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Tema 08: CEMENTOS
Materiales de Construcción I
Cementos. Antecedentes.
Bibliografía
Materias Primas-Clinker.
Proceso de Fabricación. Denominación.
Aditivos y Adiciones. Tipos de cementos.
Composición, propiedades y usos.
Normativa vigente.
Práctica de Laboratorio.
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Contenidos
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Bibliografía
- RC-03. Instrucción para la recepción de cementos
- Ministerio de Fomento. Propuesta de modificación de la instrucción
RC-
- JIMÉNEZ MONTOYA P. et Al. (14ª edición)– Hormigón Armado
- INTEMAC. Ejecución y control de estructuras de hormigón (2004).
- ORÚS ASSO, F. – Materiales de Construcción (1960)
- SORIA, F. - Estudio de Materiales, Conglomerantes Hidráulicos
- FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. – Hormigón
- EHE.- Instrucción de Hormigón estructural
- Ministerio de Fomento. Propuesta de modificación de la EHE.
- S.Chinchón Yepes y M.A Sanjuán Barbudo. El cemento Portland.
Fabricación y expedición.
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Antecedentes históricos
- Hasta el siglo XVIII. Yesos y Cales
- 1758 John Smeaton. Faro de Eddystone
- 1818 Vicat. Calcina una mezcla de caliza y arcillas molidas en húmedo
- 1824 Aspdin. Patenta el Cemento Portland
- 1845 Isaac Johnson. Sinterización de la mezcla
- 2ª mitad s. XIX. Se extiende el cemento con puentes, ferrocarriles, puertos
- A partir de 1900. Uso generalizado del cemento portland
- Actualmente el material de mayor consumo mundial Fernández Canovas : “ el cemento es el alma del hormigón ”
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El Cemento Pórtland
- Es un conglomerante hidráulico que se obtiene por molturación conjunta del clinker y piedra de yeso ( regulador de fraguado ).
- Entendiendo por clinker , aquel producto que se obtiene por calcinación hasta fusión parcial de mezclas muy íntimas de calizas y arcillas , de forma que se consiga la combinación prácticamente total de todos sus componentes.
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El Cemento Portland
El cemento: es un conglomerante hidráulico obtenido a
partir de materiales artificiales de naturaleza inorgánica y mineral que, finamente molidos y convenientemente amasados con agua, forman pastas que fraguan y endurecen a causa de reacciones de hidrólisis e hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables, tanto al aire como bajo el agua.
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Proceso de elaboración del Cemento Portland
- Dosificación de componentes
- Molienda conjunta
- Cocción
- Adición de regulador de fraguado
- Molienda conjunta
- Almacenamiento en silos
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Proceso de elaboración del Cemento Portland
CALIZA ARCILLA CORRECTORES (^) YESO ADICIONES TRITURADOR SECUNDARIO DOSIFICADOR Molino de bolas SILOS DE CRUDO DOSIFICADOR DE CRUDO HORNO ROTATORIO ENFRIADOR SILO HANGAR DOSIFICADOR DE CLINKER MOLINO DE CEMENTO EXPEDICIÓN SILOS EN SACOS
EXPEDICIÓN A GRANEL
COMBUSTIBLE SECADO MOLIENDA DOSIFICADOR DE COMBUSTIBLE
DOSIFICADOR DOSIFICADOR
MOLINO DECILINDROS
DOSIFICADOR DE YESO DOSIFICADOR DE ADICIONES
MOLINO
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Alita 59% Belita 19%
Felita 12%
Celita 10%
Principales compuestos que se producen en la Cocción
C 3 S – Silicato tricálcico– Alita
C 2 S – Silicato bicálcico– Belita
C 3 A – Aluminato tricálcico– Felita
C 4 FA – Ferroaluminato tetracálcico– Celita
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Principales compuestos
que se producen en la Cocción
- 3 CaO·SiO 2 – C 3 S – Silicato tricálcico– Alita Aporta resistencia inicial
- 2 CaO·SiO 2 – C 2 S – Silicato bicálcico– Belita Aporta resistencia a largo plazo
- 3 CaO·Al 2 O 3 – C 3 A – Aluminato tricálcico– Felita
Actúa como catalizador en las reacciones de los silicatos
- 4 CaO·Fe 2 O 3 ·Al 2 O 3 – C 4 FA – Ferroaluminato tetracálcico – Celita
Actúa como fundente en la cocción para hacer descender la temperatura de fusión y facilitar las reacciones
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Al objeto de evitar confusiones, deberemos
aceptar, ALITA y BELITA , aluminato tricálcico y
ferroaluminato tetracálcico.
Principales compuestos
que se producen en la Cocción
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MATERIAS PRIMAS
Crudo : Mezcla de materias primas necesaria para obtener un determinado tipo de cemento. La mezcla de crudo se pasa a un horno donde se realiza la cocción, dando como resultado el clínker. Clínker portland: Sinterización (fusión parcial que oscila de 1350ºC a 1450ºC) de una mezcla de caliza y arcilla.
Correctores : Se añaden en pequeña cantidad para ajustar la composición química del crudo, a fin de regular la temperatura de sinterización de la mezcla y la cristalización de los minerales. Piritas, arenas, bauxitas.
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La Cocción
Calcinación: 700-1100ºC Finaliza el proceso de disociación de los carbonatos y aparece gran cantidad de CaO libre Descomposición de los minerales arcillosos deshidratados en los óxidos ácidos Formación de CA, C 3 A y en parte C 2 S como resultado de estas reacciones que transcurren en estado sólido Reacciones exotérmicas: 1100-1250ºC Formación de C 3 A, C 4 AF y C 2 S como resultado de reacciones en estado sólido Aumento de temperatura muy intenso
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La Cocción
Clínkerización: 1300-1450-1300ºC
A 1450ºC fusión parcial del crudo y formación del principal componente mineralógico del clínker, el C 3 S. El producto consta esencialmente de cristales de C 3 S y C 2 S, cuya formación está prácticamente terminada, juntamente con un líquido que contiene CaO con casi toda la alúmina, óxido de hierro y de magnesio. Las fases aluminato y ferrito se forman fundamentalmente durante el periodo de enfriamiento.
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La Cocción
Enfriamiento: 1300-1000ºC
Termina la formación de la estructura y composición definitiva del clínker, formada por C 3 S, C 2 S, C 3 A y C 4 AF, la fase vítrea y los componentes secundarios Debe ser un proceso rápido y pasa de 1000 a 100ºC Si es lento se puede invertir el sentido de las reacciones El C 3 S se puede disolver en la fase líquida por lo que disminuyen las resistencias mecánicas del cemento Fraguados más rápidos debido a la mayor cantidad de C 3 A formado Posibles inestabilidades de volumen debido a la cristalización de MgO
Traslado del clínker a los silos de
almacenamiento del clínker
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La Molienda Final
Es importante la finura de molido
Más finura de molido implica Más velocidad de fraguado Más calor de hidratación Más necesidad de agua para fraguar Más retracción Pasta más dócil
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La Molienda Final y ensilado
• Se realiza en molinos de bolas
• Se muele conjuntamente el clínker y el regulador de
fraguado ( 3-5% en peso de yeso ) y al material resultante se le llama cemento
• Hay que controlar la temperatura para evitar la
deshidratación parcial o total del yeso que provocaría el fenómeno de falso fraguado.
• Se pueden añadir:
- coadyuvantes de la molienda
- aditivos
- adiciones
• Una vez molido se almacena en silos para su enfriamiento
(sale a 80-120ºC) y para permitir la hidratación de la cal libre por la acción de la humedad del aire y del agua del yeso
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El Falso Fraguado
• Agarrotamiento prematuro de la masa
- En los primeros 5 minutos de amasado
• Causa?
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Alita Belita Felita Celita
Calor de Hidratación
en cal/g
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Principales compuestos que se
producen al Fraguar
- CaO·SiO 2 ·2,5H 2 O – Silicato cálcico hidratado - Tobermorita
- Proviene de la alita y de la belita
- 4 CaO·Al 2 O 3 ·12H 2 O – Aluminato tetracálcico hidratado
- CaO·H 2 O – Hidróxido de cal - Portlandita
- Proviene de la reacción de la alita y la belita
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El Curado
- Tomar medidas para garantizar que al
cemento no le falte agua
- Cubrición o sellado de las superficies para evitar la evaporación
- Regado o inmersión en agua para aportar la que pueda faltar.
CURADO
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Los Cambios Volumétricos
- Entumecimiento
- Por hidratación de la cal viva, la magnesia y los yesos
- Retracción plástica
- Por evaporación superficial
- Siempre en los primeras horas
- Retracción hidráulica
- Por reacción interna y evaporación del agua sobrante
- Retracción térmica
- Por contracción al descender la temperatura
- Retracción de carbonatación
- Carbonatación del hidróxido cálcico
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La Temperatura
- El cemento no fragua por debajo de 5ºC
- Cuanto más alta es la temperatura más se
acelera el fraguado.
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Factores de Degradación del Cemento
Endurecido
- Aguas muy Puras y Aguas Ácidas
- Disolución y arrastre de la cal
- Ácidos orgánicos
- Aceites, grasas, nitratos
- Sulfatos
- Formación de compuestos expansivos (sal de Candlot
- Álcalis enérgicos
- Reaccionan con las fases ácidas del cemento
- Gases y Polución Atmosférica (CO 2 , SO 2 )
- Reaccionan con las fases básicas
- Carbonatación
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Clasificación cementos comunes
CEM = Cementos portland comunes
- Subgrupos A = Alto contenido en clínker B = Bajo contenido en clínker C = Muy bajo contenido en clínker
- Clases resistentes para uso estructural - 32.5N y 32.5R - 42.5N y 42.5R - 52.5N y 52.5R - R = Alta resistencia inicial - N = Resistencia inicial normal - Adiciones - S = Escoria de horno alto - D = Humo de sílice - P = Puzolana natural - Q = Puzolana natural calcinada - V = Cenizas volantes silíceas - W = Cenizas volantes calcáreas - T = Esquistos calcinados - L = Caliza - LL = Caliza - M = mixto - Características adicionales - BC = bajo calor de hidratación - MR = Resistentes al agua de mar - SR = resistentes a los sulfatos
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- Subgrupos A = Alto contenido en clínker B = Bajo contenido en clínker C = Muy bajo contenido en clínker
- Clases resistentes para uso estructural. - 32.5N y 32.5R - 42.5N y 42.5R - 52.5N y 52.5R - R = Alta resistencia inicial - N = Resistencia inicial normal - L= Baja resistencia inicial - Adiciones - S = Escoria de horno alto - D = Humo de sílice - P = Puzolana natural - Q = Puzolana natural calcinada - V = Cenizas volantes silíceas - W = Cenizas volantes calcáreas - T = Esquistos calcinados - L = Caliza - LL = Caliza - M = mixto - Características adicionales - LH= bajo calor de hidratación - MR = Resistentes al agua de mar - SR = resistentes a los sulfatos
Propuesta modificación RC-03 – Tipos de cementos
CEM = Cementos portland marcado CE
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Designación de Cementos Comunes
Con carácter general, los cementos comunes se designarán: Primeramente con la sigla CEM , seguida de un número romano que indica si se trata de un cemento portland puro o con adiciones, seguido de una (/) con la letra que corresponda al tipo de cemento , seguida de la clase de resistencia y finalizando con la referencia a la norma. El cemento portland se designará con las siglas CEM I, seguidas de la clase de resistencia (32,5-42,5-52,5), y de la letra ( R) si es de alta resistencia inicial o de la letra ( N) si es de resistencia normal. Estos cementos finalizarán con la referencia UNE-EN197- En la propuesta de modificación además “L”(baja resistencia inicial) y “LH” (bajo calor de hidratación)
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Designación de Cementos Comunes
Con carácter general, los cementos comunes se designarán:
Primeramente con la sigla CEM , seguida de un número romano que indica si se trata de un cemento portland puro o con adiciones, seguido de una (/) con la letra que corresponda al tipo de cemento , seguida de la clase de resistencia y finalizando con la referencia a la norma.
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Designación de Cementos Comunes
Con carácter general, los cementos comunes se designarán:
El cemento portland se designará con las siglas CEM I, seguidas de la clase de resistencia (32,5-42,5-52,5), y de la letra (R) si es de alta resistencia inicial o de la letra (N) si es de resistencia normal. Estos cementos finalizarán con la referencia UNE-EN197- En la propuesta de modificación además “L”(baja resistencia inicial) y “LH” (bajo calor de hidratación)
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Designación de Cementos Comunes
Con carácter general, los cementos comunes se designarán:
Los cementos portland con adiciones se designarán con CEM II , seguidas de una (/) y de la letra que indica el sub- tipo ( A o B ), separada con un( -) se pondrá la letra que caracteriza la adición: S o D o P o Q o V o W o T o L o LL o M. A continuación se indicará la clase de resistencia ( 32,5-42,5-52,5 ) seguida de la letra ( R ) si es de alta resistencia inicial o de la letra ( N ) si es de resistencia normal. Estos cementos finalizarán con la referencia UNE- EN197-1.
En la propuesta de modificación además “L”(baja resistencia inicial) y “LH” (bajo calor de hidratación)
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Designación de Cementos Comunes
Con carácter general, los cementos comunes se designarán:
- Los cementos compuestos se designarán con la sigla CEM V , seguido de una ( /) con la letra que indica el sub-tipo ( A o B ), se indicará además, entre paréntesis, las letras identificativas de los componentes empleados como adición. A continuación se reflejará la clase de resistencia ( 32,5- 42,5-52,5 ), y seguidamente la letra ( R) si es de alta resistencia inicial o de la letra ( N ) si es de resistencia normal. Estos cementos finalizarán con la referencia UNE- EN197- En la propuesta de modificación además “L”(baja resistencia inicial) y “LH” (bajo calor de hidratación)
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Designación de Cementos. Ejemplos..
- CEM I 52,5 R UNE-EN 197-1:
- CEM II/A-LL 42,5 N UNE-EN 197-1:
- CEM II/A-L 32,5 N-LH UNE-EN 197-
- CEM II/B-P 32,5 N UNE-EN 197-1:
- CEM II/A-M (S-Q-T) 42,5 N UNE-EN 197-1:
- CEM III/C 42,5 N UNE-EN 197-1:
- CEM III/B 32,5 L-LH UNE-EN 197-
- CEM IV/B (D-P) 32,5 N UNE-EN 197-1:
- CEM V/A (P-V) 42,5 R UNE-EN 197-1:
- VLH III/B (S)22,5 L-LH UNE-EN 197-
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Con carácter general, los cementos de Albañilería:
- Estarán formados por clinker pórtland, constituyentes inorgánicos y, en algunos casos y aditivos. Los constituyentes inorgánicos admisibles para su empleo en la fabricación de los cementos de albañilería son los siguientes: - Materias primas empleadas en el proceso de fabricación de clinker, o productos resultantes de dicho proceso. - Cales hidráulicas, o cales hidratadas, UNE-EN 459-1:2002. - Otros constituyentes descritos en UNE-EN 197-1:2000. - Pigmentos inorgánicos descritos en UNE-EN 12878:2000. - Otros materiales de origen mineral.
Cemento de Albañilería
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- Los aditivos no deberán favorecer la corrosión de los metales embebidos, ni alterar las propiedades, incluido el comportamiento frente al fuego, del mortero fabricado a partir del cemento de albañilería.
- En los cementos de albañilería, se emplean agentes aireantes con el fin de mejorar su docilidad y durabilidad. Sin embargo se limita el contenido de aire con el fin de asegurar una buena adherencia.
Cemento de Albañilería
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Designación de los Cementos de Albañilería
Los cementos de albañilería se designarán con la sigla MC , seguidas de la clase de resistencia ( 5-12,5-22,5 ). A
los tipos MC 12,5 y MC 22,5 se les añadirá X (sin aditivo
aireante).
En la propuesta cuando se le aplique la letra X la
designación comenzará con la referencia norma EN 413-1.
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- CEM II
- En general, los pertenecientes a una misma categoría resistente, son equivalentes desde el punto de vista de su utilización práctica, a efectos estructurales
- A efectos de durabilidad (resistencia química excepto corrosión de armaduras), calor de hidratación, retracción y fisuración, o tratamientos higrotérmicos, y a igualdad de todo lo demás, en principio serán preferibles los CEM II a los CEM I a no ser que éstos tengan alguna característica especial ( BC, SR y/o MR, baja retracción etc.)
- Para elementos o estructuras pretensadas serán preferibles los CEM I, CEM II/A-D, CEM II/A-P, CEM II/A- V o CEM II/A-M (V-P)
RC-03 y 0- RC-03. Aplicación-recomendación de uso
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- CEM IV
- Obras de hormigón en contacto con aguas agresivas de cualquier naturaleza.
- Hormigonado en grandes masas en las que interese evitar la retracción térmica.
- Por tanto, especialmente indicados para hormigón de presas (prácticamente obligado su uso) y de ciertas cimentaciones de hormigón armado (SR O MR preferentemente Los tipos A).
- Particularmente bien en el caso forzado de tener que usar áridos reactivos con los álcalis del cemento Pórtland.
- Cementos para firmes de carreteras, de puertos y de aeropuertos en suelocemento, gravacemento y hormigón compactado.
RC-03 y 0- RC-03. Aplicación-recomendación de uso
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- CEM V
- Estabilizaciones de suelos.
- Hormigonado en grandes masas en las que interese evitar la retracción térmica o hormigón en masa.
- Por tanto, especialmente indicados para hormigón de presas (prácticamente obligado su uso) y de ciertas cimentaciones masivas (suelocemento, gravacemento y hormigón compactado).
- Pavimentos de hormigón vibrado siempre en la tipología B.
- Son menos vulnerables que los Pórtland frente a acciones químicas agresivas en general, y en particular frente a las de aguas puras, carbónicas agresivas, ligeramente ácidas y de mar.
RC-03 y 0- RC-03. Aplicación-recomendación de uso
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- Cemento de Albañilería
- Se emplean únicamente en trabajos propios de albañilería clase de resistencia (5, 12,5 y 12,5X) y en la realización de morteros de albañilería clase de resistencia (22,5X ó BL 22,5X).
- Estos cementos no precisan la realización de ensayos de identificación según la norma UNE-EN 413 -1.
RC-03 y 0- RC-03. Aplicación-recomendación de uso
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RC-03 Clasificación cementos comunes Cementos con características adicionales
- Tipos
- MR = Resistentes al agua de mar
- SR = resistentes a los sulfatos
- BC = bajo calor de hidratación
- Subgrupos A = Alto contenido en clínker B = Bajo contenido en clínker C = Muy bajo contenido en clínker
- Adiciones para MR y SR
- S = Escoria de horno alto
- D = Humo de sílice
- P = Puzolana natural
- V = Cenizas volantes silíceas
- Orden de designación
- (SR o MR) y en el caso de ser de (BC) colocarlo posteriormente.
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Modificación de RC-03 - Tipos de cementos sujetos al real decreto 1313/
- Tipos
- MR = Resistentes al agua de mar
- SR = resistentes a los sulfatos
- BC = bajo calor de hidratación
- LH= bajo calor de hidratación en la propuesta
- Subgrupos A = Alto contenido en clínker B = Bajo contenido en clínker C = Muy bajo contenido en clínker - Adiciones para MR y SR - S = Escoria de horno alto - D = Humo de sílice - P = Puzolana natural - V = Cenizas volantes silíceas - Orden de designación - En el caso de ser de (LH) colocarlo inicialmente y posteriormente (SR o MR).
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Designación de Cementos con Características Adicionales
Con carácter general, los cementos con características Adicionales se designarán:
Se designarán de igual forma que los cementos comunes omitiendo el prefijo CEM seguido de una (/) y de las siglas que identifican la característica adicional ( SR-MR-BC ). En estos cementos, la designación finalizará con la referencia a la norma UNE correspondiente indicada en el artículo 3. En el caso de un cemento que además de poseer las características SR o MR, también sea (BC), se incluirán unas siglas a continuación de las otras expresadas en este orden: primero SR o MR y después BC.
