SEMANA I : EL CEMENTO

EL CEMENTO

El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de  reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos debe producir un hormigón o mortero que conserve su trabajabilidad durante un tiempo suficiente, alcanzar unos niveles de resistencias preestablecido y presentar una estabilidad de volumen a largo plazo.

El endurecimiento hidráulico del cemento se debe principalmente a l hidratación de los  silicatos de calcio, aunque también pueden participar en el  proceso de endurecimiento otros compuestos químicos, como por ejemplo, los aluminatos. La suma de las proporciones de óxido de calcio reactivo (CaO) y de dióxido de silicio reactivo (SiO₂) será al menos del 50% en masa, cuando las proporciones se determinen conforme con la Norma Europea EN 196-2.

Los cementos están compuestos de diferentes materiales (componentes) que adecuadamente dosificadas mediante un proceso de producción  controlado, le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y resistencias adecuadas al uso deseado.

Existen, desde el punto de vista de composición normalizada, dos tipos de componentes:

• Componente principal: Material inorgánico, especialmente seleccionado, usado en proporción superior al 5% en masa respecto de la suma de todos los componentes principales y minoritarios.
• Componente minoritario: Cualquier componente principal, usado en proporción inferior al 5% en masa respecto de la suma d e todos los componentes principales y minoritarios.

En esta misma página web se pueden consultar las composiciones y características de los diferentes tipos de cemento a través del menú “tipos de cemento” y el correspondiente buscador.

Descripción de los componentes

 Caliza (L)

Especificaciones:

• CaCO₃ >= 75% en masa.
• Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g.
• Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,50% en masa.

Caliza (LL)

Especificaciones:

• CaCO₃ >= 75% en masa.
• Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g.
• Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,20% en masa.

Cenizas volantes calcáreas (W)

Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante calcárea es un polvo fino que tiene propiedades hidraúlicas y/o puzolánicas.
Composición: SiO₂ reactivo, Al₂O₃, Fe₂O₃ y otros compuestos.
Especificaciones:

• CaO reactivo > 10,0% en masa si el contenido está entre el 10,0% y el 15,0% las cenizas volantes calcáreas con más del 15,0% tendrán una resistencia a compresión de al menos 10,0 Mpa a 28 días
• SiO₂ reactivo >= 25%
• Expansión estabilidad) <= 10 mm
• Pérdida por calcinación <= 5,0% en masa si está entre el 5,0% y 7,0% en masa (pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al hielo, y la ompatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización)

Cenizas volantes silíceas (V)

Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante silícea es un polvo fino de partículas esféricas que tiene propiedades puzolánicas.
Composición química: SiO₂ reactivo, Al₂O₃, Fe₂O₃ y otros compuestos.
Especificaciones:

• (SiO₂) reactivo >= 25%
• CaO reactivo < 10,0% en masa
• CaO libre < 1,0% en masa si el contenido es superior al 1,0% pero inferior al 2,5% es también aceptable con la condición de que el requisito de la expansión (estabilidad) no sobrepase los 10 mm
• Pérdida por calcinación < 5,0% en masa si el contenido está entre el 5,0% y 7,0% en masa pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al al hielo, y la compatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización.

Clínker (K)

El clínker de cemento portland es un material hidráulico que se obtiene por sintetización de una mezcla especificada con precisión de materias primas (crudo, pasta o harina).
Composición química: CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ y otros compuestos.
Especificaciones:

• (CaO)/(SiO₂) >= 2,0
• MgO <= 5,0%
• 3CaO.SiO₂ + 2CaO.SiO₂ >= 2/3

Clínker Aluminato de Calcio

El clínker de cemento de aluminato de calcio es un material hidráulico que se obtiene por fusión o sinterización de una mezcla homogénea de materiales aluminosos y calcáreos conteniendo elementos, normalmente expresados en forma de óxidos, siendo los principales los óxidos de aluminio, calcio y hierro (Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃), y pequeñas cantidades de óxidos de otros elementos (SiO₂, TiO₂, S=, SO₃, Cl-, Na₂O, K₂O, etc.). El componente mineralógico fundamental es el aluminato monocálcico (CaO Al₂O₃).

Escoria granulada de horno alto (S)

La escoria granulada de horno alto se obtiene por enfriamiento rápido de una escoria fundida de composición adecuada, obtenida por la fusión del mineral de hierro en un horno alto.
Composición química: CaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃ y otros compuestos.
Especificaciones:

• Fase vítrea >= 2/3
• CaO + MgO + SiO₂ >= 2/3
• CaO + MgO)/SiO₂) > 1,0

Esquistos calcinados (T)

El esquisto calcinado, particularmente el bituminoso, se produce en un horno especial a temperaturas de aproximadamente 800ºC y finamente molido presenta propiedades hidráulicas pronunciadas, como las del cemento Portland, así como propiedades puzolánicas.
Composición: SiO₂, CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ y otros compuestos.
Especificaciones:

• Resistencia a compresión a 28 días >= 25,0 MPa
• La expansión estabilidad) <= 10 mm

NOTA: Si el contenido en sulfato SO₃ del esquisto calcinado excede el límite superior permitido para el contenido de sulfato en el cemento, esto debe tenerse en cuenta por el fabricante del cemento reduciendo convenientemente los constituyentes que contienen sulfato de calcio.

Humo de Sílice (D)

El humo de Sílice se origina por la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos de arco eléctrico, para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio, y consiste en partículas esféricas muy finas.
Especificaciones:

• SiO₂) amorfo >= 85%
• Pérdida por calcinación <= 4,0% en masa
• Superficie específica BET) >= 15,0 m²/g

Puzolana natural (P)

Las puzolanas naturales son normalmente materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias de composición silícea o silico-aluminosa o combinación de ambas, que finamente molidos y en presencia de agua reaccionan para formar compuestos de silicato de calcio y aluminato de calcio capaces de desarrollar resistencia.
Composición química: SiO₂ reactivo, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO y otros compuestos.
Especificaciones: SiO₂ reactiva > 25%

Puzolana natural calcinada (Q)

Las puzolanas naturales calcinadas son materiales de origen volcánico, arcillas, pizarras o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico.
Composición química: SiO₂ reactivo, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO y otros compuestos.
Especificaciones: SiO₂ reactiva > 25%

TIPOS DE CEMENTO PÓRTLAND

En el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos

La norma ASTM especifica:

-8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.

-6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.

Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto horno

Tipo IP.- Cemento Pórtland con adicion Puzolanica.

Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta resistencia inicial. Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.

Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.

Tipo S.- Cemento con escoria para la combinacion con cemento Portland en la fabricación de concreto y en combinacion con cal hidratada en la fabricación del mortero de albañilería.

-3 tipos de cemento para mampostería, ASTM C91: N, M, S.

 

 

TIPO I, cemento común, para usos generales, es el que más se emplea para fines estructurales cuando no se requieren de las propiedades especiales especificadas para los   otros cuatro tipos de cemento.

En las tablas 1.5 y 1.6 se dan diferentes características para los cementos Tipo I.

ESPECIFICACIONES	Norma Boliviana  NB 011	Norma  Española  UNE 80-301
Tipo	I	I
Categoría resistente	40	45
Composición
clinker %	95-100	95-99
componentes adicionales %	0 a 5	1 a 5
Requerimientos Químicos
Perdidas por calcinación,  % Máx.	5,0	5,0
Residuo insoluble,  % Máx.	3,0	5,0
Trióxido de azufre,  % Máx.	3,5	4,5
Oxido de magnesio,  % Máx.	6,0	-
Requerimientos Físicos
Resistencia a la compresión,  Mpa
Mínima a los :3 días	17,0	-
7 días	25,0	30,0
28 días	40,0	45,0
Fraguado Vicat
Mínimo inicial, Minutos	45	60
Máximo final, Horas	10	12
Superficie especifica mínima, cm2/g	2600	-
Expansión
Autoclave, % máximo	0,8	-
Le Chatelier, mm máx.	10	10

TABLA 1.6       ESPECIFICACIONES QUÍMICAS PARA LOS CEMENTOS TIPO I

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS (NB 061)	TIPO DE CEMENTO
	I	IP	IF	P
Perdida por calcinación (% máx.)	5	7	7	8
Residuo insoluble (% máx.)	3	-	5	-
Trióxido de azufre (S03) (% máx.)	3,5	4	4	4
Oxido de magnesio (MgO) (% máx.)	6	6	6	6
Puzolanicidad 8 o 15 días	-	-	-	> 0

 

TIPO II, cemento modificado para usos generales y se emplea cuando se prevé una exposición moderada  al  ataque  por  sulfatos  o  cuando  se  requiere  un  moderado  calor  de  hidratación.  Estas características  se  logran  al  imponer  limitaciones  en  el  contenido  de  C3A  y  C3S  del  cemento.  El cemento tipo II adquiere resistencia con más lentitud que el tipo I; pero a final de cuentas, alcanza la misma resistencia. Este tipo de cemento se usa en el hormigón expuesto al agua de mar.

TIPO  III,  cemento  de  alta  resistencia  inicial,  recomendable  cuando  se  necesita  una  resistencia temprana en una situación particular de construcción. Este cemento se obtiene por un molido más fino y un porcentaje más elevado de C3A y C3S. El hormigón tiene una resistencia a la compresión a los 3 días aproximadamente igual a la resistencia a la compresión a los 7 días para los tipos I y II y una resistencia a la compresión a los 7 días casi igual a la resistencia a la compresión a los 28 días para los tipos I y II. Sin embargo, la resistencia última es más o menos la misma o menor que la de los tipos I y II.

Dado que el cemento tipo III tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en hormigones masivos.  Con  un  15%  de  C3A  presenta  una  mala  resistencia  a  los  sulfatos.  El  contenido  de  C3A puede  limitarse  al  8%  para  obtener  una  resistencia  moderada  a  los  sulfatos  o  a  5%  cuando  se requiere alta resistencia.

TIPO IV. Cemento de bajo calor de hidratación. Los porcentajes de C2S y C4AF son relativamente altos; El bajo calor de hidratación en el cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que más influyen  en  la  formación  de  calor  por  hidratación,  o  sea,  C3A  y  C3S.  Dado  que  estos  compuestos también aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. Este cemento se usa para estructuras de hormigón masivo, con bajas relaciones superficie/volumen. Requiere mucho más tiempo de curado que los otros tipos.

TIPO  V.  Cemento  resistente  a  los  sulfatos.  La  resistencia  al  sulfato  se  logra  minimizando  el contenido de C3A (≤5%), pues este compuesto es el más susceptible al ataque por sulfatos.

Este  tipo  se  usa  en  las  estructuras  expuestas  a  los  sulfatos  alcalinos  del  suelo  o  del  agua,  a  los sulfatos de las aguas freáticas y para exposición al agua de mar.

Las resistencias relativas de los hormigones preparados con cada uno de los cinco tipos de cemento se comparan  en  la  tabla  1.9,  a  cuatro  edades  diferentes;  en  cada  edad,  se  han  normalizado  los valores de resistencia para comparación con el hormigón de cemento tipo I.

TABLA 1.7       CARACTERÍSTICAS DE LOS CEMENTOS PÓRTLAND*

Tipo*	Descripción	Características Opcionales
I	Uso General	1, 5
II	Uso general; calor de hidratación moderado y resistencia moderada a los sulfatos	1, 4, 5
III	Alta resistencia inicial	1, 2, 3, 5
IV	Bajo calor de hidratación	5
V	Alta resistencia a los sulfatos	5, 6
Características Opcionales 1.     Aire incluido, IA, IIA, IIIA. 2.     Resistencia moderada a los sulfatos: C3A máximo, 8%. 3.     Alta resistencia a los sulfatos: C3A máximo, 5%. 4.     Calor de hidratación moderado: calor máximo de 290 kJ/kg (70cal/g) a los 7 días, o la suma de C3S y C3A, máximo 58%. 5.     Álcali bajo: máximo de 0.60%, expresado como Na2O equivalente. 6.     El limite de resistencia Alternativa de sulfatos esta basado en el ensayo de expansión de barras de mortero.

 

(*) Para cementos especificados en la ASTM C 150.

TABLA 1.8       COMPOSICIÓN  TÍPICA  DE  LOS  COMPUESTOS  DE  LOS

CEMENTOS PÓRTLAND

Tipo de cemento	Compuesto %						Perdida por Calcinación %	CaO Libre %
	C3S	C2S	C3A	C4AF	MgO	SO3
I	55	19	10	7	2.8	2.9	1	1
II	51	24	6	11	2.9	2.5	0.8	1
III	57	19	10	7	3	3.1	1	1.6
IV	28	49	4	12	1.8	1.9	0.9	0.8
V	38	43	4	9	1.9	1.8	0.9	0.8

TABLA 1.9       RESISTENCIAS DE LOS CEMENTOS TIPO I, II, III, IV Y V

En el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos -8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.	La norma ASTM especifica:
	-6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.	Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto horno	28 días	3 meses
Tipo IP.- Cemento Pórtland con adicion Puzolanica.	Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta resistencia inicial. Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.	Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.	100	100
Tipo S.- Cemento con escoria para la combinacion con cemento Portland en la fabricación de concreto y en combinacion con cal hidratada en la fabricación del mortero de albañilería.	-3 tipos de cemento para mampostería, ASTM C91: N, M, S.		96	100
En el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos	La norma ASTM especifica:		110	100
-8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.	-6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.	Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto horno	62	100
Tipo IP.- Cemento Pórtland con adicion Puzolanica.	Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta resistencia inicial. Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.	Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.	85	100

 

CON INCLUSIÓN DE AIRE, ASTM C150: TIPO IA, IIA Y IIIA,.. Estos tipos tienen una composición semejante a las de los tipos I, II y III, excepto que durante la fabricación, se muele junto con estos últimos un agente inclusor de aire. Este constituye un mal método para obtener aire incluido, ya que

no  se  puede  hacer  variar  la  dosis  del  agente  para  compensar  otros  factores  que  influyan  en  el contenido de aire en el hormigón.

Estos cementos se usan para la producción de hormigón expuesto a heladas severas.

CEMENTOS MEZCLADOS ASTM C595: TIPO IS, IP, P, I(PM), I(SM), S. Estos cementos consisten en mezclas, que se muelen juntas, de clinker y ceniza muy fina, puzolana natural o calcinada, o bien, escoria,  dentro  de  los  límites  en  porcentaje  especificados  de  los  componentes.  También  pueden consistir en mezclas de cal de escoria y cal de puzolana. En general, pero no necesariamente, estos cementos dan lugar a una resistencia mayor a la reacción álcali-agregado, al ataque por sulfato y al ataque  del  agua  de mar,  pero  requieren  un  curado  de  mayor  duración  y  tienden  a  ser  menos resistentes a los daños por la sal para deshelar y descongelar. Dan lugar a una menor liberación de calor y es posible que ganen resistencia con mayor lentitud, en especial a bajas temperaturas.

 

 

Cementos Puzolánicos1.- Endurecen más lentamente, en especial enambiente frío, y requieren

en general más agua de amasado que el Pórtland normal; pero a largo plazo llegan a superar las resistencias de este, confiere al hormigón una elevadadensidad, disminuyendo su porosidad y haciéndolo   mas   compacto,   lo  que   aumenta   su   resistencia   química.  Todo   ello   lo   hace recomendablepara gran numero de obras (canales, pavimentos. obras en aguas muypuras o ambientes medianamente agresivos, hormigonados bajo agua, obras marítimas, etc.).

Cemento  de  Alto  Horno.-  Se  obtiene  por  enfriamiento  brusco  en  agua de  la  ganga  fundida procedente de procesos siderúrgicos. Dado sucontenido en cal combinada, la escoria no es una simple puzolana, sino quetiene de por si propiedades hidráulicas, es decir, que es un verdadero cemento, fragua y endurece muy lentamente, por lo que debe ser aceleradapor la presencia de algo que libere cal, como el clinker de Pórtland.

Estos cementos presentan poca retracción y un débil calor de hidratación,por lo que pueden ser utilizados sin riesgo en grandes macizos. A cambio ypor la misma razón, son muy sensibles a las bajas temperaturas, queretardan apreciablemente su endurecimiento, por lo que no deben utilizarsepor debajo de los + 5 ºC.

 

 

 

 

 

 

 

PARA  MAMPOSTERÍA,  ASTM  C91,  TIPO  N,  S  Y  M.  

Son  cementos  de  baja  resistencia utilizados exclusivamente en albañilería. El tipo M tiene la resistencia más alta, alcanzando

20MPa. Una característica de este tipo de cemento es su mayor plasticidad. Este tipo se usa también  para revoque;  asimismo,  suele  contener  una  piedra  caliza  finamente  molida  junto con el clinker y un plastificante inclusor de aire. Una marca que se encuentra en el mercado es CALCEMIT.

CEMENTO BLANCO. Este tipo cumple con los requisitos del tipo I o del tipo III, olos de ambos. En él se utilizan materias primas de bajo hierro y bajo manganeso yun apagado especial para producir un color blanco puro.

API  especial  10  para  pozos  petroleros.  Este  tipo  consta  de  varias  clases  y está  diseñado  para satisfacer las condiciones de presión y temperaturaelevadas que se encuentran en la inyección de grout  en  los  pozos  petroleros. Este  tipo  produce  una  pasta  aguada  de  baja viscosidad  y  fraguado lento, tanlíquida como es posible para facilitar el bombeo a presión en los pozosprofundos. Es de bajo  contenido  de  C3A,  de  molido  grueso  y  no  puede contener  alguna  sustancia  para  ayudar  a  la pulverización.

TIPOS  EXPANSIVOS.  Estos  tipos  se  usan  para  inhibir  la  contracción  del hormigón  y  minimizar  el agrietamiento. Tienen baja resistencia al sulfato.

CEMENTOS DE ALTA ALÚMINA. Este tipo contiene aluminatos de calcio, enlugar de silicatos de calcio.  Tiene  una  elevada  resistencia  temprana  (a  las 24hrs)  y  propiedades  refractarias. Puede experimentar  un  40%  de  regresión en  la  resistencia  después  de  secar  durante  un periodo  de  6 meses, si elhormigón no se mantiene frío durante las primeras 24 h después de mezclar y vaciar.

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