CEMENTO

I.

• El avance que ha tenido en el ultimo siglo la tecnología permite contar con varias clases de cemento, las cuales están diseñadas para proporcionar propiedades adecuadas para la producción de diferentes tipos de concreto.

• Es por esto que se hace necesario conocer y manejar sus bondades en beneficio de obtener mezclas económicas y de buen desempeño

Introducción:

Cemento: Se denomina cemento a un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinada y posteriormente molida. Mezclado con agregados pétreos y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece.

Sus primeros usos datan de los inicios de 1800. Producto que se obtiene por la pulverización del clinker portland con la adición de una o más formas de sulfato de calcio. Esta mezcla se mete a un horno de secar y se pulveriza hasta convertirlo en un fino polvo. La calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.

TIPOS CARACTERISTICAS

I Sin características especiales

II Moderados calor de hidratación y resistencia a los Sulfatos

III Alta resistencia

IV Bajo calor de hidratación

V Alta resistencia a los sulfatos

Cemento Portland:

Cualidades del Cemento

• Las cualidades del cemento: resistencia, durabilidad y flexibilidad, entre otras.

• El cemento es hidráulico. • El cemento es capaz de endurecer en condiciones secas y húmedas e

incluso, bajo el agua. • El cemento es notablemente moldeable• El cemento y el concreto hecho con él es tan durable como la piedra• El cemento es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua, es casi

imposible romper su enlace con los materiales tales como el ladrillo, el acero, la grava y la roca.

• El cemento ofrece un excelente aislante contra los ruidos cuando se calculan correctamente los espesores de pisos, paredes y techos de concreto.

Relación Agua/Cemento

La relación agua/cemento, también conocida como razón agua/cemento, a/c, es uno de los parámetros más importantes de la tecnología del concreto, pues influye grandemente en la resistencia final del mismo.Una relación agua/cemento baja, conduce a una mezcla de mayor resistencia que una relación agua/cemento alta. Pero entre más alta esta relación, el concreto se vuelve más trabajable.

A continuación se presenta algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua

• Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexión.

• Se tiene menor permeabilidad

• Se incrementa la resistencia al intemperismo

• Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo

COMPONENTES DEL

CEMENTO ClinkerComponentes principales,

Escoria de Alto Horno, Humo de Sílice, Puzolana, Cenizas volantes, y Caliza.Componentes minoritarios

Son productos que se obtienen al calcinar hasta fusión parcial mezclas muy íntimas preparadas

artificialmente, de calizas y arcillas, hasta conseguir la combinación prácticamente total de

sus componentes.

CLINCKER

COMOPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO

SILICATO TRICALCICO (c3 S)SILICATO BICALCICO (c2 A)

ALUMINATO TRICALCICO (c3 A)FERROALUMINATO TETRACALCICO (c4 AF)

SILICATO TRICALCICO (c3 S)

Es el compuesto activo por excelencia del clinker, es el que produce la alta resistencia inicial del cemento Pórtland hidratado. Pasa del fraguado inicial al final en unas cuantas horas. El C3S reacciona con el agua desprendiendo una gran cantidad de calor (calor de hidratación).La rapidez de endurecimiento de la pasta de cemento está en relación directa con el calor de hidratación; cuanto más rápido sea el fraguado, mayor será la exotérmica. El C3S hidratado alcanza gran parte de su resistencia en siete días. Debe limitarse el contenido de S3C en los cementos para obras de grandes masas de hormigón, no debiendo rebasarse un 35%, con objeto de evitar valores elevados del calor de hidratación.

SILICATO BICALCICO (c2 A)

Su presencia da lugar a pocas resistencias en los primeros días, pero luego las va desarrollando progresivamente hasta alcanzar al silicato tricálcico. Requiere algunos días para fraguar.Es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta de cemento Pórtland. Debido a que su reacción de hidratación avanza con lentitud, genera un bajo calor de hidratación.

ALUMINATO TRICALCICO (c3 A)

Presenta fraguado instantáneo al ser hidratado y gran retracción. Es el causante primario del fraguado inicial del cemento Pórtland y desprende grandes cantidades de calor durante la hidratación. El yeso, agregado al cemento durante el proceso de fabricación, en la trituración o en la molienda, se combina con el C3A para controlar el tiempo de fraguado, por su acción al retardar la hidratación de este. El compuesto C3A muestra poco aumento en la resistencia después de un día. Aunque el C3A hidratado, por si solo, produce una resistencia muy baja, su presencia en el cemento Pórtland hidratado produce otros efectos importantes. Por ejemplo un aumento en la cantidad de C3A en el cemento Pórtland ocasiona un fraguado más rápido, pero conduce a propiedades indeseables del hormigón, como una mala resistencia a los sulfatos y un mayor cambio de volumen.

PROPIEDADES GENERALES

• 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.

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS

•Referida al grado de molienda. del polvo, se expresa por la superficie específica, en m2/kg. En el laboratorio existen 2 ensayos para determinarlo:•- Penneabilimetro de Blaine•- Turbidimetro de Wagner

FINURA O FINEZA:

•Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gr/cm3. •En el laboratorio se determina por medio de:•- Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005)

PESO ESPECÍFICO:

• Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la-pasta. Se presenta como: El tiempo de Fraguado. Inicial y El tiempo de Fraguado Final.

• En el laboratorio existen 2 métodos para calcularlo:• Agujas de Vicat : NTP 334.006 (97)• Agujas de Gillmore : NTP 334.056 (97)

TIEMPO DE

FRAGUADO:

• Representa la verificación de los cambios volumétricos por presencia de agentes expansivos, se expresa en %.

• En el laboratorio se determina mediante:• Ensayo en Autoclave: NTP 334.004 (99)

ESTABILIDAD DE

VOLUMEN:

•Mide la capacidad mecánica del cemento- a soportar una fuerza externa de compresión. En el laboratorio se determina mediante:

•Ensayo de compresión en probetas cúbicas de 5cm de lado (con mortero cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98). Se- prueba a diferentes-edades: 1,3,7, 28 días.

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN:•Mide la cantidad de

aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total. En el laboratorio se determina mediante: •Pesos y

volúmenes absolutos de mortero C-A en molde cilíndrico estándar: NTP 334.048

CONTENIDO DE AIRE:

•Es el calor que. se genera por. la reacción. (agua+ cemento) exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/gr. y depende principalmente del C3A y el C3 S . En el laboratorio se determina mediante:•Ensayo del

Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea morteros estándar: NTP 334.064

CALOR DE HIDRATACIÓN:

EFECTOS DEL CEMENTO EN EL CONCRETO (FRESCO Y ENDURECIDO).

EFECTOS EN EL CONCRETO FRESCO:

•COHESION Y MANEJABILIDAD:

la finura es la única característica del cemento que puede aportar beneficio a la cohesión y la manejabilidad de las mezclas de concreto, por tanto, los cementos de mayor finura como el portland tipo III o los portland-puzolana serían recomendables en este aspecto.

•PÈRDIDA DE REVENIMIENTO:

Describir la disminución de consistencia, o aumento de rigidez, que una mezcla de concreto experimenta desde que sale de la mezcladora hasta que termina colocada y compactada en la estructura. El empleo de cementos portland-puzolana cuyo componente puzolánico es de naturaleza porosa y se muele muy finamente, puede acelerar notablemente la pérdida de revenimiento del concreto.

•ASENTAMIENTO Y SANGRADO:

Se inicia un proceso natural mediante el cual los componentes más pesados (cemento y agregados) tienden a descender en tanto que el agua, componente menos denso, tiende a subir.

Incrementar el consumo unitario de cemento y/o utilizar un cemento de mayor finura, como el portland tipo III o los portland-puzolana. En relación con esta última medida, es un hecho bien conocido la manera como se reduce la velocidad de sangrado de la pasta al aumentar la superficie específica del cemento.

Sin embargo, existe el efecto opuesto ya mencionado en el sentido de que un aumento de finura en el cemento tiende a incrementar el requerimiento de agua de mezclado en el concreto. Por tal motivo SI HAY problema de sangrado en el concreto, tratar de corregirlo por los otros medios señalados, dejando el cambio de cemento por otro más fino como última posibilidad.

•EFECTOS EN EL CONCRETO ENDURECIDO

•ADQUISICION DE RESISTENCIA MECÀNICA:

ladquisición de resistencia de los diversos tipos de cemento portland depende básicamente de la composición química del clinker y de la finura de molienda. -cemento con alto contenido de silicato tricálcico (C3S) y elevada finura puede producir mayor resistencia a corto plazo, un cemento con alto contenido de silicato dicálcico (C2S) y finura moderada debe hacer más lenta la adquisición inicial de resistencia

Portland III 14 ó 28 días*Portland I, II y V 28 ó 90 días*Portland-puzolana 90 días, o más

•GENERACIÒN DE CALOR:

la reacción del cemento con el agua, o hidratación del cemento, se produce desprendimiento de calor porque se trata de una reacción de carácter exotérmico. Si el calor que se genera en el seno de la masa de concreto no se disipa con la misma rapidez con que se produce, queda un remanente que al acumularse incrementa la temperatura de la masa.

En lo referente a los cementos portland-puzolana, su calor de hidratación depende del tipo de clinker que contiene y de la actividad y proporción de su componente puzolánico. De manera general se dice que una puzolana aporta aproximadamente la mitad del calor que genera una cantidad equivalente de cemento.

RESISTENCIA AL ATAQUE DE LOS SULFATOS:

En cuanto a la selección del cemento apropiado, se sabe que el aluminato tricálcio (C3A) es el compuesto del cemento portland que puede reaccionar con los sulfatos externos para dar Bulfoaluminato de calcio hidratado cuya formación gradual se acompaña de expansiones que des integran paulatinamente el concreto. En consecuencia, una manera de inhibir esa reacción consiste en emplear cementos portland con moderado o bajo contenido de C3A, como los tipos II y V, seleccionados de acuerdo con el grado de concentración de los sulfatos en el medio de contacto

•ESTABILIDADVOLUMÈTRICA:

•ESTABILIDAD QUÌMICA:

Una característica indeseable del concreto hidráulico es su predisposición a manifestar cambios volumétricos, particularmente contracciones, que suelen causar agrietamientos en las estructuras.

De tiempo atrás se reconoce que ningún arqueado es completamente inerte al permanecer en contacto con la pasta de cemento, debido a los diversos procesos y reacciones químicas que en distinto grado suelen producirse entre ambos. Las principales reacciones químicas que ocurren en el concreto tienen un participante común representado por los álcalis, óxidos de sodio y de potasio, que normalmente proceden del cemento pero eventualmente pueden provenir también de algunos agregados.

SELECCION DEL CEMENTO APROPIADO

•Para poder proceder de manera realista en este aspecto, es necesario primero hacer un recuento de las clases y tipos de cementos, incluyendo sus respectivas características, usos indicados y normas aplicables.

Disponibilidad en el mercado

•Debemos conocer el comportamiento y propiedades de la pasta cementante y del concreto, para hacer una buena selección del cemento conociendo sus propiedades físicas , químicas y mecánicas para obtener buenos resultados.

Características esenciales del

cemento

1) Las características propias de la estructura y de los equipos y procedimientos previstos para construirla.

2) Las condiciones de exposición y servicio del concreto, dadas por las características del medio ambiente y del medio de contacto y por los efectos previsibles resultantes del uso destinado a la estructura.– Cohesión y manejabilidad– Concreto Pérdida de revenimiento fresco– Asentamiento y sangrado– Tiempo de fraguado– Adquisición de resistencia mecánica– Concreto Generación de calor endurecido– Resistencia al ataque de los sulfatos– Estabilidad dimensional (cambios volumétricos)– Estabilidad química (reacciones cemento-agregados)

Cementos recomendables por sus efectos en el concreto

CALOR DE HIDRATACIÓN El proceso de hidratación es un proceso exotérmico, lo cual hace que

los concretos al fraguar y endurecer aumenten de temperatura; este incremento es importante en concretos masivos, ya que se origina contracción del material, que puede conducir a graves agrietamientos.

Este mismo efecto es uno de los principales problemas en los concretos con bajas relaciones de agua/cemento, dado que la cantidad de cemento se incremento y consecuentemente la temperatura del concreto también se incrementa, esta es una de las razones para el uso de adiciones reemplazando a porcentajes del concreto.

Ahora la finura del cemento influye en el calor liberado y en la velocidad de hidratación. A mayor finura del cemento, mayor rapidez de hidratación del cemento y por lo tanto mayor desarrollo de resistencia. La finura se mide por medio del ensayo del turbidímetro de Wagner.

La cantidad de calor generado depende, primariamente, de la composición química del cemento, siendo el C3A y el C3S los compuestos más importantes para la evolución de calor.

FRAGUADO DEL CONCRETOEl fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre la

pasta de cemento. La velocidad de fraguado viene limitado por las normas estableciendo un periodo de tiempo, a partir del amasado, dentro del cual debe producirse el principio y fin del fraguado.

El fraguado inicial y final deben diferenciarse del fraguado falso, que ocurre a los pocos minutos de mezclarse con agua.

Este proceso es controlado por medio del ensayo de la aguja de Vicat, que mide el inicio y fin del fraguado en mediciones de penetraciones cada 15min.

Provisto de un soporte (A), una varilla móvil (B) con un peso de 300 gr, la que lleva en uno de sus extremos la sonda de Tetmajer (C) de 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud; y en el otro extremo la aguja de Vicat (D) de 1 mm de diámetro y 50 mm también de longitud. El molde es de forma troncocónica (G) de metal inatacable por la mezcla, (F) tornillo de ajuste de la placa graduada en mm.

Luego de colocar la pasta en el molde del equipo, previamente mezclado y batido hasta obtener una fluidez uniforme. El ensayo se inicia determinando la consistencia normal de la pasta y esto sucede cuando se obtiene una penetración de 30mm, con una varilla de latón de 50gr.

Se considera iniciado el fraguado cuando la aguja se detiene a 5mm del fondo del molde, entonces se registra el tiempo transcurrido desde el momento en que se puso en contacto el agua y el cemento.

Se considera terminado el fraguado cuando la aguja no penetra mas de 0.5mm, dejando la aguja una huella en la superficie pero sin cortarla, entonces hasta este instante tenemos el tiempo de fraguado final.

Este ensayo es muy importante, porque el tiempo de fraguado es fundamental a la hora de conocer las propiedades de los diferentes tipos de Cemento. Ahora este tiempo es arbitrario y conocimiento da una idea del tiempo disponible para mezclar, transportar, colocar, vibrar y apisonar los concretos de una obra.

Ensayo Vicat

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL FRAGUADO

•Cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de fraguado, si sus granos fuesen muy gruesos, su rendimiento sería muy pequeño al quedar en sus interior un núcleo prácticamente inerte.

Finura del cemento

•A mayor temperatura, menor tiempo de fraguado. La hidratación culmina cuando la temperatura este cerca a 0ºC. La exposición a la luz del sol y las condiciones ventosas, efectos de calor y refrigeración influyen en el fraguado.

Temperatura Clima:

•Causado por el almacenamiento prolongado, aumenta la duración del tiempo de fraguado, debido a que disminuye con el tiempo su resistencia a las aguas agresivas.

Meteorización(envejecimiento

):

•Que puede provenir del agua o de la arena, retrasa el fraguado y puede llegar a inhibirlo.

Materia orgánica:

•Aquí, los productos de hidratación del cemento comienzan a cristalizar y llenar espacios originalmente ocupados por el agua. La resistencia de la pasta de cemento se debe principalmente a fuerzas de atracción molecular.

Pasta del cemento:

•También conocida como razón agua/cemento, influye grandemente en la resistencia final del mismo. La menor relación a/c se considera igual a 0,42.

Relación agua

cemento:

RESISTENCIA DEL CONCRETO

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

•Mayor rapidez de hidratación del cemento y por lo tanto mayor desarrollo de resistencia. Los efectos que una mayor finura provoca sobre la resistencia se manifiestan principalmente durante los primeros siete días.

A mayor finura del cemento:

•Factores como la buena graduación de los agregados, la buena calidad del concreto y las proporciones adecuadas de cada elemento permiten alcanzar una mejor resistencia. También es importante que los elementos de la mezcla no estén contaminados. El ensayo más utilizado es el colorimétrico.

Propiedades y proporciones de

los constituyentes del concreto:

Ensayo para ver el contenido orgánico

Métodos de mezclado y curado del concreto: Es necesario que la mezcla sea completamente homogénea para garantizar un comportamiento similar en cada sección de los elementos colocados. De la misma manera, es importante que la humedad en el proceso de curado.

Edad del Concreto: La Resistencia del concreto está en función del tiempo de fraguado, a mayor edad mayor resistencia.

Condiciones de Carga: Es necesario esperar a que el concreto tenga una edad mínima de 14 a 28 días para poder colocarle carga, de lo contrario no llegará a alcanzar la resistencia deseada. Con el tiempo y bajo cargas sostenidas, la resistencia del material se disminuye hasta un 30%.

Forma y dimensiones del elemento: Para elementos cuya relación altura-diámetro sea grande, menor será el

esfuerzo de compresión que resistan, la relación altura-diámetro debe ser igual a 2.

Si los especímenes a ensayar tienen una relación superior a 2, este debe ser cortado en altura para obtener esta relación, si por el contrario es igual o menor que 1.75 pero mayor a 1, el resultado de resistencia obtenido debe ser corregido utilizando los siguientes factores:

El cilindro o espécimen cilíndrico estándar es de 15 x 30 cm, el tamaño del cilindro corresponde a concretos estructurales con tamaños máximos de agregado que pueden variar de 1/4 de pulgada hasta 3/4 de pulgada.

La resistencia del concreto se determina con el ensayo de compresión.

Máquina de Compresión

ENSAYOS EN EL CEMENTO

DENSIDAD

No indica directamente la calidad del mismo, pero a partir de ella se pueden deducir otras características cuando se analizan en conjunto con otras propiedades. Esta medida es indispensable en el diseño y control de mezclas de concreto, en donde se requiere conocer cuanto espacio ocupa determinada masa de cemento.

Matraz de Le Chatelier

FINURALa finura es una de las propiedades físicas más importantes del cemento, ya que está íntimamente ligada con la velocidad de hidratación, desarrollo de calor, reacción y aumento de la resistencia.Puesto que la hidratación de los granos de cemento se inicia desde la superficie hacia el interior, el área superficial total de las partículas de cemento constituye un parámetro determinado para regular la velocidad de hidratación.

FINURA POR TAMIZADO

El tamizado por las mallas no da una idea muy clara del tamaño en particular, sin embargo, permite detectar la presencia de anormal de unas más gruesas, que pueden ser debidas a diferencias en la molienda o a principio de hidratación del cemento almacenado por un tiempo relativamente largo.

NTC226 NTC229

FINURA POR METODOS INDIRECTOS

Dentro de los métodos directos se tiene el procedimiento del turbidimetro de Wagner, el cual se fundamenta en la velocidad con que se sedimenta una suspensión de cemento de un fluido (kerosene).El método de Blaine para determinar la superficie específica del cemento se basa en que la cantidad y el tamaño de los poros de una muestra de determinada densidad son función del tamaño de la partícula y de su distribución granulométrica, este ensayo consiste en medir el tiempo necesario para que una cantidad de aire pueda atravesar una muestra de densidad conocida.El método de Wagner es un poco más informativo, puesto que indica la distribución por tamaño de las partículas

CONSISTENCIA NORMAL

Es la propiedad que indica el grado de fluidez o la dificultad con que la pasta puede ser manejada, es medida empleando el aparato de Vicat de acuerdo con el procedimiento que establece la norma NTC110.Al agregar agua al cemento se produce una pasta (cemento mas agua), contiene fluidez a medida que se le va aumentando el contenido de agua. La consistencia normal es un estado de fluidez alcanzado por la pasta del cemento que tiene una propiedad óptima de hidratación. Se expresa como un porcentaje en peso o volumen de agua con relación al peso seco del cemento.

EXPANSION EN AUTOCLAVE

Para que un cemento sea estable es necesario que ninguno de sus componentes, una vez hidratados, sufra expansión perjudicial o destructiva, por eso la pasta de cemento al endurecer disminuye el volumen, fenómeno denominado retracción. Casi la totalidad de retracción ocurre en los 2 o 3 meses de hidratación del cemento.

RESISTENCIA MECANICA

Los ensayos de resistencia generalmente están indicados en todas las especificaciones del cemento debido a que la resistencia mecánica del cemento endurecido es la propiedad del material que posiblemente resulta más obvia en cuanto para los requisitos estructurales.

ENSAYO A COMPRESION

Este método de ensayo es usado para determinar la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos preparados y curados de manera estándar.La interpretación de resultados es delicada debido a que la resistencia no es una propiedad característica o intrínseca del concreto realizado con materiales proporcionados, sino depende de muchos factores como tamaño y forma del espécimen, la mezcla, el procedimiento de batido, los métodos de muestreo, el moldeado y fabricación

•SUGERENCIAS PARA EL USO DEL CEMENTO.

•El cemento empleado en la preparación del concreto deberá cumplir con los requisitos de las siguientes normasa)Los cementos portland normal Tipo 1, 11, ó V respectivamente con las normas ITINTEC 334.009; 334.038; ó 334.040; o con la Norma ASTM C150.b)Los cementos portland puzolánicos Tipo 1P y 1PM deberán cumplir con los requisitos de la Norma ITINTEC 334.044; o con la Norma ASTH C595.

•Se requerirá en obra cemento del mismo tipo y marca que aquel utilizado para la selección de las proporciones de la mezcla de concreto en aquellos casos en que en la determinación de la resistencia promedio se ha empleado resultados de concretos preparados con cementos de la misma marca. •No se aceptará en obra bolsas de cemento que se encuentran averiadas, o cuyo contenido hubiera sido evidentemente alterado por la humedad.

•Se considerará que la bolsa de cemento tiene un pié cúbico de capacidad y un peso de 42.5 kg. En aquellos casos en que no se conozca el valor real se considerará para el cemento un peso específico de 3.15.

CONCLUCIONES

•La moderna tecnología del concreto exige que la estructura del concreto resulte tan resistente como se desee y que a la vez soporte las condiciones de exposición y servicios a la que severa sometido durante su vida útil. Para lograrlo se requiere de los conocimientos del comportamiento de todos los ingredientes que interviene en el concreto y su correcta dosificación.•La relación agua cemento es el principal factor que se debe cuidar en el diseño de mezclas, ya que afecta de manera directa a la contracción por secado, teniendo efectos negativos sobre el diseño, a si como las condiciones futuras del concreto.•Es muy importante tomar en cuenta la temperatura ambiental y la humedad relativa para el fraguado del concreto, ya que afectan directamente al efecto de la contracción.•El calor de hidratación es el calor que se genera por la reacción entre el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende, primariamente, de la composición química del cemento, siendo el C3A y el C3S los compuestos más importantes para la evolución de calor.