"AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSALE Y COMPROMISO CLIMATICO"
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
Facultad de
Filial la merced
PROFESOR: Ing.Suarez Reynaldo
ALUMNA: Olano Malpartida Keyla Katerine
CICLO: IV
CHANCHAMAYO 2014
CEMENTO
El cemento es
un conglomerante formado
a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la
propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda
entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le
agrega yeso, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y
endurecerse. Mezclado con agregados pétreos y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y
plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigon (en España, parte de Suramérica y el
Caribe hispano) o concreto (en
México y parte de Suramérica). Su uso está muy generalizado en construccion e ingenieria civil.
ü TIPO DE CEMENTO
Se pueden establecer dos tipos
básicos de cementos:
1.
de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente;
2.
de origen puzolánico: la puzolana del cemento
puede ser de origen orgánico o volcánico elemento, diferentes por su
composición, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto
por sus destinos y usos.
Desde el punto de vista
químico se trata en general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio,
obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El material
obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y solidifica
progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja,
se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones.
·
El cemento portland
El poso de cemento más
utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón es el cemento
portland, producto que se obtiene por la pulverización del clinker portland con
la adición de una o más formas deyeso (sulfato de calcio). Se
admite la adición de otros productos siempre que su inclusión no afecte las
propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser
pulverizados conjuntamente con el clinker. Cuando el cemento portland es
mezclado con el agua, se obtiene un producto de características plásticas con
propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y endurece
progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia
característica. El proceso de solidificación se debe a un proceso químico
llamado hidratación
mineral.
Con el agregado de materiales
particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico,
que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es
usado en particular para el revestimiento externo de edificios.
·
TIPOS DE CEMENTO PORTLAND:
-Tipo I : normal es el cemento Portland destinado a obras
de concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización
de otro tipo.(Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales).Libera
más calor de hidratación que otros tipos de cemento.
-Tipo II : de moderada resistencia a los sulfatos, es el
cemento Portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a
la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de
hidratación, cuando así sea especificado.(Puentes, tuberías de concreto)
-Tipo III: Alta resistencia inicial, como cuando se
necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es
necesario desencofrar a los pocos días del vaciado
-Tipo IV: Se requiere bajo calor de hidratación en que no
deben producirse dilataciones durante el fraguado.
-Tipo V: Usado donde se requiera una elevada resistencia
a la acción concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias).
Normativa
La calidad del cemento
portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150. En Europa debe estar de
acuerdo con la norma EN 197-1. En España los cementos vienen regulados por la
Instrucción para recepción de cementos RC-08, aprobada por el Real Decreto
956/2008 de 6 de junio.
- · Cementos portland especiales
Los cementos portland
especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el
portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en
el porcentaje de los componentes que lo forman.
- · Portland férrico
El portland férrico está
caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto
significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene
introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de
composición comporta por lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3(oxido
ferroso), una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya
hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementos son
particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Los mejores
cementos férricos son los que tienen un módulo calcáreo bajo,
en efecto estos contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya
hidratación produce la mayor cantidad de cal libre (Ca(OH)2). Puesto
que la cal libre es el componente mayormente atacable por las aguas agresivas, estos
cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguas
agresivas que el plastico.
- · Cementos blancos
Contrariamente a los cementos
férricos, los cementos blancos tienen un módulo de fundentes
muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje
bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta
del hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más
oscuro al cemento ferrico. La reducción del Fe2O3 es
compensada con el agregado de fluorita (CaF2)
y de criolita (Na3AlF6),
necesarios en la fase de fabricación en el horno.para bajar la calidad del tipo
de cemento que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II
42,5 y tipo II 32,5;también llamado pavi) se le suele añadir una cantidad extra
de caliza que se le llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente
el clinker molido con yeso sería tipo I
- Cementos de mezclas
Los cementos de mezclas se obtienen
agregando al cemento Portland normal otros componentes como la puzolana. El agregado de estos
componentes le da a estos cementos nuevas características que lo diferencian
del Portland normal.
- · Cemento puzolánico
Se denomina puzolana a una
fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y
la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las
proximidades de Nápoles,
en las faldas del Vesubio. Posteriormente se
ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitruvio describía
cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.
Mezclada con cal (en la
relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la
preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.
Esta propiedad permite el
empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido los romanos: El antiguo
puerto de Cosa (puerto) fue construido con puzolana mezclada con
cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un
tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los
tres muelles son visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones
después de 2100 años.
La puzolana es una piedra de
naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo
precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:
·
55-70 % de clinker Portland
·
30-45 % de puzolana
·
2-4 % de yeso
Puesto que la puzolana se
combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta
última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento
puzolánico será más resistente al ataque de éstas. Por otro lado, como el
3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente
constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico
desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es
por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para
coladas de grandes dimensiones.
Se usa principalmente en
elementos en las que se necesita alta impermeabilidad y durabilidad.
- · Cemento siderúrgico
La puzolana ha sido sustituida
en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente de las centrales
termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes son
introducidos entre el 35 hasta el 80 %. El porcentaje de estos materiales
puede ser particularmente elevado, siendo que se origina a partir de silicatos,
es un material potencialmente hidráulico. Ésta debe sin embargo ser activada en
un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por
este motivo que debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento
Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolánico, el cemento
siderúrgico tiene mala resistencia a las aguas agresivas y desarrolla más calor
durante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada
alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión
atmosférica causada por los sulfatos.
Tiene alta resistencia
química, de ácidos y sulfatos, y una alta temperatura al fraguar.
- · Cemento de fraguado rápido
El cemento de fraguado rápido,
también conocido como "cemento romano ó prompt natural", se
caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con
agua. Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una
temperatura menor (1.000 a 1.200 °C).1 Es apropiado para trabajos
menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras
porque no se dispondría del tiempo para efectuar una buena aplicación. Aunque
se puede iniciar el fraguado controlado mediante retardantes naturales (E-330)
como el ácido cítrico, pero aun así si inicia el fraguado aproximadamente a los
15 minutos (a 20 °C). La ventaja es que al pasar aproximadamente 180
minutos de iniciado del fraguado, se consigue una resistencia muy alta a la
compresión (entre 8 a 10 MPa),
por lo que se obtiene gran prestación para trabajos de intervención rápida y
definitivos. Hay cementos rápidos que pasados 10 años, obtienen una resistencia
a la compresión superior a la de algunos hormigones armados (mayor a 60 MPa).
- · Cemento aluminoso
El cemento aluminoso se
produce principalmente a partir de la bauxita con impurezas
de óxido de
hierro (Fe2O3), óxido
de titanio (TiO2) y óxido
de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega óxido de calcio o biencarbonato
de calcio. El cemento aluminoso también recibe el nombre de «cemento
fundido», pues la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600 °C, con lo
que se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado en
moldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para
obtener el producto final.
El cemento aluminoso tiene la
siguiente composición de óxidos:
·
35-40 % óxido de calcio
·
40-50 % óxido de aluminio
·
5 % óxido de silicio
·
5-10 % óxido de hierro
·
1 % óxido de titanio
Su composición completa es:
·
60-70 % CaOAl2O3
·
10-15 % 2CaOSiO2
·
4CaOAl2O3Fe2O3
·
2CaOAl2O3SiO2
Por lo que se refiere al óxido
de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor al 6 %, porque
el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2)
tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de agua).
ü Reacciones de hidratación
CaOAl2O3+10H2O
→ CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)
2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
Mientras el cemento Portland
es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia de cal Ca(OH)2,
el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente neutra. La presencia del
hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta como
ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando como
resultado un cemento neutro.
El cemento aluminoso debe
utilizarse en climas fríos, con temperaturas inferiores a los 30 °C. En
efecto, si la temperatura fuera superior, la segunda reacción de hidratación
cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O
(cristales cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que
llevaría a un aumento del volumen y podría causar fisuras.
- Propiedades generales del cemento
·
Buena resistencia al ataque químico.
·
Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario.
·
Resistencia inicial elevada que disminuye con el
tiempo. Conversión
interna.
·
Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo
aumenta la porosidad.
·
Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy
exotérmico.
Está prohibido el uso de cemento
aluminoso en hormigón pretensado. La vida útil de las estructuras de hormigón
armado es más corta.
El fenómeno de conversión
(aumento de la porosidad y caída de la resistencia) puede tardar en aparecer en
condiciones de temperatura y humedad baja.
El proyectista debe considerar
como valor de cálculo, no la resistencia máxima sino, el valor residual,
después de la conversión, y no será mayor de 40 N/mm2.
Se recomienda relaciones A/C ≤
0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los recubrimientos (debido al pH más
bajo).
- Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio
·
Fraguado: Normal 2-3 horas.
·
Endurecimiento: muy rápido. En 6-7 horas tiene el
80 % de la resistencia.
·
Estabilidad de volumen: No expansivo.
·
Calor de hidratación: muy exotérmico.
·
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.
Usos comunes del cemento de aluminato de calcio
·
Alcantarillados.
·
Zonas de vertidos industriales.
·
Depuradoras.
·
Terrenos sulfatados.
·
Ambientes marinos.
·
Como mortero de unión en construcciones
refractarias.
·
Carreteras
PROCESO DE FABRICACIÓN
El proceso
de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:
1.
Extracción y molienda de la materia prima
2.
Homogeneización de la materia prima
3.
Producción del Clinker
4.
Molienda de cemento
La materia prima para la
elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y,
dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas
de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a
tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo.
La etapa de homogeneización
puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes
de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de
materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos
en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500 °C. En el proceso seco, la
materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias
especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de
energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto
de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere
menos tiempo sometido a las altas temperaturas.
El clínker obtenido,
independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es
luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.
·
Reacción de las
partículas de cemento con el agua
1.
Periodo inicial: las partículas con el agua se
encuentran en estado de disolución, existiendo una intensa reacción exotérmica
inicial. Dura aproximadamente diez minutos.
2.
Periodo durmiente: en las partículas se produce una
película gelatinosa, la cual inhibe la hidratación del material durante una
hora aproximadamente.
3.
Inicio de rigidez: al continuar la hidratación de
las partículas de cemento, la película gelatinosa comienza a crecer, generando
puntos de contacto entre las partículas, las cuales en conjunto inmovilizan la
masa de cemento. También se le llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado sería
el aumento de la viscosidad de una mezcla de cemento con agua.
4.
Ganancia de resistencia: al continuar la
hidratación de las partículas de cemento, y en presencia de cristales de CaOH2,
la película gelatinosa (la cual está saturada en este punto) desarrolla unos
filamentos tubulares llamados «agujas fusiformes», que al aumentar en número
generan una trama que aumenta la resistencia mecánica entre los granos de
cemento ya hidratados.
5.
Fraguado y endurecimiento: el principio de fraguado
es el tiempo de una pasta de cemento de difícil moldeado y de alta viscosidad.
Luego la pasta se endurece y se transforma en un sólido resistente que no puede
ser deformado. El tiempo en el que alcanza este estado se llama «final de
fraguado».
·
Almacenamiento
Si es cemento en sacos, deberá
almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en
hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30
días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses.
Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área
de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia
cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga
más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos
ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.
