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 (grava y arena) y agua, crea una
mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo
consistencia pétrea, denominadahormigón (en España, parte de Suramérica y el
Caribe hispano) o concreto (en México y parte de Suramérica). Su uso está muy
generalizado en construcción e ingeniería civil.
Tipos 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 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 de yeso (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.
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
Imagen al microscopio del cemento 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 deNápoles, 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).
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 agregaóxido de calcio o bien carbonato 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).
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.
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.
Cementos tradicionales
Con cementos tradicionales, nos referimos a los tipos de cementos más
comúnmente usados en el mundo para la construcción. Estos cementos están
compuestos por una mezcla de Clinker y yeso, con diferentes requisitos físicos
y químicos.
Los cementos adicionados están compuestos por una mezcla de clínker,
yeso y adiciones minerales en distintas proporciones. Las adiciones minerales
utilizadas varían entre puzolanas, fillers y escorias de alto horno, que añaden
ciertas propiedades de valor agregado al cemento, otorgándoles características
especiales. Además, estos cementos utilizan cantidades menores de clínker en su
fabricación, lo que resulta en una menor emisión de gases contaminantes.
Actualmente contamos con los siguientes tipos de cementos adicionados:
Filial - La Merced
