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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE EDIFICACIÓN GRADO EN EDIFICACIÓN
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES ARQUITECTÓNICAS Y SU CONTROL
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 2
CEMENTO
(Actualizada según la Instrucción para la recepción de cementos RC-16) Real Decreto 256/2016, de 10 de junio (BOE 153 de 25 de junio de 2016)
11ª EDICIÓN 2016
M. González Cortina Fco. J. Rodríguez Delgado A. Rodríguez Orejón M. Rodríguez Aybar C. Porras Amores
ASIGNATURA DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 2
Conceptos básicos:
El cemento es un conglomerante hidráulico, que amasado con agua, es capaz de fraguar y endurecer, tanto en presencia del aire, como bajo el agua, adquiriendo por ello consistencia pétrea.
En construcción su uso está muy generalizado, siendo su principal función la de "ligante".
Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos, aquellos que lleven como base el Clinker PÓRTLAND y el CEMENTO DE ALUMINATO DE CALCIO.
Fabricación del cemento de base Pórtland:
Materias primas:
La materia prima ideal para la fabricación del cemento, sería una roca que ya en estado natural poseyese la composición química necesaria para la obtención del Clinker de cemento Pórtland, pero dado que esto es extraordinariamente raro, hay que recurrir a la mezcla de rocas calizas y arcillas.
Las rocas calizas están formadas por CaCO 3 (Carbonato cálcico), más impurezas como el MgCO 3 (Carbonato Magnésico), estas rocas son las que aportan la cal.
Las arcillas son SiO 2 .Al 2 O 3 .H 2 O (Silicato de aluminio hidratado), con impurezas de hierro y otros, son los encargados de aportar la sílice, la alúmina y los ferritos.
Para corregir la dosificación hay que recurrir en multitud de casos a la aportación de algún material como son arenas silíceas, cenizas procedentes de la tostación de piritas y otros.
El clínker de cemento pórtland se obtiene por sinterización de una mezcla homogénea de materias primas (crudo, pasta o harina) conteniendo elementos, normalmente expresados en forma de óxidos, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 y pequeñas cantidades de otras materias.
CALIZA
ARCILLA
Molienda de Materias primas
Dosificación, mezcla y homogeneización
OBTENCIÓN DEL CRUDO
Clinkerización y Enfriamiento
OBTENCIÓN DEL CLINKER
Molienda del CLINKER
Otros componentes
Regulador de fraguado
CEMENTO PÓRTLAND
ESQUEMA GENERAL DE FABRICACIÓN DE LOS CEMENTOS DE BASE PÓRTLAND
El clínker de cemento pórtland es un material hidráulico que debe estar constituido al menos en dos tercios de su masa por silicatos de calcio [3CaO.SiO 2 ] y [2CaO.SiO 2 ], estando constituido el resto por fases del clínker conteniendo aluminio, hierro y por otros compuestos.
La relación en masa (CaO)/(SiO 2 ) no será menor de 2,0 y el contenido de óxido de magnesio (MgO) no excederá del 5,0 % en masa.
El contenido de aluminato tricálcico (C 3 A) del clínker de cemento pórtland utilizado en los cementos comunes resistentes a sulfatos de los tipos CEM I y CEM IV de la norma UNE-EN 197-1, y de los tipos CEM II, CEM III/A y CEM V/A de la norma UNE 80303-1, así como en los cementos resistentes al agua de mar de la norma UNE 80303-2, deberá cumplir los límites indicados en las tablas 4, 15 y 16, respectivamente.
Su cálculo deberá realizarse con la siguiente expresión: Si A/F > 0,64 C 3 A = 2,65 A – 1,69 F Si A/F < 0,64 C 3 A = 0
en la que A y F son los porcentajes en masa de Al 2 O 3 y Fe 2 O 3 , respectivamente, del clínker determinados de acuerdo con la norma EN 196-2.
Adicionalmente, el contenido de aluminado tricálcico y ferritoaluminato tetracálcico (C 3 A + C 4 AF) del clínker de cemento pórtland utilizado en los cementos resistentes a sulfatos y en los cementos resistentes a agua de mar de las normas UNE 80303-1 y UNE 80303-2, respectivamente, deberán cumplir los límites indicados para cada uno de ellos en las tablas 15 y 16.
El cálculo del ferritoaluminato tetracálcico se realizará con la siguiente expresión:
Si A/F > 0,64 C 4 AF = 3,04 F Si A/F < 0,64 C 4 AF = 4,77 A
Dosificación de materias primas:
Para la fabricación de cemento es preciso disponer de mezclas de materias primas cuya composición química, sean tales, que permiten obtener un Clinker con la composición deseada.
En la práctica, la composición del crudo (y también la del Clinker de cemento Pórtland) se designa y caracteriza mediante relaciones denominadas "índices" si es la relación entre componentes ácidos con relación a los básicos o "módulos" si es al revés.
Para el cálculo del contenido óptimo de cal del crudo, raramente se usa el llamado Módulo hidráulico.
Este módulo en los cementos Pórtland oscila entre 1,7 y 2,3. El tener un valor superior a 2, implica la existencia de cal libre (CaO), sustancia perjudicial para el cemento. Con módulos hidráulicos inferiores a 1,7 se obtienen cementos de muy bajas resistencias.
MH
CaO SiO Al O Fe O
2 +^ 2 3 + 2 3
Los molinos autógenos funcionan como los tubulares pero carecen de las bolas o cilindros de aceros, con estos molinos no se obtiene un grado de finura que permita alimentar al horno, se utilizan como molienda primaria.
Los molinos de rulos consisten en unos rodillos cónicos que ruedan sobre una bandeja horizontal en cuya superficie descansa el lecho del material que se muele.
Mezcla y homogeneización:
Antes de proceder a la molienda última del crudo se procede a realizar la mezcla de calizas, arcillas y otros correctores, antiguamente la homogeneización se conseguía con la molienda, en la actualidad se disponen unos silos donde se insufla aire a baja presión por la parte inferior para conseguir dicha homogeneización, siendo la homogeneización última el tomar el crudo del silo de distintas partes del mismo, con el fin de garantizar una mezcla con las mismas composiciones a lo largo del suministro al horno.
Clinkerización^1 ):
En los primeros tiempos los hornos que se utilizaban para la fabricación del cemento eran los hornos verticales, este tipo de horno presentaba un funcionamiento irregular, obteniéndose un material de baja calidad y producción escasa.
1) Se entiende por SINTERIZACIÓN un proceso térmico a tal temperatura que parte de los elementos se funden a líquido, mientras otros permanecen en estado sólido. La CLINKERIZACIÓN es la sinterización en el proceso de fabricación del Clinker de cemento Pórtland.
HORNO ROTATORIO DE CEMENTO
El horno rotatorio, permite la utilización de cualquier tipo de combustible: sólido, pulverizado, líquido o gaseoso y permite su utilización tanto para vía seca (la más utilizada en la actualidad) como para vía húmeda, la capacidad de producción de estos hornos está del orden de 5. T/día.
Procesos químicos, mineralógicos y físicos en la Sinterización de los crudos:
- SECADO DEL CRUDO (Hasta los 350º C). Se elimina el agua libre.
- CALENTAMIENTO (550º – 900ºC). Se elimina el agua químicamente combinada de las arcillas, y se descompone la arcilla en sus óxidos: SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 y se descompone el MgCO 3 en CO 2 y MgO.
- CALCINACIÓN (900º – 1.200ºC). Se descompone el CaCO 3 en CO 2 (se elimina con los gases de combustión) y CaO, y comienzan a reaccionar los distintos óxidos de la arcilla con el óxido de cal formándose primero y preferentemente los compuestos de menor contenido de cal.
SILICATO BICÁLCICO (belita) C 2 S FERRITOALUMINATO TETRACÁLCICO C 4 AF
Hasta esta fase es donde se consume mayor cantidad de energía, aproximadamente el 60% de la que se consume en el horno en todo el proceso.
- REACCIONES EXOTÉRMICAS (1.200º – 1.300ºC). En esta fase se producen reacciones exotérmicas, lo que provoca un intenso aumento de la temperatura. Se produce la fase sólida con la formación del SILICATO TRICÁLCICO C 3 S y del ALUMINATO TRICÁLCICO C 3 A.
- SINTERIZACIÓN O CLINKERIZACIÓN (1.300º – 1.450ºC). Se produce la fase líquida donde el C 4 AF y el C 3 A se funden a líquido mientras continúa formándose el SILICATO TRICÁLCICO (alita) C 3 S, que aparece como fase sólida.
- ENFRIAMIENTO (1.450º – 100ºC). Según se va enfriando el material aparecen unos nódulos esféricos de Clinker, la fase de enfriamiento es una de las más importantes ya que se debe realizar lo más rápidamente posible dado que de otra forma el C 3 S se puede descomponer en C 2 S y CaO (cal libre), este último compuesto no es deseable por su nocividad. Este enfriamiento brusco facilita la molienda del Clinker por la existencia de fisuras tensionadas, y da mayor estabilidad de volumen al cemento.
La atmósfera del horno debe ser oxidante (se debe introducir aire en el horno durante la cocción, pues de lo contrario se obtendría un cemento de fraguado más rápido y resistencias más bajas).
La Alúmina se combina con el ferrito y la cal formando el Ferritoaluminato Tetracálcico C 4 AF, que no aporta resistencias en la pasta de cemento hidratado, pero facilita la sinterización ya que actúa como un verdadero fundente, es el que da el color verdoso al cemento.
COMPONENTES PRINCIPALES
DENOMINACIÓN FÓRMULA QUÍMICA EXPRESIÓN ABREVIADA
% SOBRE EL PESO SILICATO TRICÁLCICO (alita) 3CaO.SiO 2 C 3 S 45 - 60 SILICATO BICÁLCICO (belita) 2CaO.SiO 2 C 2 S 20 - 30 ALUMINATO TRICÁLCICO 3CaO.Al 2 O 3 C 3 A 4 - 12 FERRITOALUMINATO TETRACÁLCICO 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 C 4 AF 10 - 20
COMPONENTES SECUNDARIOS
CaO ÓXIDO DE CAL C CAL LIBRE < 2 % MgO ÓXIDO DE MAGNESIO Mg MAGNESIA LIBRE Na 2 O ÓXIDO DE SODIO Na ALCALIS K 2 O ÓXIDO DE POTASIO K ALCALIS SO 3 TRIÓXIDO DE AZUFRE S AZUFRE PÉRDIDA POR CALCINACIÓN RESIDUO INSOLUBLE
Fraguado y endurecimiento del cemento Pórtland:
Al entrar en contacto el cemento con el agua se empieza a producir su hidratación, es un proceso continuo y se supone que se prolonga durante años.
Para analizar con facilidad ese proceso, se divide convencionalmente en dos fases a las que se conocen como Fraguado y Endurecimiento.
El fraguado se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido y se determina según la norma UNE-EN 196-3:2005+A1:2009 (Se explica en el tema métodos de ensayo).
El endurecimiento se caracteriza por un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas, comienza cuando acaba el Fraguado y su duración es de varios años.
En el cemento Pórtland el principio de fraguado debe comenzar después de 45 minutos.
Teorías sobre el fraguado y endurecimiento:
Hasta hace pocos años existían dos teorías sobre el fraguado y endurecimiento del cemento, una era la defendida por Le Chatelier (Teoría cristaloide) y la otra era la defendida por Michaelis (Teoría Coloide).
TEORÍA DE LE CHATELIER (Teoría cristaloide), consiste básicamente en:
Cuando se amasa cemento con agua, se produce una reacción de hidratación exotérmica (se desprende calor durante la reacción). Los constituyentes del cemento en contacto con el agua entran en disolución, en el orden del grado de solubilidad de los mismos, (Los constituyentes anhidros son más solubles que los hidratados). La solución se hace sobresaturada con relación a los constituyentes hidratados; y estos se separan por
cristalización, permitiendo la disolución de nuevos constituyentes anhidros, y así sucesivamente. Los cristales de forma acicular precipitados, se entrecruzan, dependiendo las propiedades mecánicas de la pasta endurecida de la cohesión interna de los cristales y de la adherencia entre ellos.
TEORÍA DE MICHAELIS (Teoría Coloidal), consiste en:
Aunque esta teoría admite la formación de cristales de Aluminato Tricálcico y de Cal, estos juegan un papel poco importante en el Fraguado y Endurecimiento.
Considera que los Silicatos Hidratados precipitan en forma de Gel, rellenando los huecos de los cristales, el endurecimiento del gel se produce por la cesión del agua a los componentes anhidros, existentes todavía en el cemento y así producir su hidratación.
TEORÍA ACTUAL
Los estudios realizados en los últimos años, demuestran que en el proceso de hidratación se producen una síntesis de las dos teorías anteriores:
La pasta de cemento recién amasada, está constituida por la mezcla íntima de granos de cemento anhidro, agua y generalmente aire ocluido.
En el grano de cemento anhidro, duro y vítreo, de tamaño comprendido entre 5 y 60 micras, penetra lentamente el agua. (Para darnos una idea de esta velocidad de penetración, ésta es de 0,5 micras en 24 horas, llegando a 5 micras en 90 días), disolviendo e hidratando los Aluminatos, Silicatos y Ferritos. En esta reacción química se desprende calor y precipitan partículas, que en circunstancias normales tienen un tamaño 1000 veces menor que el grano de cemento anhidro original, la velocidad de hidratación es función de la temperatura.
Estas partículas de cemento hidratado rodeadas de agua fuertemente unidas a ellas por adsorción forman el Gel.
HERMANS, Definió los geles como cuerpos que satisfacen las siguientes condiciones:
Son sistemas dispersos coherentes, de naturaleza coloidal de al menos dos componentes. (Un sistema disperso resulta de la distribución íntima de un cuerpo en el seno de otro, el de mayor proporción se denomina fase dispersante y el de menor proporción, fase dispersa).
Presenta las características mecánicas propias de los estados sólidos.
La fase dispersante y la fase dispersa se distribuyen uniformemente a través de todo el sistema.
Las partículas de la fase dispersa pueden ser:
Cristalina Amorfa
SILICATO TRICÁLCICO C 3 S (alita).
Es el componente que aporta las resistencias iniciales importantes y continuadas por bastante tiempo.
A los 28 días se ha hidratado ≈ 60%. Desprende 120 cal/g.
En la hidratación de este componente se forman silicatos cálcicos hidratados complejos, denominado TOBERMORITA e hidróxido de calcio [Ca(OH) 2 ] denominado portlandita.
6(3CaO.SiO 2 ) + 18H 2 O → 5CaO.6SiO 2 .5H 2 O + 13 Ca(OH) 2
SILICATO BICÁLCICO C 2 S (belita).
Aporta pocas resistencias inicialmente, pero notables a partir de 28 días. A largo plazo, el silicato bicálcico y tricálcico aportan iguales resistencias.
A los 28 días se ha hidratado ≈ 20%. Desprende 62 cal/g.
En la hidratación de este componente se forman silicatos cálcicos hidratados complejos ( TOBERMORITA ) e hidróxido cálcico (portlandita), desprendiendo menos portlandita que en la hidratación del C 3 S.
ALUMINATO TRICÁLCICO C 3 A.
Es el componente del clínker que antes termina su hidratación, debido a que esta reacción es muy rápida, casi instantánea; es por lo que se añade al clínker, en la fase de molienda del 3 al 5% de regulador de fraguado (RF) en forma de aljez (sulfato cálcico dihidratado), sulfato cálcico hemihidrato, anhidrita, o mezcla de los tres, para disminuir la solubilidad de los aluminatos anhidros, formando al hidratarse trisulfoaluminato tricálcico (3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 ), producto denominado Ettringita o Sal de Candlot.
Se hidrata entre 7 y 28 días en función de contenido de regulador de fraguado, y desprende 207 cal/g.
Su aportación de resistencias al cemento fraguado no es considerable.
3 CaO.Al 2 O 3 + 3(CaSO 4. 2H 2 O) + 26 H 2 O → 3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 .32H 2 O
Un volumen de C 3 A da 8 volúmenes de Ettringita.
FERRITOALUMINATO TETRACÁLCICO C 4 AF.
Tiene una acción débil y poco definida en el fraguado del cemento. Desprende 100 cal/g.
En el siguiente cuadro se resumen las características que aportan cada uno de los componentes principales al cemento en su hidratación.
Denominación Expresiónabreviada Composición química Productos que formaen su hidratación^ Propiedades que aporta en suhidratación
Silicato Tricálcico C 3 S 3CaO.SiO 2 TOBERMORITA portlandita Resistencias a corto plazo
Silicato Bicálcico C 2 S 2CaO.SiO 2 TOBERMORITAportandita Resistencias a largo plazo
Aluminato Tricálcico C 3 A 3CaO.Al 2 O 3 Ettringita Reacciona con el RF() Ferritoaluminato Tetracálcico C 4 AF 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 ---------- Da color al cemento () RF = regulador de fraguado (sulfato cálcico dihidrato, semihidrato y/o anhidrita)
CAL Y MAGNESIA LIBRE.
Forman sus respectivos hidróxidos, con aumento considerable de volumen.
Desprenden, 280 cal/g y 205 cal/g la cal y magnesia respectivamente, la existencia de estos compuestos en proporciones superiores a 2%, origina baja de resistencias por el aumento del volumen, que producen al hidratarse, siendo más perjudicial la magnesia porque se hidrata a más largo plazo.
Un volumen de CaO da aproximadamente 2 volúmenes de Ca(OH) 2.
OXIDO DE SODIO Y OXIDO DE POTASIO (álcalis del cemento)
El Na 2 O y K 2 O son álcalis, su existencia en el cemento no es deseada ya que pueden reaccionar con los áridos del tipo ópalos, dacitas (naturaleza silícea) o dolomías (carbonatos magnésicos) originando compuestos fuertemente expansivos en el hormigón en ciertas condiciones hidrotérmicas. Este tipo de reacción se denominan (árido-álcalis).
TRIÓXIDO DE AZUFRE
La existencia de trióxido de azufre no es deseada ya que en presencia de agua forma ácido sulfúrico que puede reaccionar con la Portlandita formando sulfato cálcico y este, a su vez, reaccionar con el aluminato tricálcico originando la ettringita, que es un compuesto expansivo que destruye el hormigón ya fraguado.
PERDIDA POR CALCINACIÓN
Con este nombre genérico se designa a aquellas sustancias que se eliminan al calcinar el cemento a una temperatura de 975º ± 25ºC hasta masa constante.
Dado que el clínker se ha obtenido a una temperatura de 1.450ºC, los únicos elementos que se podrán eliminar son:
- El agua combinada del Aljez (regulador de fraguado).
- El agua correspondiente a la humedad que pudiera haber absorbido el cemento.
Temperatura durante el fraguado.
Al igual que ocurre con el calor de hidratación, un exceso de temperatura durante el fraguado puede ocasionar los mismos daños que se han señalado en el apartado anterior.
En el entorno de 2ºC las reacciones de hidratación se ralentizan pudiendo llegar a detenerse sobre los 0ºC, por debajo de 0ºC existe el problema de congelación que puede ocasionar la rotura del elemento fraguado o a medio fraguar debido a la poca resistencia que posee el elemento recién fabricado.
Estabilidad de volumen.
Para la durabilidad del cemento es importante que el elemento realizado con este material sea lo más compacto posible, siendo deseable que la existencia de grietas, fisuras y coqueras sean las mínimas posibles, estas grietas, fisuras y coqueras pueden ser producidas por:
- Expansiones producidas por la hidratación de la cal libre y magnesia. El daño por la expansión originada en la hidratación de estos componentes se produce exclusivamente cuando el cemento ha endurecido, por este motivo se limita el contenido al 2% en el caso de la cal libre y del 5% en la magnesia. La hidratación de estos componentes durante la fase plástica de fraguado, favorece la colmatación de poros.
- Expansiones producidas por un aumento elevado de la temperatura durante el fraguado, produciendo perdida de agua por evaporación dando origen a la existencia de grietas (salida del agua) y coqueras. Igualmente esta expansión del material es producida por el principio general de que todos los cuerpos experimentan un aumento de volumen al incrementar la temperatura.
- La formación de grietas, fisuras y coqueras también se pueden producir por un exceso de agua de amasado, ya que el agua que no se combina, en algún momento se evapora, dejando coqueras y si el elemento no ha fraguado producirá grietas o fisuras.
- Retracciones térmicas producidas por cambios de temperatura.
Para obtener un elemento durable fabricado con cemento de base Pórtland, es necesario cuidar:
- Relación agua/cemento, cuanto más baja mejor, la trabajabilidad del material se puede conseguir con la utilización de plastificantes. Un cemento con un grado de finura alto, demandará mayor cantidad de agua produciendo un alto calor de hidratación, ocasionando la evaporación del agua.
- Cuidar el curado, evitando la perdida de agua por evaporación, debido a un alto incremento de la temperatura, bien por el calor de hidratación o debido a la temperatura existente.
Estabilidad química.
Todos los componentes principales hidratados del cemento de base Pórtland excepto el C 3 A tienen un buen comportamiento frente a ataques químicos. Ahora bien, en la hidratación del
C 3 S y del C 2 S se forma un compuesto denominado Portlandita que es hidróxido de calcio [Ca(OH) 2 ], el C 3 S forma más portlandita que el C 2 S, la portlandita tiene una gran avidez de reacción con otras sustancias, pudiendo formar compuestos expansivos, compuestos que ataquen al C 3 A, compuestos fácilmente solubles, incluso él mismo es un compuesto lixiviable^5 ), con la carbonatación de la portlandita se reduce el Ph del cemento.
Debido a todo esto la portlandita sería deseable proceder a fijarla para eliminar la facilidad de reacción y evitar su lixiviación, esto se consigue añadiendo puzolanas, cenizas volantes, humo de sílice o cualquier otro producto con características puzolánicas.
El C 3 A es fácilmente atacable por los sulfatos originando un compuesto expansivo denominado Ettringita o Sal de Candlot, esta formación es nociva si el material esta fraguado como veremos más adelante.
Ataque del cemento Pórtland endurecido por agentes físicos y químicos:
Agentes físicos. Los más destacados son:
- El hielo.
- Cristalización de sales.
La causa de su acción destructiva es la misma en ambos casos: fuerzas de expansión producidas en la cristalización del agua y las sales.
Para combatir estos fenómenos se recomienda hacer hormigones compactos y suficientemente ricos en cemento.
Agentes químicos. Las destrucciones de orden químico en el cemento ya endurecido puede deberse a tres causas principales:
1.- Gases contenidos en la atmósfera o en humos CO 2 , SO 2 , etc. 2.- Aguas puras, ácidas, selenitosas y marinas. 3.- Compuestos fluidos o sólidos de naturaleza orgánica (aceites, grasas, etc.).
1.- Gases contenidos en la atmósfera o en humos.
El dióxido de carbono (CO 2 ) contenido en la atmósfera reacciona con la portlandita dando como consecuencia de su carbonatación carbonato cálcico. Teniendo en cuenta que la portlandita origina la alcalinidad del cemento (pH ≥ 12) que protege las armaduras del hormigón de la corrosión, la carbonatación de ésta, formando CaCO 3 provoca una bajada del pH hasta 9, lo que origina la despasivación de las armaduras y su consecuente corrosión. Este ataque recibe el nombre de carbonatación.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3
5) LIXIVIACIÓN: Operación consistente en hacer que un disolvente atraviese una capa de materia pulverulenta para extraer uno o varios constituyentes solubles de la misma.
ESQUISTO CALCINADO ( T )
CALIZA ( L y LL ) HUMO DE SÍLICE ( D )
Clínker de cemento Pórtland (K) , que es un material hidráulico constituido por al menos dos tercios de su masa por silicatos cálcicos [3CaO.SiO 2 silicato tricálcico] y [2CaO.SiO 2 silicato bicálcico] estando constituido el resto por fases de Clínker, conteniendo aluminio (óxido de aluminio (Al 2 O 3 )), hierro (óxido de hierro (Fe 2 O 3 )) y otros compuestos, formando el aluminato tricálcico [3CaO.Al 2 O 3 ] y el ferrito aluminato tetracálcico [4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 ]. La relación en masa CaO/SiO 2 no será menor de 2,0 y el contenido de óxido de magnesio (MgO) no superará el 5% en masa.
Escoria granulada de horno alto (S) que es un material con hidraulicidad latente, es decir, que posee propiedades hidráulicas cuando se activa o reacciona de forma adecuada. La escoria granulada de horno alto debe estar constituida por, al menos, dos tercios en masa de la suma de CaO, MgO y SiO 2. El resto contiene Al 2 O 3 y pequeñas cantidades de otros óxidos.
La relación en masa (CaO+MgO)/SiO 2 de la escoria granulada de horno alto será superior a la unidad.
Materiales puzolánicos son compuesto formados fundamentalmente por SiO 2 (dióxido de silíceo reactivo) y Al 2 O 3 , conteniendo hierro y otros óxidos. El contenido de SiO 2 no será inferior al 25%.
Los Materiales puzolánicos no endurecen por sí mismo cuando se amasan con agua, pero finamente molidos y en presencia de agua reaccionan, a temperatura de ambiente, con el hidróxido de calcio disuelto (Ca(OH) 2 ) (portlandita), para formar silicatos y aluminatos de calcio capaces de desarrollar resistencia.
Puzolana natural (P) son por lo general materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias con composición química y mineralógica adecuada.
Puzolana natural calcinada (Q) son materiales de origen volcánico, arcillas, esquistos o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico.
Cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentadas con carbón pulverizado. Pueden ser de naturaleza silícea o calcárea. Las primeras tienen propiedades puzolánicas y las segundas pueden tener, además, propiedades hidráulicas.
La perdida por calcinación de las cenizas volantes en el tiempo de una hora no excederá del 5% en masa. Si presentan una pérdida por calcinación entre el 5 y el 7% deberán cumplir las exigencias particulares de durabilidad, principalmente en lo que concierne a la resistencia al hielo y compatibilidad con aditivos. El límite del 7% se deberá incluir en el envase y/o en los albaranes.
Cenizas volantes silíceas (V) son puzolanas artificiales formadas por polvo fino constituido esencialmente de partículas esféricas vitrificadas que presentan propiedades puzolánicas. Constan esencialmente de dióxidos de silíceo reactivo (SiO 2 ) y oxido de
aluminio (Al 2 O 3 ), el resto contiene óxido de hierro y otros compuestos. El óxido de calcio reactivo será menor del 10% y el óxido de cal libre menor del 1%.
Cenizas volantes calcáreas (W) constituido por polvo fino con propiedades hidráulicas y/o puzolánicas. Consta esencialmente de óxido de calcio reactivo (no menos del 10%), dióxido de silíceo reactivo y oxido de aluminio.
Esquisto calcinado (T) son productos obtenidos en un horno especial a temperatura de aproximadamente 800ºC, particularmente el bituminoso, finamente molido presenta propiedades hidráulicas como las del cemento Pórtland y propiedades puzolánicas. Están compuestos fundamentalmente por silicatos bicálcicos, aluminato monocálcico y dióxido de silíceo.
Caliza (L y LL) La piedra caliza, debe cumplir las exigencias siguientes:
Contenido de carbonato de calcio (CaCO 3 ) ............................ ≥ 75% en masa. Contenido de arcilla: adsorción de azul de metileno ................. ≤ 1,20 g/100 g. Contenido de carbono orgánico TOC (L) ............................ < 0,50 % en masa. Contenido de carbono orgánico TOC (LL) .......................... < 0,20 % en masa.
Actúa como retenedor de agua en el cemento.
Humo de sílice (D) consiste en partículas esféricas muy finas que contienen al menos el 85% en masa de dióxido de silíceo amorfo. Cumplirá las siguientes condiciones:
Pérdida por calcinación .......................................................... ≤ 4,0% en masa. Superficie específica (BET) ............................................................... ≥ 15 m^2 /g.
Para la molienda conjunta con clínker de Pórtland y regulador de fraguado, el humo de sílice puede estar en su estado original, compactado o granulado (con agua).
El humo de sílice se origina en la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos eléctricos de arco, para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio.
Todos los componentes principales del cemento pórtland a excepción del clínker de cemento pórtland, reciben el nombre genérico de ADICIONES o componentes adicionales y se pueden presentar, en la composición del cemento, en proporciones variables del 6% al 95% del peso, según el caso.
De ellos, excepto las escorias siderúrgicas de horno alto y las calizas, todos son adiciones puzolánicas (bien naturales o artificiales) cuya misión es reaccionar con la portlandita producida en la hidratación del cemento y así evitar que ésta reaccione con otros componentes nocivos para el cemento.
En el caso de que utilicen una combinación de los componentes adicionales, para fabricar un cemento, en la designación de este deberá figurar, entre paréntesis, las letras identificativas de los componentes empleados.
