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CEMENTOS
DEFINICIONES:
Cemento Pórtland: conglomerante hidráulico que amasado con agua es capaz de fraguar y endurecer tanto en presencia de aire como en contacto con el agua adquiriendo consistencia pétrea. O producto artificial obtenido por molienda conjunta de clinker y la cantidad adecuada de regulador de fraguado. Clinker: producto que se obtiene por cocción (hasta sinterización) de una mezcla suficientemente fina y homogénea de calizas y arcillas o de materias afines de composición idónea correctamente dosificadas. Sinterización: proceso al que sometemos a los compuestos químicos que determinan el cemento Pórtland a 1400/1450ºC. Regulador de fraguado: materiales naturales o artificiales que añadidos al clinker y molidos conjuntamente con él proporciona en los cementos un fraguado que cumple con lo indicado en la regla UNE correspondiente. Utilizamos como reguladores el algéz, semihidrato, anhidrita o una mezcla de ellos.
FABRICACIÓN DEL CEMENTO DE BASE PORTLAND:
Materias primas: la materia prima es la mezcla de rocas calizas y arcillas. CaCO +900ºC------ CO2+CaO
SiO .Al O .H2O+1000ºC-------- SiO +Al O +FeO
Esquema general de la fabricación de los cementos de base Pórtland.
1.Trituración y molienda: para que se produzca una cocción del crudo de forma adecuada es necesario que el tamaño de las partículas sea inferior a 0,2mm. Este tamaño se consigue en dos fases: 1ª fase-tamaño entre 80 y 20mm. 2ª fase-tamaño inferior a 0,2mm.
2. Dosificación de materias primas: en la práctica, la composición del crudo se designa y caracteriza mediante relaciones denominadas “índices” si es la relación de componentes ácidos con relación a los básicos o “módulos” si es al revés.
Para el cálculo de contenido óptimo de cal del crudo se usaba el modulo hidráulico.
En la actualidad se utiliza más el Standard de cal:
Con esta formula no queda cal libre.
La relación entre sílice y alúmina más ferritos se mide con el módulo silíceo:
La relación entre la alúmina y el óxido férrico se mide en el modulo de fundentes:
3.mezcla y homogenización: antes de proceder a la molienda última del crudo se procede a realizar la mezcla de calizas, arcillas y otros correctores, se disponen unos silos donde se insufla aire a baja presión por la parte inferior para conseguir dicha homogeneización.
Ya esta el crudo, que es la mezcla suficientemente fina y homogénea de materias primas calizas y arcillas.
4. clinkerización: El horno rotatorio permite la utilización de cualquier tipo de combustible y su utilización tanto para vía seca como para vía húmeda. La capacidad de producción de estos hornos está del orden de 5.000 T/día. - SECADO DEL CRUDO (hasta los 350º): se elimina el agua libre. - (^) CALENTAMIENTO (550-900º) Se elimina el agua químicamente combinada de las arcillas y se descompone el MgCO (impureza de la caliza) - CALCINACION (900-1200º) Se descompone la caliza en dióxido de carbono y en óxido cálcico y comienza a reaccionar con los distintos óxidos
FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND.
Para analizar la hidratación del cemento con facilidad se divide convencionalmente en dos fases a las que se conoce como Fraguado y Endurecimiento. El fraguado se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido. El endurecimiento se caracteriza como un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas, comienza cuando acaba el Fraguado y su duración es de varios años.
Teoría actual sobre el fraguado y el endurecimiento.
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 penetra lentamente el agua. Disolviendo e hidratando los aluminatos, silicatos y ferritos. Estas partículas de cemento hidratado rodeadas de agua fuertemente unidas entre ellas por adsorción forman el GEL. HERMANS, definió los geles como los cuerpos que satisfacen las siguientes condiciones: -son sistemas dispersos coherentes, de naturaleza coloidal de al menos dos componentes. -presenta las características mecánicas propias de los estados sólidos. -la fase dispersante y la dispersa se distribuyen uniformemente a través de todo el sistema. Las partículas de la fase dispersa pueden ser cristalinas o amorfas pero deben ser capaces de adherirse para formar un armazón abierto e irregular en el que se embeban las moléculas de la fase dispersante. El GEL del cemento hidratado en su fase líquida presenta TIXOTROPÍA, esto quiere decir que su estructura se puede destruir mecánicamente pero se vuelve a formar con el reposo, y es debido a que las fuerzas de cohesión son débiles pero existen un gran número de puntos de unión. En el cemento Pórtland el gel formado es esencialmente de TOBERMORITA , que es el gel formado por silicatos cálcicos hidratados complejos, en el caso del cemento Pórtland en un 75%.
HIDRATACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND:
En la hidratación tienen lugar procesos como: -reacciones químicas de hidratación y de hidrólisis. -procesos de disolución y cristalización. -procesos de ligazón debidos a las fuerzas de adherencia entre partículas. En el fraguado y endurecimiento influyen en la hidratación las siguientes variables: -temperatura del agua de amasado. -temperatura ambiente. -superficie específica del cemento, etc.
Con este ensayo lo que se trata de determinar es la posible adulteración del cemento con productos generalmente silicios, ahora bien, si se trata de sílice muy finamente molido en proporciones determinadas, beneficia en cuanto a la resistencia.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DURABILIDAD DEL CEMENTO:
Calor de hidratación. Las reacciones de hidratación del cemento, son exotérmicas, los componentes del cemento desprenden calor. El desprendimiento de calor es función de: -composición del cemento. -finura de molido. -relación agua/cemento. El aumento de temperatura puede ocasionar la evaporación del agua de amasado, dando lugar a grietas y coqueras, que harán un material atacable por otras sustancias y poco resistente. Para evitar esto se debe usar un cemento adecuado según el volumen del elemento a hormigonar y realizar un curado correcto.
Temperatura durante el fraguado. Un exceso de temperatura durante el fraguado puede ocasionar los mismos daños que se han señalado en el apartado anterior, es decir grietas y coqueras que hacen al material atacable y poco resistente.
Estabilidad de volumen. Para la durabilidad del cemento es importante que el elemento realizado con este sea lo más compacto posible, evitando las grietas, fisuras y coqueras que pueden ser producidas por: -expansiones producidas por la hidratación de la cal libre y magnesia. -expansiones producidas por un aumento elevado de la temperatura durante el fraguado. -por un exceso de agua de amasado, ya que el agua que no se combina se evapora dejando huecos. -reacciones térmicas producidas por cambios de temperatura.
Para obtener un elemento durable es necesario cuidar: -relación agua/cemento. -cuidar el curado.
Estabilidad química. Todos los componentes principales hidratados del cemento de base Pórtland excepto el aluminato tricálcico tienen un buen comportamiento frente a ataques químicos. Ahora bien, la portlandita tiene una gran avidez de reacción con otras sustancias, por esto seria deseable fijarla para eliminar la facilidad de reacción y evitar su lixiviación, esto se consigue añadiendo puzolanas, cenizas volantes. El aluminato tricálcico es fácilmente atacable por los sulfatos, originando un compuesto expansivo llamado ettringita, esta formación es nociva si el material está ya fraguado.
ATAQUE DEL CEMENTO PORTLAND ENDURECIDO POR AGENTES
FÍSICOS Y QUÍMICOS.
Agentes físicos: la acción destructiva de la cristalización del agua y las sales. Para combatir esto se recomienda hacer hormigones compactos y ricos en cemento. Agentes químicos: las destrucciones de orden químico en el cemento endurecido se deben a tres causas principales. -gases contenidos en la atmósfera o en humos. -aguas puras, ácidas, selenitosas y marinas. -compuestos fluidos o sólidos de naturaleza orgánica.
COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS CEMENTOS DE BASE PORTLAND.
- Clínker: (definición pagina 1)
- ESCORIA GRANULADA DE HORNO ALTO(S): Posee propiedades hidráulicas cuando se activa o reacciona de forma adecuada.
- MATERIALES PUZOLÁNICOS: formados fundamentalmente por dióxido de silicio, un mínimo de un 25%, y trióxido lumínico, conteniendo hierro y otros óxidos. En presencia de agua reaccionan, a temperatura ambiente, con el hidróxido de calcio disuelto para formar silicatos y aluminatos de calcio capaces de desarrollar resistencia.
- (^) PUZOLANA NATURAL(P).
- 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 alimentados con carbón pulverizado. Pueden ser de naturaleza silícea o calcárea.
- CENIZAS VOLANTES SILICEAS(V): Presentan propiedades puzolánicas.
- CENIZAS VOLANTES CALCÁREAS(W): propiedades puzolánicas y/o hidráulicas.
- (^) ESQUISTO CALCINADO(T).
- CALIZA(L y LL).
- HUMO DE SÍLICE(D). Componentes minoritarios. Sulfato de calcio. Regulador de fraguado. Aditivos.
CEMENTOS COMUNES
TIPOLOGÍA, DENOMINACIÓN Y DESIGNACIÓN
Cementos resistentes al agua de mar(MR).
Cementos de bajo calor de hidratación(BC). A la edad de cinco dias desarrollen un calor de hidratación igual o inferior a 272 kJ/kg (65cal/g).
CEMENTO DE ALUMINATO DE CALCIO CAC/R.
Procede de la fusión conjunta de rocas calizas y bauxita. El proceso que se utiliza siempre es por vía seca, una vez trituradas y molidas las materias primas se somete a muy altas temperaturas hasta que funda totalmente, el cemento líquido se vierte en lingoteras. Cuando el lingote se solidifica por enfriamieto, se tritura y muele, no siendo necesario añadir ningun tipo de adicion para regular el fraguado. Las prescripciones mecánicas, físicas de estos cementos se indican en la tabla siguiente:
La composición potencial del cemento de aluminato de calcio es la siguiente:
Principales: ALUMINATO MONOCÁLCICO, ALUMINATO BICÁLCICO, PENTALUMINATO TRICÁLCICO, TRIALUMINATO PENTACÁLCICO. Secundarios: SILICATO BICÁLCICO, SILICA ALUMINATO BICÁLCICO.
Los cristales que se forma en la hidratación son hexagonales, siendo estos metaestable al aumentar la temperatura y en ambientes húmedos se produce una conversión al sistema cúbico. En la conversión de los cristales des sistema hexagonal al cúbico se produce un incremento de porosidad, lo cual origina perdida de resistencias y facilidad para que en esta estructura porosa se produzca la corrosión de las armaduras. La ultima fase de degradación se produce al perder los compuestos hidratados partículas de agua y el hidróxido de aluminio puede reaccionar con el dióxido de carbono de la atmosfera bajando el PH.
DESIGNACIÓN DE LOS CEMENTOS:
Se designará por :
- tipo (I: cemento portland, II: cemento pórtland compuesto, III: cementos de hornos altos, IV: cementos puzolánicos, V: cemento compuesto)
- porcentaje de adición(A(bajo):6-20%, B(alto):21-55%)
- tipo de adición utilizada(S:, D, P, Q, V, W, T, L, LL)
- resistencia mecánica a compresión mínima a los 28 días de MPa(32,5, 42,5, 52,5)
- tipo de resistencia normal(N(resistencia inicial ordinaria), R(resistencia inicial elevada>20MPa))
- (^) referencia de la norma UNE-EN 197-1/2000.
A los cementos comunes se les antepondrá CEM.
Los cementos blancos se les designará sustituyendo CEM por BL-
El cemento para usos especiales se designará por las siglas correspondientes al tipo (ESP VI-1) seguidas de las relativas a la clase resistente.
Los cementos que presentan alguna característica adicional no llevara las siglas CEM, pero deberán añadir a su designación, separada por una barra, una de las siguientes siglas: -SR: resistente a los sulfatos. -BC: bajo calor de hidratación.
