Universidad Nacional de

Asunción

Facultad de

Ingeniería

“Materiales de Obras

Civiles” “Tecnología de

los Materiales”

3er Semestre

2.012

Capitulo 1: Cemento

DEFINICION

Cemento Pórtland es la denominación convencionalmundial para el material usualmente conocido enconstrucción civil como cemento.

Los cementos hidráulicos son definidos comoaglomerantes que endurecen a través de reaccionescon el agua, dando lugar a productos mecánicamenteresistentes y químicamente estables. Después deendurecido, y es nuevamente sometido a la acción delagua, el cemento Pórtland ya no sufre descomposición.

CEMENTO PORTLAND

El cemento Pórtland está formado, básicamente, por lamolienda conjunta del producto resultante de lacocción, hasta sinterización, de una mezcla de caliza yarcilla que recibe el nombre de clinker y de un materialempleado como regulador de fraguado que,generalmente, es yeso.

Materias primas para

fabricar el cemento

Obtención y preparación de materias primas El procesode fabricación del cemento comienza con la obtenciónde las materias primas necesarias para conseguir lacomposición deseada de óxidos metálicos para laproducción de clínker.El clínker se compone de lossiguientes óxidos

• Óxido de calcio "cal" ( CaO)60-69%

• Óxido de Silicio "sílice"18-24%

• Óxido de Aluminio "alúmina" ( Al2O3)4-8%

• Óxido de Hierro ( Fe2O3)1-8%

La obtención de la proporción adecuada de losdistintos óxidos se realiza mediante la dosificación delos minerales de partida: Caliza y marga para el aportede CaO. Arcilla y pizarras para el aporte del restoóxidos.

Las materias primas son transportadas a la fábrica decemento donde se descargan para su almacenamiento.

La prehomogenización realizada mediante diseñosadecuados del apilamiento y la extracción de losmateriales en los almacenamientos reduce lavariabilidad de los mismos. Los estudios decomposición de los materiales en las distintas zonas decantera y los análisis que se realizan en fábricapermiten dosificar la mezcla de materias primas paraobtener la composición deseada.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

DEL CEMENTO

Las características y propiedades del cemento Pórtland están ligadas a su composición química. Se determinan por análisis y vienen expresado en forma de oxido.

La composición química media de un cemento Pórtland es:

Oxido de Calcio (Cal Combinada)……………..CaO…………63.0 %

Oxido de Silicio (Sílice)…………………………SiO2……………… 20.0 %

Oxido de Aluminio (Alumina)…………………..Al2O3……………… 6.0 %

Oxido de Hierro………………………………….Fe2O3……………… 3.0 %

Oxido de Magnesio (Magnesia)……………….MgO………… . 2.0 %

Trióxido de Azufre……………………………….SO3……………………2.0 %

Cal Libre (No Combinada)………………………CaO………… 1.0 %

Pérdida al Fuego…………………………………P.F…………… 2.0 %

ResiduoInsoluble………………………………..R.I…………… 0.5 %

Álcalis (Oxido de Sodio y Oxido de Potasio)…Na2O+K2O…… 0.5 %}

Los cuatro primeros componentes son los principales del cemento de carácter básico la cal y de carácter ácido los siguientes.

Los restantes componentes pueden decirse que son “componentes menores” del cemento, cuya denominación se refiere principalmente a la cantiadad y no necesariamente a su importancia,ya que la cal y la magnesia libres, cristalizadas al hidratarse sin disolución previa, dan lugar a productos pulverulentos con marcada expansión y con los siguientes efectos indeseables sobre morteros y hormigones.

Componentes menores del cemento

• Oxido cálcico libre o no combinado(Cal Libre) (CaO): raramente presente encantidades significativas en los cemento Pórtland modernos.

• El mal proporcionamiento de la materia prima, molido y homogeneizacióninadecuada y la temperatura o el tiempo de permanencia insuficientes en la zonade calcinación del horno están entre los principales factores que contribuyen parala presencia de óxido de calcio libre o cristalino en el clinker de cemento Pórtland.

• La cal libre y el hidróxido cálcico coexisten normalmente en el cemento anhídrido.Una parte de la primera se hidrata y pasa a la segunda durante el amasado, pero siel contenido en CaO libre del cemento es superior al 1.5 ó 2 %, queda otra partecapaz de hidratarse lentamente en el transcurso del endurecimiento, es decir, aedades medias o largas, lo que podría producir fenómenos expansivos causandodeterioración y destrucción de los concretos endurecidos.

• Oxido magnésico (MgO): El origen del óxido de magnesio en el cemento es ladolomita que esta presente como impureza en la mayoría de las calizas. Lamagnesia puede presentarse en el clinker en estado vítreo (por enfriado enérgico)o en estado cristalizado (periclasa), siendo esta última forma realmente peligrosa,debido a su lenta hidratación para pasar a hidróxido magnésico Mg(OH)2 en unproceso de carácter expansivo, que bajo ciertas condiciones puede causardeterioro o imperfecciones (fisura e expansión en el concreto endurecido). Por ellose limita el contenido en magnesia a un 5 % como máximo.

• Trióxido de azufre (SO3): El origen de la mayoría de los sulfatos es la gipsita osulfato de calcio en una de varias formas posibles, provienen de la adición depiedra de yeso que se hace al clinker durante la molienda para regular el fraguado,pudiendo también provenir del combustible empleado en el horno.

• Un exceso de SO3 puede conducir al fenómeno del falso fraguado, y combinadocon el aluminato tricálcico por lo que conviene ser estricto en la comprobación deque no se rebasa la limitación impuesta, Un contenido de 4% es aceptable.

• Pérdida al fuego o por ignición: muestra la medida de lacarbonatación e hidratación de la cal libre y de la magnesia libre,debido principalmente a la exposición a la atmósfera.

• Cuando su valor es apreciable, la pérdida al fuego proviene deadiciones de naturaleza caliza o similar, lo cual no suele serconveniente.

• Si el cemento ha de ser expuesto a un prolongado almacenamiento, lapérdida al fuego puede provenir del vapor de agua a o del CO2presentes en el conglomerante, siendo entonces expresiva de unameteorización del cemento.

• Puesto que la cal libre hidratada es innocua para una cantidad dada decal libre, es conveniente tener mayor pérdida por ignición. La pérdida alfuego del cemento permitida en climas templados es de 3 % y 4 % enlos trópicos.

• Residuo Insoluble: es una medida de la adulteración del cemento,que proviene principalmente de las impurezas del yeso o de lapresencia de adiciones síliceas no debe superar el 2.5 a 3 %

• Álcalis (Na2O + K2O): Los álcalis, el sodio y el potasio en el clinker decemento Pórtland provienen principalmente de las componentes de lasarcillas y margas presentes en la mezcla de las materias primas y sevolatilizan en buena parte, encontrándose luego en el polvo de loshumos de las fábricas de cemento.

• No deberían superar el 0.6 %, pero se recomienda que no sobrepaselos 1.5 %; ya que se ha encontrado que estos componentes reaccionancon algunos agregados que contienen sílice hidratada amorfa, como loson los ópalos, calcedonias, andresitas, cristobalitas, etc. y que losproductos de esa reacción ocasionan una desintegración del concreto,además de afectar la rapidez con que el cemento desarrolla suresistencia.

PROCESO DE FABRICACIÓN

DEL CEMENTO

1a ETAPA: EXTRACCION Y TRITURACION DE LA MATERIA PRIMA

. PERFORACIONES Y VOLADURAS

. TRITURACION PRIMARIA Y SECUNDARIA

2a ETAPA: MEZCLADO Y MOLIDO DEL CRUDO

. PREHOMOGENIZACION Y DOSIFICACION

. MOLIDO Y OBTENCION DEL CRUDO DE CEMENTO

. HOMOGENIZACION

3a ETAPA: COCCIÓN DEL CRUDO O CLINKERIZACIÓN

. PRECALENTAMIENTO

. COCCION Y ENFRIADO

4a ETAPA : MOLIENDA DEL CEMENTO

. ADICIONES

. MOLIDO

. ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN

1° Etapa: Extracción y trituración de la

materia prima

Para la obtención de la caliza, se realiza la explotación de

la cantera utilizando la tecnología de excavación en roca,por medio de perforaciones y voladuras, y la rocaprimaria obtenida, es transportada hasta las trituradoraspara ser procesada hasta obtener una primeradisminución en el tamaño del mineral. Luego entrituradoras secundarias, se obtienen tamaños deaproximadamente 10 m.m. Es necesario mezclar laproducción de varios puntos de extracción yhomogeneizarlo, para alimentar a la planta y maximizarasí el uso del recurso geológico.

Voladuras en las canteras Transporte a las trituradoras

Camiones volquetes transportando caliza de las canteras a la trituradora

Trituradora a martillos

2° etapa:Mezclado y molido del

crudo

Esta etapa prevé el mezclado de las diversas materias

primas en las proporciones correspondientes a la

composición química óptima, este paso recibe el nombre de

pre-homogenización El material triturado y mezclado

convenientemente es transportado hasta el molino a bolas.

Los molinos están formados por un tambor de acero,

horizontal y giratorio, revestido interiormente de placas muy

resistentes al desgaste y con formas adecuadas para

trasladar eficazmente a las materias primas junto con una

carga muy importante de bolas de fundición blanca aleada

con níquel y cromo. Al girar el molino, por debajo de su

velocidad critica (aquella en la que la fuerza centrifuga anula

la gravedad sobre las bolas), las bolas caen junta con las

materias primas desde una altura grande chocando con los

pedazos de material situado entre ellas y el revestimiento y,

desmenuzando a las materias primas hasta convertirlas en

un material pulverulento.

A la salida se obtiene la harina o crudo que será mezclada

en los silos de homogeneización hasta la obtención de una

composición uniforme.

Molino de crudoParque de pre-homogeneización

Silo de Homogeneización

3° Etapa: Cocción del Crudo y

transformación en clinker

La cocción del crudo se realiza en hornos rotatorios que sonenormes cilindros metálicos, ligeramente inclinados, conlongitudes que fluctúan entre los 30 y 120 metros. Estoscilindros de acero están revestidos internamente con ladrillorefractario, capaz de soportar altísimas temperaturas. Loshornos giran a una velocidad de 180 revoluciones por hora ytienen una pendiente comprendida entre 2 y 5%.

En el extremo situado a nivel mas bajo del horno se encuentrael quemador o mechero que se alimenta con fuel-oil. Por elextremo opuesto se introduce de forma continua el crudoseco. Por efecto de la rotación y de la inclinación del horno, elcrudo se desplaza lentamente y en contracorriente con losgases hacia el extremo inferior donde está situado elquemador y a la boca de descarga hacia el enfriador.

En este desplazamiento el crudo va aumentado cada vez mássu temperatura produciéndose en él una serie detransformaciones físicas y químicas del carbonato de calcioen óxido de calcio y liberación de dióxido de carbono,formándose los componentes básicos del clinker,principalmente silicatos, aluminatos y ferritos de calcio, que ledarán sus altas propiedades aglutinantes.

La sinterización hace que el crudo se vaya transformando ennódulos esféricos de diámetro comprendido entre 5 y 25 mmque reciben el nombre de “clinker de cemento Pórtland”.

El clinker a la salida del horno sufre un proceso deenfriamiento rápido con el fin de que no se reviertan lasreacciones que tienen lugar en el horno.

Los combustibles utilizados son: carbón, petróleo, gasnatural y, cada vez más frecuentemente, materialesrecuperados como solventes, aceites usados o neumáticosviejos.

Procesos físico-químicos en el proceso de cocción del crudo. La clinkerización

Procesos físico-químicos en el

proceso de cocción del crudo.

La clinkerización

Interior del horno de clinkerización

Bolas de Clinker

Torre intercambiadora de calor

Horno de Clinkerización

4° Etapa: Molienda del clinker con yeso y

aditivos

Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es

molido en la unidad de molienda con una pequeña

cantidad de yeso que actúa como regulador de fraguado.

Según el tipo de cemento se agregan al clinker, durante

la molienda, compuestos minerales (calcáreos,

puzolanas, escorias de alto horno, cenizas volantes) para

formar los llamados cementos Pórtland con adiciones.

Molino de cemento Silos de cemento

Composición mineralógica

del cemento

Silicato Tricálcico (C3S)

Silicato Bicálcico (C2S)

Aluminato Tricálcico (C3A)

Ferroaluminato Tetracálcico (C4AF)

Los silicatos (C3S y C2S) son los componentes principales ya que suman alrededor del 80 % de los compuestos y son los responsables del desarrollo de resistencia del cemento Pórtland.

El Silicato tricálcico (C3S) Se considera como el componente decisivo del clinker, confiriendo altas resistencias iniciales al cemento, prácticamente en una semana desarrolla sus resistencias y después presenta una elevación muy lenta. El calor de hidratación que libera en su reacción con el agua es elevado, 120 cal/g

El Silicato Bicálcico (C2S) Proporciona baja resistencia inicial pero luego las va desarrollando progresivamente hasta alcanzar y sobrepasar al silicato tricálcico. El desarrollo del calor de hidratación es bajo, 60 cal/g.

, El Aluminato Tricálcico (C3A) que se encuentra en pequeñas cantidades actúa sobre el tiempo de fraguado, acelerándolo. Para retrasar su actividad se emplea el yeso que actúa como regulador de fraguado.

Contribuye muy poco a las resistencias del cemento, pero en presencia de los silicatos, desarrolla unas resistencias iniciales buenas.

Su presencia hace vulnerable al hormigón a la acción de los sulfatos.

Su hidratación es rapidísima al entrar en contacto con el agua debido a su gran poder de disolución, desarrollando una cantidad de calor de 207 cal/g.

El Ferroaluminato Tetracálcico (FAC4) se considera casi un subproducto de la fabricación de clinker.

Apenas contribuye a la resistencia de los cementos, tiene una gran importancia como fundente en el horno y es el responsable del color verdoso de los cementos Pórtland.

Su hidratación es rápida y produce un buen desprendimiento de calor, 100 cal/g.

Influencia de cada compuesto del clinker Pórtland en la evolución de la resistencia

mecánica de la pasta de cemento

CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO , SEGÚN LA

ASTM C150- 89

• Tipos y usos:

• Tipo I Normal: para uso general

• Tipo II, Moderado calor de hidratación: para usos donde se requieran moderada resistencia a los sulfatos, fraguado lento y menos calor de hidratación.

• Tipo III: Alta Resistencia Inicial: para aplicaciones donde se requiera altas resistencias a edades tempranas. Es de alto contenido de silicato tricálcico.

• Tipo IV: De Bajo Calor de Hidratación: para usos en los que se desea fraguado muy lento y en los que debe generarse muy poco calor de hidratación. Se lo utiliza en hormigones masa donde se debe evitar el agrietamiento debido al calor. Es de alto contenido de silicato bicálcico y ferra aluminato tetracálcico.

• Tipo V: Resistentes a los sulfatos: para usos en los que haya contacto del hormigón con aguas y suelos agresivos que ataquen a otros tipos de cemento Pórtland. Es de alto contenido en silicatos bicálcico y tricálcico y bajo en aluminato tricálcico y ferra aluminato tetracálcico.

• Los cementos Pórtland de los tipos IA, IIA y IIIA corresponden en cuanto a su composición, a los cementos Tipos I, II, III, pero producen hormigones de mejor resistencia a la acción de la congelación y la descongelación.

• Otros tipos de cemento Pórtland según la ASTM:

• Cemento Pórtland Blanco: fabricadas con materias primas seleccionadas y con cantidades muy íntimas de óxidos de hierro y manganeso. Se lo utiliza donde se requieran hormigones o morteros de color.

• El cemento Pórtland Puzolánico: fabricadas moliendo clinker con puzolana.

• Se los emplea principalmente en estructuras hidráulicas grandes como puentes, pilares, diques y exclusas.

• El Cemento Pórtland de escoria de alto horno: fabricados moliendo escoria granulada de alto horno con el clinker

CARACTERÍSTICAS Y

RECOMENDACIONES DE USO

• CARACTERÍSTICAS Y RECOMENDACIONES DE LOS TIPOS DE CEMENTO

CPN - Cemento Pórtland Normal Puede decirse que este cemento Pórtland es apto para todo tipo de construcción que no requiere propiedades especiales por cuestiones de resistencia y/o durabilidad.

CPF - Cemento Pórtland con "filler" calcáreo Al igual que el cemento Pórtland normal, este material es utilizado en la construcción cuando el hormigón no presenta requerimientos especiales. La característica más valorada de este material es la buena trabajabilidad que le confiere a los morteros y hormigones cuando se trabajan en estado fresco. Como contrapartida, al estar fabricado con adiciones no activas, la resistencia final de los hormigones elaborados con este material suele ser menor a la que se obtendría con otros tipos de cemento.

CPE - Cemento Pórtland con escoria Es un cemento con contenido de escoria "moderado" ya que presenta mayor contenido que el cemento Pórtland normal y menor que el cemento de escoria de alto horno. Puede utilizarse para cualquier tipo de construcción y es especialmente recomendado cuando se tiene ataque moderado de sulfatos, posibilidad de utilización de agregados reactivos (previo ensayo) o se requieren buenas condiciones de impermeabilidad del hormigón.

CPC - Cemento Pórtland Compuesto Es un cemento que combina los efectos benéficos del "filler" calcáreo de excelente trabajabilidad en estado fresco, con la mayor resistencia final y durabilidad de los cementos con adiciones activas. Esta combinación hace que se obtengan cementos de muy buenas características técnicas a costos razonables para el fabricante y el usuario del cemento.

• CPP - Cemento Pórtland Puzolánico Estos cementos suelen ser más"lentos" en el desarrollo de resistencia que otros debidofundamentalmente que la puzolana necesita la formación del (OH)2 Ca(hidróxido de calcio) que se forma como subproducto de la hidratacióndel clinker para combinarse y formar compuestos similares a los delclinker hidratado. Cuando mayor sea el contenido de adición activa deeste cemento, es de esperar que su hidratación sea más "lenta" yconsecuentemente también lo sea el desarrollo de resistencia.Generalmente los hormigones elaborados con este tipo de cementosobtienen altas resistencias finales y puede apreciarse cuando seensayan probetas luego de 56 o 90 días de edad. Si bien este cementoes apto para casi cualquier tipo de obra, cuando el material resulta decomprobada eficacia, es especialmente recomendado cuando serequieran propiedades especiales de durabilidad como ataque desulfatos, bajo calor de hidratación, inhibición de la reacción álcali -agregado, impermeabilidad, etc.

• CAH - Cemento de alto horno Este cemento, que en la norma pierdela denominación "Pórtland", posee un alto contenido de una adiciónactiva como lo es la escoria granulada de alto horno. Es muy utilizadoen obras de ingeniería donde interesa fundamentalmente el bajo calorde hidratación y una buena resistencia a sulfatos en caso de unaexposición a aguas o suelos sulfatados y/o a la reacción álcali -agregado en caso de utilizarse agregados potencialmente reactivos. Esde esperar un desarrollo de resistencia un tanto más "lento" que elcemento normal debido a que la escoria granulada se hidrata a partirdel ambiente alcalino que le confiere la hidratación del clinker. Noobstante la resistencia final de los hormigones elaborados a partir deeste tipo de cemento suele ser mayor a la obtenida con CPN utilizadoen dosis similares.

• ARI - de Alta Resistencia Inicial En general su utilización se limita aaquellos usos donde se necesita habilitar rápidamente la estructura ose utiliza tecnología de encofrado deslizante o se requiere una rápidareutilización de los encofrados. Es de esperar que los hormigoneselaborados con este cemento obtengan resistencias a 7 días similareso mayores a las que se obtendrían utilizando la misma dosificación concualquier cemento Pórtland de categoría CP40 a los 28 días de edad.Debido a que este cemento desarrolla alto calor de hidratación no serecomienda en elementos estructurales cuya menor dimensión linealsea mayor a los 40 cm. En el mercado este tipo de cemento se conocecon la denominación Super, Extra o ARI.

• MRS - moderadamente Resistente a los Sulfatos Es un cemento al cual se le limita el contenido de AC3 (aluminato tricálcico) a valores menores o iguales al 8 % en masa, lo cual hace a este material apto para utilizarlo cuando existe un ataque moderado de sulfatos o será utilizado en hormigones de estructuras en contacto directo con agua de mar.

• ARS - altamente Resistente a los Sulfatos Es el cemento conocido como ARS. La norma IRAM limita el contenido de AC3 (aluminato tricálcico) a un máximo de 4 % en masa y la suma de AC3 + FAC4 (ferroaluminato tetracácico) debe ser menor o igual a 22 %, calculados teóricamente de acuerdo a la composición química. Su utilización se limita para estructuras sometidas al ataque fuerte de sulfatos presentes en ciertas aguas y/o suelos de contacto. En el caso del CPN (cemento Pórtland normal) la norma limita los contenidos de AC3 y FAC4 del cemento, mientras que en el caso de los cementos adicionados, dichas limitaciones se realizan sobre el clinker Pórtland utilizado en la fabricación ya que las fórmulas antes mencionadas solamente son aplicables en cementos "puros". BCH - de Bajo Calor de Hidratación Generalmente este tipo de cementos se comercializa en combinación con cementos Pórtland con adiciones activas como son la escoria granulada de alto horno y la puzolana. Se utiliza cuando interesa que el hormigón desarrolle poco calor a partir de la hidratación del cemento, como es el caso de las presas de hormigón o bases de grandes dimensiones. La norma especifica valores máximos de desarrollo de calor de hidratación de (65 Cal/g) para 7 días y (75 Cal/g) para 28 días.

• RRAA - Resistente a la Reacción Álcali - Agregado Existen algunas pocas fuentes de agregados que presentan potencialidad de reaccionar desfavorablemente con los álcalis del cemento en estructuras sometidas a condiciones de humedad en forma más o menos permanente. Si bien es recomendable utilizar agregados que no sean potencialmente reactivos para la elaboración del hormigón, existen casos que esto resulta económicamente inviable y se recurre a cementos con bajos contenidos de álcalis o que posean alguna adición activa que demuestre su capacidad de inhibición o, al menos, "amortiguar" los efectos de la expansión de manera que la reacción no resulte deletérea.

• B - Blanco Es un cemento que cumple los requerimientos de los cementos CPN o CPF o CPC y tiene como requisitos adicionales la limitación de los contenidos de óxido férrico y magnesio que actúan sobre el color del material. También, se incorporó un requisito de blancura que resulta de fundamental importancia para el usuario de este tipo de cemento. Es un material que en nuestro país no esta muy difundido debido a su alto costo y su utilización se restringe a hormigones ornamentales.

Existen en el Paraguay varios tipos de cemento Pórtland estructurales, diferentes entre si, principalmente en

función de su composición. Los tipos de cemento Pórtland ofrecido al mercado son:

-CP I-32- Cemento Pórtland común

-CP II-C32- Cemento Pórtland compuesto

-CP II-F32- Cemento Pórtland Con Filler calcáreo

-CP IV-Z32- Cemento Pórtland Puzolanico

También se ofrece al mercado un tipo de cemento no estructural con el nombre de:

-Cemento de albañilería

DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN A

PARTIR DEL ANÁLISIS QUÍMICO

La determinación de los compuestos del cemento Pórtland, en la práctica se realizan a partir del análisis

de los óxidos usando una serie de ecuaciones que originalmente fueron utilizados por R. H. BOGUE.

Las ecuaciones de BOGUE para estimar la composición potencial o teórica de los compuestos del

cemento Pórtland son las siguientes:

Silicato tricalcico

% C3S = 4,071 CaO – 7,600 SiO2 – 1,430 Fe2O3 – 2,850 SO3

Silicato bicalcico

% C2S = 2,871 SiO2 – 0,754 C3S

Aluminato tricalcico

% C3A = 2,65 Al2O3 – 1,69 Fe2O3

Ferroaluminato tetracalcico

% C4A F = 3,04 Fe2O3

Las formulas químicas representan el porcentaje dado en el peso total del cemento

Porcentaje de la composición calculada de los compuestos, usando la ecuación de BOGUE:

Silicato tricálcico……………………………..C3S…………54.1%

Silicato Dicálcico……………………………..C2S…………16.6 %

Aluminato tricálcico…………………………..C3A…………10.8 %

Ferroaluminato tetracálcico…………………C4AF………. 9.1 %

Compuestos menores

Hidratación del cemento

HIDRATACION DEL

CEMENTO

Si esquematizamos la hidratación de los silicatos:

CnS + H2O -> gel SCH + (OH)2Ca (1) CnS : silicatos de calcio H2O : agua Gel SCH : silicatos de calcio hidratados o gel de tobermorita (o gel de cemento) (OH)2Ca: hidróxido de calcio o Portlandita

El gel SCH(gel de tobermorita)es el principal responsable del desarrollo de resistencia y de la durabilidad del hormigón.

El Ca(OH)2 (hidróxido de calcio o portlandita) es muy poco resistente desde el punto de vista mecánico, es vulnerable a la presencia de aguas puras, sulfatos y otros agentes; pero resulta fundamental en la protección de las armaduras frente a la corrosión debido al alto nivel alcalino que aporta al hormigón (pH = 12,5).

Hidratación del cemento

Ilustración de la hidratación de un grano de cemento

Adiciones

• Las adiciones son otras materias primas que, mezcladas con el clinker en la fase de molido, permite la fabricación de los diversos tipos de cemento Pórtland hoy disponibles en el mercado. Esas otras materias primas son, las escorias de alto horno, los materiales puzolánicos y los materiales carbonáticos.

• El yeso tiene como función básica controlar el tiempo de fraguado, esto es, el inicio del endurecimiento del clinker molido cuando este es mezclado con agua.

• En caso de no adicionarse el yeso al molido del clinker, el cemento, cuando entrase en contacto con el agua, endurecería de forma casi instantánea, por lo que no sería viable su uso en las obras. Por eso, el yeso es una adición que está presente en todos los tipos de cemento Pórtland. La cantidad adicionada es pequeña:

• En general, 5% de yeso para 95% de clínker, en masa.

•

ADICIONES MINERALES

• Las adiciones en el cemento mejoran ciertas características del hormigón y preservan el ambiente al aprovechar residuos y disminuir la extracción de la materia prima.

• El desarrollo de los varios tipos de cemento, con el uso de adiciones, como escorias y puzolanas, dio como resultado mejorar ciertas características del material, tales como la impermeabilidad, disminución de la porosidad, mayor resistencia a los sulfatos y la reducción del calor de hidratación, puede decirse que en la mayoría de los casos estos cementos se comportan mejor que los Cementos Pórtland Normales. Las adiciones contribuirán para disminuir el consumo de energía durante el proceso de fabricación y para aprovechar subproductos.

• Desde el punto de vista ecológico, además de la preservación de los yacimientos de calcáreos, el punto fuerte es el aprovechamiento de residuos que producen contaminación en el medio ambiente, como el caso de la escoria granulada de alto horno, que posee actividad hidráulica y genera en la hidratación los mismos productos que el cemento. Las puzolanas, que pueden ser cenizas volantes, arcillas calcinadas, rocas volcánicas, sílice activa, tienen la ventaja de promover la disolución del Aluminato Tricálcico (C3A), componente del clinker, que es el principal responsable por el calor de hidratación del cemento, disminuyendo la permeabilidad del hormigón y aumentando su resistencia a los ataques químicos.

• Las adiciones al cemento mejoran ciertas características del hormigón y preservan el ambiente al aprovechar residuos y disminuir la extracción de materias primas.

• Existen varias razones para que los fabricantes de cemento y productores de hormigón de todo el mundo desarrollen el uso de adiciones minerales en el cemento u hormigón, entre las cuales podemos mencionar: cuestiones ecológicas, como la utilización de subproductos de otras industrias y la menor generación de CO2 (dióxido de carbono).

1) Adiciones minerales activas. Son aquellos minerales naturales o artificiales que presentan la capacidad de formar productos de hidratación SCH (silicatos de calcio hidratado) similares a los formados durante la hidratación del cemento Pórtland puro. Entre estas adiciones podemos mencionar la escoria granulada de alto horno, puzolanas naturales, humos de sílice (silica fume o microsilílice), cenizas volantes (fly ash) y arcillas activadas entre otras.

2) Adiciones minerales inactivas. Son minerales que no forman productos de hidratación SCH aunque su utilización suele tener efectos benéficos sobre las propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido. Dentro de este tipo de adición mineral se encuentra el “filler calcáreo” de utilización masiva desde hace algunos años en Europa y también en el Paraguay.

Adiciones minerales

• Las adiciones activas son aquellas que tienen la capacidad de hidratarse y formar compuestos SCH de manera similar a los formados en la hidratación del clinker Pórtland. A su vez, estas pueden separarse en las que poseen hidraulicidad latente y las puzolánicas. Mientras que las primeras tienen la capacidad de hidratarse por sí mismas en presencia de agua y un agente catalizador, las segundas se hidratan a través de una reacción secundaria donde se combinan con el (OH)2Ca formado durante la hidratación primaria (1), resultando compuestos SCH: Hidratación primaria: CnS + H2O -> gel SCH + (OH)2Ca (1) Hidratación secundaria: SiO2 + (OH)2Ca + H2O -> gel SCH (2)Donde el SiO2 lo aporta la puzolana y el (OH)2Ca es el subproducto generado durante la hidratación primaria.

• Podrá observarse que durante la hidratación de las puzolanas no hay generación de (OH)2Ca por lo cual es de esperar que los cementos u hormigones que poseen estas adiciones presenten mayor resistencia final y durabilidad que los elaborados con cementos "puros" ya que el (OH)2Ca tiene muy baja resistencia estructural. En el caso de la hidratación de la escoria granulada de alto horno, el agente catalizador es el ambiente alcalino generado durante la hidratación primaria. En forma similar a las puzolanas, durante la hidratación de esta adición mineral solamente se genera gel SCH por lo cual se espera mayor resistencia final y durabilidad: Hidratación de la escoria: C3S2 + H2O -> gel SCH (3)

• Las adiciones inactivas, no generan gel SCH aunque suelen tener una influencia positiva sobre la hidratación de las partículas de clinker y las propiedades del hormigón en estado fresco.

Puzolanas Son minerales naturales o artificiales en los que predominan la sílice amorfa y la alúmina. Para que pueda producirse la reacción puzolánica indicada anteriormente, es necesario que la sílice esté en estado amorfo. Las puzolanas naturales son rocas de origen volcánico (tobas y cenizas volcánicas) o de naturaleza orgánica de origen sedimentario (dolomitas). En nuestro país se utilizan mayoritariamente puzolanas naturales. En otros países, en función a las disponibilidades generadas por otras industrias se dispone de puzolanas artificiales entre las que se encuentran las arcillas activadas térmicamente, las cenizas volantes (fly ash) y humos de sílice (silica fume) también conocida como microsílice debido al tamaño de partículas (entre 10 y 100 veces más pequeñas que las partículas de cemento).

Filler CalcáreoEs un mineral compuesto básicamente por carbonato de calcio que, dada su facilidad de molienda, se adiciona al cemento o se muele en forma conjunta con el clinker Pórtland en molino de cemento y ejerce efectos beneficiosos sobre los morteros u hormigones en estado fresco. Adicionalmente, debido a su pequeño tamaño las partículas de filler calcáreo suelen mejorar la distribución granulométrica del cemento mejorando la resistencia temprana del hormigón.

Escoria granulada de alto hornoEs un subproducto de la fabricación del hierro y posee una composición química parecida al clinker Pórtland. Cuando se la granula, mediante el enfriamiento violento con ayuda de agua inyectada a presión o combinando aire + agua, sus minerales componentes permanecen en un estado vítreo (no cristalino) que le confiere una hidraulicidad latente. No hay que confundir con la escoria enfriada al aire que, al ser enfriada en forma lenta, presenta un ordenamiento de cristales propio del estado sólido por lo cual no tiene propiedades hidráulicas y suele utilizarse como agregado.

Adiciones utilizadas en

Paraguay

ADITIVOS PARA

HORMIGON

Generalidades

Los aditivos son productos que, introducidos en pequeña porción en el hormigón, modifican algunas de sus propiedades originales, se presentan en forma de polvo, liquido o pasta y la dosis varia según el producto y el efecto deseado entre un 0.1 % y 5 % del peso del cemento.

Su empleo se ha ido generalizando hasta el punto de constituir actualmente un componente habitual del hormigón. Sin embargo su empleo debe ser considerado cuidadosamente, siendo importante verificar cual es su influencia en otras características distintas de las que se desea modificar.

En primera aproximación, su proporción de empleo debe establecerse de acuerdo a las especificaciones del fabricante, debiendo posteriormente verificarse según los resultados obtenidos en obra o, preferentemente, mediante mezclas de prueba.

El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del hormigón, tales como las siguientes:

- Trabajabilidad y exudación en estado fresco.

- Tiempo de fraguado y resistencia inicial de la pasta de cemento.

- Resistencia, impermeabilidad y durabilidad en estado endurecido.

Clasificación de los

aditivos

La norma ASTM C 494 “Chemical Admixtures for Concrete, distingue siete tipos:

TIPO A : Reductor de Agua

TIPO B : Retardador de Fraguado

TIPO C : Acelerador de Fraguado

TIPO D : Reductor de agua y Retardador.

TIPO E : Reductor de Agua y Acelerador.

TIPO F : Reductor de Agua de Alto Efecto.

TIPO G : Reductor de Agua de Alto Efecto y Retardador

Los aditivos incorporadores de aire se encuentran separados de este grupo, e incluidos en la norma ASTM C260 “Especifications for Air Entraning Admixtures for Concrete.

Sin embargo normalmente se los denomina:

Retardador de fraguado.

Acelerador de fraguado y endurecimiento.

Plastificante.

Plastificante-Retardador.

Plastificante-Acelerador.

Superplastificante.

Superplastificante retardador.

Incorporador de aire.

Plastificantes o fluidificantesPropiedades del Hormigón Fresco:

- Disminuición de la relación a/c

- Mejora la trabajabilidad, mayor facilidad de bombear, acabar y aplicar

el hormigón.

- Puede afectar el tiempo de fraguado

Propiedades del hormigón Endurecido:

- Aumento de las Resistencias

- Mayor Durabilidad

- Mayor Control de Calidad de la Producción

AceleradoresFavorecen la disolución o la hidratación de los componentes

anhidridos del cemento.

RetardadoresAumentan el tiempo de trabajabilidad del hormigón, retardando la

disolución o la difusion de los

componentes anhidridos del cemento.

Incorporadores de airePequeñas (<100 micrones) burbujas

Interrupción de la red capilar.

Contenido de aire hasta 5%.

Aumento de la resistencia a ciclos hielo / deshielo

Mejora la reologia.