CEMENTOS PORTLAND – REQUISITOS

NORMA TECNICA PERUANA NTP

334.009

I. INSPECCIÓN1.1. La inspección del material se efectuará por acuerdo entre el comprador y vendedor como parte del contrato de venta.

1.2. Se deberá proporcionar al comprador todas las facilidades para realizar la inspección y muestreo del cemento materia del contrato de compra. La inspección y el muestreo del cemento se deben realizarse en la fabrica o en el sitio de distribución controlado por el fabricante, o el lugar que acuerden el comprador y el vendedor.

1.3. El cemento se almacenará en lugar seco, protegido de la intemperie y de fácil acceso para la inspección.

CEMENTOS: CEMENTOS PORTLAND REQUISITOS

2.1. El lote de cemento deberá cumplir con los requisitos establecidos en esta NTP y según la NTP 334.007.

2.2. Es opción del comprador realizar un nuevo reensayo al cemento antes de usarse, si este ha permanecido almacenado a granel por más de seis meses o embolsado en un almacén custodiado por el vendedor, por más de tres meses después de hacer completado todos sus ensayos, debiendo cumplir con los requerimientos específicos en estas NTP de acuerdo a los requerimientos de la NTP 334.007.

2.3. En los envases se identificara la masa contenida como el peso neto. Se aceptaran individualmente los envases cuya masa tenga una variación del 2% menor a la masa especificada.

2.4. El lote de cemento será admitido, si una muestra de 50 envases obtenida según la norma NTP 334.007, tiene una masa promedio igual a la especificada.

II.  CONDICIONES DE RECEPCIÓN

3.1. A solicitud del comprador, el fabricante debe declarar por escrito la fuente, cantidad y composición de los constituyentes utilizados en la fabricación del cemento acabado y composición del cemento adicionado comprado.

3.2. A pedido del comprador, el fabricante debe también aclarar por escrito que la cantidad de puzolana o escoria en el cemento acabado no variara mas de +/- 5.0% en masa de cemento acabado en un lote a otro lote o dentro de un lote.

3.3. Cuando se especifica en la orden o contrato de compra, la certificación del fabricante deberá entregarse al momento del despacho especificando los resultados de las pruebas que incluyan el análisis químico, hecho en base a las muestras de cemento, durante la producción o transferencia y certificando que los requerimientos aplicables a esta especificación se ha cumplido.

III. CERTIFICACIÓN DEL FABRICANTE

4.1. El cemento será recibido en el envase original de fábrica, sea en bolsas o a granel.

4.2.Cuando el cemento sea envasado en bolsas, deberá tener un contenido neto de 42,5 kg netos y la marca de fábrica y el nombre o razón social del fabricante.

4.3. La bolsa que sirve de envase deberá incluir en el rotulo: La palabra Cemento Portland y el tipo correspondiente. Nombre o símbolo del fabricante. El contenido neto, en kilogramos. El código de la presente Norma Técnica Peruana.

Similar información debe ser provista en los documentos de carga que acompañen el cargamento de cemento envasado o a granel. Todos los envases deben estar en buenas condiciones al momento de la inspección.

IV.  ENVASE Y ROTULADO

6.1. El cemento debe almacenarse de forma tal que permita el acceso razonable para la inspección e identificación apropiada de cada cargamento y en edificaciones, contenedores o empaques adecuados a las condiciones climáticas que protegerán al cemento de la humedad y minimizarán el deterioro por almacenamiento.

6.2. El cemento se almacenará en lugar seco, protegido de la intemperie y de fácil acceso para la inspección.

V. ALMACENAMIENTO

La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción.

Clasificación de los cementos.

Tipo, nombre y aplicaciónI: Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento.I A: Normal. Uso general, con inclusor de aire.II: Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación.II A: Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.III: Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas.III A: Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.IV: Bajo calor de hidratación. Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación.V: Resistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y además en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos.

ALCANCES DE NORMA ASTM C 150:

Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación. Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.

TIPO I

El cemento Portland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos)

Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc.

La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento.

TIPO II

Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda.

Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.

TIPO III

El cemento Portland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo.

El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento.

Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas. La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un periodo mayor de tiempo.

TIPO IV

El cemento tipo V se utiliza en concretos expuestos a la acción severa de sulfatos, principalmente donde el suelo y el agua subterránea tienen alta concentración de sulfatos.

Su desarrollo de resistencia es más lento que en el cemento tipo I.

La alta resistencia a los sulfatos del cemento tipo V se atribuye al bajo contenido de aluminato tricálcico, no excediendo a 5%.

El cemento tipo V, como otros cementos, no es resistente a ácidos y a otras substancias altamente corrosivas.

TIPO V

El óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) es un compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice, es uno de los componentes de la arena y una de las formas en que aparece naturalmente es el cuarzo, se produce sintéticamente mediante un proceso de hidrólisis en fase de vapor, que da sílice pirogénica, mediante un proceso húmedo, que da sílice precipitada, gel de sílice, o sílice hidratada. El dióxido de silicio cuenta con una gran capacidad de absorción y se puede utilizar en líquidos de alta densidad. El óxido de silicio (IV) se usa, entre otras cosas, para hacer vidrio, cerámicas y cemento, el gel de sílice es un desecante, es decir que quita la humedad del lugar en que se encuentra. Se encuentra muy generalmente en paquetes nuevos de aparatos ópticos, electrónicos, etc. Se utilizan como anti aglomerantes por la misma capacidad de absorción.

DIÓXIDO DE SILICIO:

Oxido de Aluminio: El trióxido de dialuminio (Al2O3) (también conocido como

alúmina), favorece el proceso de cocción de las materias primas, funciona como fundente favoreciendo las reacciones químicas, que se dan entre el dióxido de silicio (SiO2) (también conocido como sílice) y el carbonato cálcico (CaCO3) (también conocido como roca caliza).

Oxido Férrico: Posee un alto poder antioxidante, por lo que ha sido usado

desde hace muchos años en la fabricación de pinturas antioxidantes y anticorrosivas, como por ejemplo pinturas para barcos, imprimaciones, y otros muchos tipos de pinturas industriales de gran calidad. Se usa para pigmentar cualquier tipo de cemento, mortero, lechada, pavimentos, terrazos, tejas, bloques, estucos, etc.

Oxido de Magnesio: 

El oxido de magnesio procede del carbonato de magnesio que puede estar mezclado con las materias primas, sobre todo con la caliza. Al enfriarse el clínker se puede transformar en periclasa, y esta al hidratarse aumenta considerablemente su volumen, este proceso ocurre una vez que el cemento ya esta solidificado, por lo que un aumento de volumen de uno de sus componentes, le supone al cemento la aparición de una serie de tensiones internas no deseadas, de manera que si la concentración del oxido de magnesio fuera alta, estas tensiones podrían terminar agrietando la estructura. Por todo esto es importante que la proporción de oxido de magnesio sea pequeña, ya que en caso contrario, esto puede suponer un grave problema.Formula química: MgO

Trióxido de Azufre: Formula química: SO3

El trióxido de azufre procede de los combustibles que adicionamos al horno giratorio para la realización del proceso de cocción. Estos combustibles pueden tener una determinada riqueza en azufre, y al producirse la combustión esta se transforma en trióxido de azufre. El trióxido de azufre puede escapar en forma de gas, en las zonas del horno que se encuentran a alta temperatura, mientras que en las zonas del horno que están a una temperatura no tan alta, da lugar a sulfato de calcio.

Perdida por Ignición:

La perdida por ignición es una medida de la carbonatación del CaO libre y el MgO, y de la hidratación del cemento, debido a su exposición a la atmosfera sumada a la disociación del carbonato de calcio (CaCO3) en dióxido de carbono (CO2) y CaO.La pérdida por ignición que se encuentra normalizada en un máx. de 3% para todos los tipos de cemento, con excepción de un máx. de 2.5 del tipo IV, se modifica con la adición del filler calizo, en razón que la calcita incrementa este valor. En consecuencia, para no exceder la norma es necesario ajustar el porcentaje de adición según los resultados que se obtengan.

TABLA Nº1: PERDIDA POR IGNICIÓN DE DOS MUESTRAS DE PROBETAS CON DISTINTO PORCENTAJE DE CALIZA.

Residuo Insoluble:

El residuo insoluble, que proviene principalmente de las impurezas del yeso, de las adiciones, y eventualmente de material no bien calcinado se especifica en la norma de Cemento Portland a un máx. de 0.75%. Si asumimos que el residuo insoluble de cemento se encuentra entre 0.2 y 0.7%, la diferencia que puede ser tornada por la caliza es reducida.

TABLA Nº2: RESIDUOS INSOLUBLE DE PROBETAS CON DISTINTOS PORCENTAJES DE CALIZA.

Silicato Tricálcico: 

Es uno de los componentes mayoritarios del cemento sobre todo en el cemento Portland. Es el componente más importante del cemento, el problema es de tipo económico, ya que su producción resulta ser muy cara. Este componente le confiere al cemento las siguientes propiedades:Mucha resistencia.Endurecimiento rápido.Al hidratarse se desprende mucho calor, por lo que no interesa un cemento muy rico en silicato tricálcico cuando se trabaja con grandes volúmenes de cemento, (presas, puentes, etc.)Formula química: 3CaO.SiO2Reacción química de obtención del Silicato Tricalcico:CaO + 2CaO.SiO2 3CaO.SiO2

Silicato Dicálcico:

Es uno de los componentes mayoritarios del cemento sobre todo en el cemento Portland.El silicato dicálcico presenta un calor de hidratación inferior al del silicato tricálcico. Por eso el silicato dicálcico, puede aparecer en concentraciones altas en los cementos, que se empleen para trabajar con grandes volúmenes de cemento, (presas, puentes, etc.)Este componente le confiere al cemento las siguientes propiedades:Mucha resistencia.Endurecimiento progresivo, de manera que a largo plazo puede llegar a tener la misma resistencia que el silicato tricálcico.Formula química: 2CaO.SiO2

Reacción química de obtención del silicato dicálcico:CaO +CaO.SiO2 2CaO.SiO2

Aluminato Tricálcico: 

El Aluminato tricálcico le proporciona al cemento muy poca resistencia.Los cementos con alto porcentaje en aluminato tricálcico, desprenden mucho calor durante el proceso de hidratación, se altera fácilmente en presencia de sulfatos.Formula química: 3CaO.Al2O3Reacciones químicas de obtención de aluminato tricálcico:CaO.Al2O3 + Al2O3 + CaO 5CaO.3Al2O3 + 3CaO.Al2O3

Aluminato-ferrito tetracálcico:

El Aluminato tetracálcico suele llevar incorporados óxidos de hierro.Los cementos que contengan estos componentes en porcentajes altos, necesitan mucha agua de hidratación, inclusive más que otros tipos de cementos.Formula química: 4CaO.Al2O3.Fe2O3Reacciones químicas de obtención:Fe2O3 + CaO CaO.Fe2O3

CaO.Fe2O3 + CaO 4CaO.Al2O3.Fe2O3

Limite de calor de hidratación:

Se llama calor de hidratación al calor que se desprende durante la reacción que se produce entre el agua y el cemento al estar en contacto, el contacto se puede llevar a cabo aun si el agua está en forma de vapor, por lo que es muy importante que el cemento este protegido del medio ambiente ya sea en sacos o en silos, hasta el momento en que se le mezcle con el agua. El calor de hidratación que se produce en un cemento normal es del orden de 85 a 100 cal/g. La Tabla nº 3 presenta una apreciación cualitativa de la participación de los compuestos principales del cemento Portland en la rapidez de reacción con el agua y en el calor de hidratación por unidad de compuesto.

TABLA Nº3: LOS COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO EN EL CALOR DE HIDRATACIÓN.

Resistencia a los sulfatos límite:

El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto contenido de silicato bicálcico, normalmente el contenido de silicato bicálcico en el cemento Portland es:

Silicato bicálcico (2CaO·SiO2).................................. 20% a 30%

TABLA N°4 : Requisitos químicos

(A) Hay casos en que el SO3 optimo (Determinado con el método de ensayo indicado en NTP 334.075) para un cemento particular está muy cerca o excede el límite de esta NTP. En estos casos cuando las propiedades de un cemento pueden mejorarse con un exceso en el límite de SO3 dados en la tabla, estos valores pueden permitirse con la condición que se haya demostrado mediante la NTP 334.093, que este cemento con exceso de SO3 no desarrollara expansión en agua que sobrepase el 0.020% a los 14 días. Cuando el fabricante suministra cemento bajo esta provisión, facilitara a solicitud del comprador datos sustentatorios.

(B) No aplicable (C) No aplicables cuando se especifique el límite de calor de

hidratación de la Tabla 4. (D) No aplicable cuando se especifique la resistencia a los sulfatos

límite de la Tabla 4. (E) Véase Anexo C para el cálculo.

NOTAS:

ANEXO B(NORMATIVO)

TABLA 2 – REQUISITOS QUIMICOS OPCIONALES(A)

ALUMINATO TRICÁLCICO (C3A)

Los sulfatos más abundantes en los suelos son : sulfatos de calcio, de magnesia, de sodio y calcio y de sodio, todos ellos de diferente solubilidad.

La acción de los sulfatos se produce sobre el hidróxido de calcio y fundamentalmente sobre el aluminato de calcio C3A y el ferroaluminato tetracálcico C3FA .

El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce al concreto a un estado quebradizo y hasta suave.

La acción del sulfato de calcio es relativamente simple, ataca al aluminato tricálcico y en menor medida al ferro aluminato tetracálcico, produciendo sulfo aluminato tricálcico (etringuita) e hidroxido de calcio (portlandita).

La acción del sulfato de sodio es doble, reacciona primero con el hidróxido de calcio generando durante la hidratación del cemento, formando sulfato de calcio e hidróxido de sodio. A su vez el sulfato de calcio ataca al aluminato tricálcico formando etringita.

ATAQUE DE SULFATO

Todos los valores calculados como se describen en este anexo deberán ser redondeados de acuerdo a la norma ASTM E 29. Cuando se evalúa la conformidad con esta NTP, redondear los valores al mismo número de lugares, tal como en la anotación de la tabla correspondiente antes de realizar comparaciones. La expresión de las restricciones químicas por medio del cálculo de compuestos asumidos, no significa necesariamente que los óxidos están actual y completamente presentes como tales compuestos.

ANEXO C(NORMATIVO)

CALCULO DE LA COMPOSICION POTENCIAL DEL CEMENTO

Es un aglomerante hidrófilo resultante de la calcinación de rocas calizas, areniscas y arcillas, de manera de obtener un polvo muy fino que en presencia de agua endurece adquiriendo propiedades resistentes y adherentes.

El nombre portland se adquiere, cuando Joseph Apsdin un constructor ingles en 1824, al patentar un proceso de caliza arcillosa que producía un cemento que al hidratarse adquiría; según él, la misma resistencia que la piedra de la isla portland cerca del puerto de Dorset.

En 1845 se hacen algunas variantes, que consiste en moler rocas calcáreas con rocas arcillosas en cierta composición y someter este polvo a temperaturas mayores a 1300ºC produciendo lo que se denomina clinker , constituidos por esferas endurecidas de diferentes diámetros, que finalmente se muelen añadiéndoseles yeso para tener como producto definitivo un polvo sumamente fino.

EL CEMENTO PORTLAND

Componente químico Procedencia usual El 95%Oxido de calcio (CaO) rocas calizasOxido de sílice (SiO2) areniscas

Oxido de aluminio (Al2O3) arcillas

Oxido de fierro (Fe2O3) arcillas, mineral de hierro, pirita.

El 5%Oxido de magnesio, sodio Potasio, titanio, azufreFosforo y manganeso minerales arcillosos

El dióxido de titanio y el pentóxido de fosforo (TiO2 y P2O5) no deben ser incluidos con el contenido de Al2O3

FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND:

TIPO DE PROCESO: VIA SECA VIA HUMEDAD

COMPOSICION DEL CEMENTO PORTLAND

Silicato tricálcico (3 CaO. SiO2=C3S, alita) Defiere resistencia inicial (en la primera semana) y tiene mucha

importancia en el calor de hidratación.Silicato dicálcico (2 CaO. SiO2=C2S,belita) Define resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de

hidratación.Aluminato tricálcico (3CaO. Al2O3=C3A) Aislante no tiene trascendencia en la resistencia, pero con lo silicatos

condiciona el fraguado violento actuando como catalizador, por lo que es necesario añadir yeso en el proceso (3%-6%) para controlarlo. Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que al reaccionar con estos produce sulfo aluminatos con propiedades expansivas por lo que hay que limitar su contenido.

Proceso del cemento vía húmeda.

Alumino ferrito tetracálcico (4CaO. Al2O3. Fe2O3= C4AF, Celita)

Tiene trascendencia en la velocidad de hidratación y secundariamente en el calor de hidratación.

Oxido de magnesio (MgO) Pese a ser un componente menor, tiene importancia pues para contenidos

mayores del 5% trae problemas de expansión de la pasta hidratada y endurecida.

Oxido de potasio y sodio (K2O,Na2O, álcalis) Tienen importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos

agregados y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencia con agregados calcáreos.

Oxidas de manganeso y titanio (Mn2O,TiO2) El primero no tiene significación especial en las propiedades del cemento,

salvo en su colocación, que tiende a ser marrón, si se tienen contenidos mayores al 3% se ha observado que en casos donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo.

El segundo influye en la resistencia, reduciéndola para contenido, superiores a 5%. Para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia.

En 1929 como consecuencia de una serie de investigación experimental el químico R.H.Bogue, establece las formulas que permiten el cálculo de componentes del cemento en base a conocer el porcentaje de oxido que contiene, habiendo sido asumidas como norma por ASTM C-150.

Los compuestos tienen la composición exacta. No es del todo cierto pues en la práctica tienen impurezas.

El equilibrio se obtiene a la temperatura del Clinker y se mantiene durante el enfriamiento.

LAS FORMULAS DE BOGUE PARA EL CALCULO DE LA COMPOSICION POTENCIAL DE LOS CEMENTOS

Cuando la relación de porcentajes de óxido de aluminio a óxido de fierro sea 0,64 o más, los porcentajes de silicato tricálcico, silicato dicálcico, aluminato tricálcico y alumino ferrito tetracálcico, deben calcularse a partir de los análisis químicos como se indica a continuación:

Silicato Tricálcico (C3S) = (4,071 x % CaO) – (7,600 x % SiO2) – (6.718 x % Al2O3) – (1,430 x % Fe2O3) – (2,852 x % SO3) – (5,188 x % CO2). (1)

Silicato Dicálcico (C2S) = (2,867 x % SiO2) – (0,7544 x % C3S).

(2)Aluminato tricálcico (C3A) = (2,650 x % Al2O3) – (1,692 x % Fe2O3).

(3)

Alumino ferrito tetracálcico (C4AF) = 3,043 x % Fe3O2. (4)

Cuando no sea utilizada la caliza en el cemento, el contenido de dióxido de carbono será considerado igual a cero para el cálculo del silicato tricálcico potencial

Cuando la relación de óxidos de aluminio/fierro es menor que 0,64, se forma una solución solida de ferro-aluminato cálcico, (expresado como ss (C4AF + C2F)). El aluminato tricálcico no estará presente en los cementos de esta composición. El silicato dicálcico será calculado como se señala en la ecuación (2). Los contenidos de esta solución sólida y del silicato tricálcico se debe calcular mediante las siguientes fórmulas:

ss(C4AF+C2F)=(2,100x%Al2O3)+(1.702x%Fe2O3). (5)

Silicato Tricálcico (C3S) = (4,071 x %CaO) – (7,600 x %SiO2) – (4,479 x %Al2O3) – (2,859 x %Fe2O3) – (2,852 x %SO3) – (5,188 x %CO2). (6)

Cuando no sea utilizada la caliza en el cemento, el contenido de dióxido de carbono será considerado igual a cero para el cálculo del silicato tricálcico potencial.

Cuando se utiliza caliza, el contenido de caliza en el cemento Portland será deducido de la determinación de CO2 en el cemento terminado. El análisis de CO2 estará basado en los métodos descritos en la NTP 334.086. El porcentaje de caliza en el cemento es calculado a partir del análisis de CO2 basado en el contenido de CO2 de la caliza utilizada.

El fabricante incluirá el contenido de CO2 y el contenido de caliza calculada del cemento el en informe de ensayo.

El contenido de caliza del cemento es calculado como sigue:

CONTENIDO DE CALIZA DEL CEMENTO PORTLAND

Por ejemplo: Donde el contenido determinado de CO2 en el cemento terminado es 1,5 % y

el contenido de CO2 de la caliza es 43 % (CaCO3 en la Caliza = 98 %).Entonces:

Esta NTP exige que la caliza a ser utilizada deba contener un mínimo de 70 % de CaCO3. En el informe del fabricante se incluirá el contenido de CaCO3 de la caliza.

Nota. Para verificar el contenido de caliza del cemento, el comprador debe analizar el contenido de CO2 y hacer una corrección por el contenido de CaCO3 en la caliza para que el dato sea comparable con el informe del fabricante.

Los cementos Portland que no contienen caliza pueden contener como línea de base de niveles de CO2 inherentes a la fabricación, por ejemplo, debido a la carbonatación. Esta línea de base del contenido de CO2 es incluida como parte de cualquier contenido de caliza calculado.