en

Ca(OH)2 (dihidróxido de calcio), con aumento significativo del volumen, provocando protuberancias o cavidades. Esto también se debe a la presencia de MgO (oxido de magnesio), procedente de las calcáreas magnésicas o dolomíticas.PlasticidadEs una característica de la cal que engloba las siguientes propiedades:Cohesión: capacidad de la mezcla para mantenerse íntegra y adherida a la superficie.Fluidez: capacidad del mortero del permitir el encogimiento de las partículas entre si y por lo tanto de deformarse;Retención de agua: para evitar la pérdida de agua por absorción o por evaporación.En Guatemala se evalúa mediante la norma COGUANOR NGO 41020h3 (Cal hidratada. Determinación de la plasticidad).Retención de aguaPropiedad de la cal que permite al mortero conservar la consistencia desde la preparación hasta el momento de aplicación, es decir, permanecer húmedo o con poca retracción por secado hasta adquirir su resistencia. Esta propiedad se evalúa mediante la norma COGUANOR NGO 41020h2 (Cal hidratada. Determinación de la retención de agua).Capacidad de incorporación de arenaLa gran cantidad y pequeño tamaño de las partículas de cal significa que cada partícula de arena puede ser cubierta con esta, desde el punto de vista de fluidez en los morteros frescos, mayor será la cantidad de arena que se podrá adicionar a la mezcla y por tanto mayor economía.

Introducción

En la ingeniería de la construcción es muy importate conocer a cerca de los diferentes materiales usados para la misma. Entre estos materiales podemos mencionar la cal y el cemento que son los aglomerantes

usados para unir materiales pétreos o inertes, pero para conocerlos y estudiarlos y después poder usarlos apropiadamente.

Entre los aspectos importantes tanto de los cementos como de las cales están sus propiedades físicas que nos ayudan a conocer el aspecto físico de

los materiales y la propiedades químicas que nos dicen de qué forma reaccionan y se comportan.

Es de gran importancia también tomar en cuenta que estas propiedades físicas y químicas están regidas por ciertas normas de control de calidad las

cuales se presentan en el informe a continuación.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERIAMATERIALES DE CONSTRUCCION

SECCION: N

Cal y Cemento

Daniel Alexander Herrera VelásquezCarnet: 200820853

GUATEMALA 22 de junio de 2011