MATERIALES Y PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN CR-342 Ing. Doris A. Roca De La Cruz Richard Alex Oscco Peceros.

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1 MATERIALES Y PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN CR-342 Ing. Doris A. Roca De La Cruz Richard Alex Oscco Peceros

2 CAPITULO III: EL CEMENTO

3 INTRODUCCION  El avance que ha tenido en el último 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 eso que se hace necesario conocer y manejar sus bondades en beneficio de obtener mezclas económicas y de buen desempeño.

4 CEMENTO  El cemento es un compuesto formado por la pulverización conjunta de clinker y otros materiales anhidros, que posee propiedades hidráulicas.  El cemento natural es un compuesto formado por la pulverización de calizas y arcillas naturales, calcinadas. Tiene propiedades intermedias entre las cales hidráulicas y el cemento Portland  El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

5 CEMENTO El cemento Portland es un producto artificial que se obtiene de la transformación de una materia prima que puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales o simplemente calizas. Esta materia prima finamente molida y homogenizada es llevada a altas temperaturas (1 400°-1 450°C) a través de un horno de donde se obtiene un producto intermedio denominado Clinker. Este producto al molerse finamente con yeso (S04Ca) en un porcentaje alrededor de 3% en peso de yeso produce el cemento

6 QUE ES EL CLINKER como ya hemos mencionado, el Clinker es una mezcla mineralógica sometida a altas temperaturas. Los materiales minerales por los que esta formado son los siguientes:  Las calizas: Rocas de origen sedimentario muy comunes en la naturaleza. Compuestas, en su mayor parte ( 60% ) de carbonato cálcico. Al calcinarse (por someterla a altas temperaturas) da como producto el óxido de calcio e impurezas como arcillas, sílice, dolomitas.... La mayoría de las calizas pueden emplearse para producir Clinker, pero aquellas muy ricas en magnesio deben ser descartadas.

7 COMPOSICIÓN DEL CLINKER  Silicato tricálcico: Su contenido puede variar entre el 40y 65%. Cuando es más alto las resistencias iniciales serán más altas también (a los 3 y 7 días), incrementándose el calor de hidratación que llega hasta 380 J/g a los 28 días.  Silicato bicálcico: Junto con el anterior, conforman los componentes mayoritarios y principales del clinker y determinan las características de comportamiento de las resistencias a la compresión. La suma de C3S más C2S debe variar entre 70 al 75% del total de la composición del clinker.

8 COMPOSICIÓN DEL CLINKER  Aluminato tricálcico: Su contenido puede variar entre 7 y 15%. Su efecto con relación a las resistencias a la compresión es de aumentarlas a la edad inicial de 24 horas y 3 dias. En ausencia del yeso, la reacción del C3A con el agua es muy violenta y conduce al endurecimiento inmediato de la pasta. Desarrolla una gran velocidad de hidratación y su calor de hidratación es muy elevado, llegando hasta 1380 J/g a los 28 días.  Ferro-aluminato tetracálcico: Puede estar presente en un orden de 4 a 15%. No contribuye a la resistencia y su calor de hidratación llega a 495 J/g a los 28 días.  Carece de propiedades hidráulicas.

9 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO Dentro de los cementos Portland comunes se reconocen cinco tipos, dependiendo cada uno de su uso específico. Ellos son:  Tipo I - Se trata de un cemento normal y se obtiene tras mezclar el clinker con el yeso. Se usa generalmente en las obras de ingeniería.  Tipo II - Nos encontramos ante un cemento modificado. Su acción es moderada a la resistencia de los sulfatos y es conveniente emplearlo cuando demandamos calor un tanto moderado de hidratación. Dicho cemento va adquiriendo resistencia con más lentitud que el nombrado anteriormente, finalmente lo iguala y, por lo tanto, obtiene la misma resistencia. Es empleado frecuentemente en alcantarillados, tubos y zonas industriales.

10 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO  Tipo III - Tal cemento consta de una elevada resistencia inicial y es tremendamente recomendable cuando necesitamos una resistencia acelerada. En un caso en concreto y en lo que a la construcción se refiere. El hormigón Portland realizado con el cemento tipo 3 aumentará increíblemente la resistencia al compararlo con el tipo 1 y el 2. Hay que tener presente que el cemento tipo 3 incrementa la resistencia inicial a niveles muy altos.  Tipo IV - Tiene un bajo calor de hidratación y tal suceso se consigue si limitamos los compuestos que más pueden influir, es decir, C3A y C3S. Dicho cemento gana resistencia lentamente. Se utiliza habitualmente en grandes obras, presas y túneles.

11 CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO  Tipo V - Una de las caracteristicas del cemento Portland tipo 5 es su resistencia a la acción de los sulfatos, por tanto, lo emplearemos en estructuras hidráulicas y plataformas marinas. ( revestimiento de túneles o canales de ciertas minas e hidroeléctricas). ¿Cómo lograremos la resistencia al sulfato? Lógicamente al minimizar el contenido C3A, ya que dicho compuesto es muy susceptible a lo que se refiere al sulfato.

12 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS Son cementos hidráulicos a los que se les ha añadido materiales de adición. Consisten en una mezcla íntima y uniforme producida por la molienda conjunta del clinker con los materiales de adición y el yeso. Se presentan dos tipos principales:  Cementos Portland de Escorias (Is) El cemento Portland de escoria (Is) tiene los mismos usos del Tipo I, especialmente en obras de concreto armado subterráneo, obras en aguas agresivas y todo tipo de obras hidráulicas, igualmente para pavimentos y estabilización de suelos

13 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS  Cemento Portland Puzolánico (Ip) Estos cementos están reemplazando a los cementos Potland normales debido no solamente a sus mejores características, sino también porque son una solución al alto consumo energético que se emplea en la fabricación del clinker. Se pueden encontrar: Ip con una adición de puzolana entre 15 y 45% IPM con una adición de puzolana menor de 15%

14 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA 1.- Pasa del crudo a la torre pre calentadora donde ocurre el proceso de descarbonización. ( CaCO3 CaO + CO2)

15 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA 2. Pasa de la mezcla al horno rotatorio de cemento ( temperaturas entre 1400°C y 1550°C) donde se da proceso de clinkerización.

16 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA 2. Pasa de la mezcla al horno rotatorio de cemento ( temperaturas entre 1400°C y 1550°C) donde se da proceso de clinkerización.

17 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA Primero se genera monosilicato de calcio con el oxido de calcio produciendo de la descarbonización y demás minerales de las materias primas (óxidos de sílice y aluminio). 3CAO + + (. ) +. Posteriormente se genera una fijación de cal por el silicato de calcio y el aluminato de calcio con formación de Aluminoferrita de tetracalcio (C4AF)

18 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA 3. Adición de yeso (para mejorar contracción y resistencia) y otros aditivos al Clinker y posterior molienda

19 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA 4. Salida de cemento (dp = 45um) empacar y almacenar.

20 PROPIEDADES DEL YESO POR VÍA SECA ARCILLA MOLIENDA Y CERNIDO TRITURACION PREVIA HORNOS SILOS DE CLINKER SECADORA ADICIÓN DE YESO SILOS DE CEMENTO ALMACÉN MERCADO A DOSIFICACIÓN SILO DE MEZCLA MEZCLADO Y MOLIENDA SILOS CARBÓN MINERAL DESECADO MOLIENDA ENVASADO BASCULA CALIZA TRITURACION PREVIA SECADORA BASCULA

21 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de alto contenido en humedad. El material de alimentación se prepara mediante molienda conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido de agua de un 30-40% que es alimentada en el extremo mas elevado del horno de Clinker. Algunas de sus ventajas : - La alimentación al horno se dosifica de manera más uniforme que en los procesos de vía seca. - Las pérdidas de polvo son normalmente pequeñas. - Los gases abandonan el horno a temperaturas relativamente bajas. - No es necesario el consumo adicional de calor en la molienda del crudo. - No presentan problemas con crudos que tienen un alto porcentaje de álcalis.

22 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA 1. Se envía la arcilla a silos donde se purifica con agua, posteriormente se mezcla con la demás materia prima formando un lodo.

23 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA 2. Paso al horno de extracción de humedad y proceso de descarbonización, posterior a ellos se da el paso al horno rotatorio donde ocurren las reacciones ya mencionadas de clinkerización.

24 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA 3. Adición de yeso (para mejorar contracción y resistencia) y otros aditivos al Clinker y posterior molienda

25 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA Salida de cemento (dp = 45um) empacar y almacenar.

26 FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HUMEDA ARCILLA AGUA BASCULA DECANTADOR CALIZA TRITURACIÓN PREVIA BASCULA A CODIFICACIÓN MEZCLADO Y MOLIENDA SILO DE MEZCLA SIGUE IGUAL QUE POR VÍA SECA

27 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 1. Peso Específico: Varía entre 2,9 a 3,15 Se puede determinar utilizando frascos llamados Volumenómetros, como el de Chatelier-Candlot, o el de Chapman. Como líquido para la prueba se emplea kerosene, bencina o parafina líquida. Cementos Nacionales Pesos específicos (g/cm 3 ) Andino tipo I 3,15 Andino tipo II 3,11 Chilca 3,08 El sol 3,10 Pacasmayo 3,11 Rumi 3,10 Yura 3,16

28 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 2. Finura de molido: Tiene mucha importancia que el cemento tenga gran finura por favorecer sus propiedades, porque reacciona químicamente con el agua sólo en la superficie de los granos, y cuantos más pequeños sean estas más superficies ofrecen, no quedando núcleos inertes en su interior. Los granos de cemento se hidratan sólo en una profundidad de 0,01 mm, por lo tanto, todo grano mayor de 0,02 mm contendrá en su interior un núcleo inerte que hará el mismo efecto que si fuera arena.

29 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 3.- Tiempo de Fragua: Se pueden distinguir dos periodos: Principio del fraguado: es el tiempo transcurrido desde que se vierte el agua de amasado hasta que la pasta pierde parcialmente la plasticidad. Final del fraguado; es el tiempo transcurrido desde que se empezó a amasar hasta que adquiere consistencia de resistir cierta presión.

30 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 4.- Estabilidad de Volumen: El cemento, una vez amasado, debe conservar la forma que se le ha dado con el objeto de que la obra ejecutada no se destruya. La expansión del cemento se cree es debida a una lenta hidratación de alguno de sus componentes después del fraguado. Se atribuye a una dosificación excesiva de cal, magnesia o sulfatos.

31 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 5.- Calor de hidratación: Es el calor expresado en cal/g desarrollado por la reacción química de hidratación de un cemento; comienza con la fragua inicial. Cementos de elevado calor de hidratación manifiestan fenómenos de contracción térmica, sobre todo en obras de grandes masas. Se puede medir: Con el método del termo o vaso de Decuard: se amasa una cantidad de cemento, y se introduce en una botella donde se aprecia la elevación de temperatura con un termómetro muy sensible.

32 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO Con el método adiabático: consiste en introducir en un calorímetro una cantidad amasada de cemento y se mantiene a la misma temperatura que la muestra a medida que se hidrata; se registra luego la temperatura en función del tiempo.

33 PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO 6.- Contenido de aire: Es el aire retenido en las pastas y morteros de cemento; se expresa en porcentaje del volumen total. 7.- Resistencias Mecánicas: La calidad de un cemento se aprecia por la resistencia que es capaz de desarrollar una vez endurecido. Se debe a la cohesión de los granos de cemento y a la adherencia a los elementos que se le agregan: arena, grava, etc.

34 PROPIEDADES QUIMICAS DEL CEMENTO 1.- Contenido de Oxido de Magnesio: Es la cantidad de magnesio contenida en el cemento y determinada como óxido de magnesio; influye en los cambios volumétricos de morteros y concretos. 2.- Contenido de anhídrido sulfúrico: Es el contenido de yeso natural adicionado al clinker pulverizado, determinado como sulfato de calcio y expresado como anhídrido sulfúrico, el cual actúa como regulador de fraguado.

35 PROPIEDADES QUIMICAS DEL CEMENTO 3.- Perdida por calcinación: Es la pérdida en peso de una muestra de cemento sometida a una temperatura entre 950°C y 1 000°C. Refleja el grado de hidratación del cemento. Las pérdidas al fuego están dadas esencialmente por los volátiles existentes en el cemento, y permiten apreciar el contenido de agua de cristalización y de constitución, así como también algunos álcalis (en pequeña proporción). Permite detectar además algunos constituyentes orgánicos que pueden disminuir la calidad del cemento.

36 PROPIEDADES QUIMICAS DEL CEMENTO 4.- Residuo insoluble: Es la materia, inerte de una muestra de cemento, que no es atacada por una solución diluida de ácido clorhídrico sometida a calentamiento cerca a la ebullición. Refleja el contenido de las impurezas de los cementos Portland puros, con excepción del cemento Portland puzolánico.

37 PROPIEDADES QUIMICAS DEL CEMENTO 5.- Contenido de álcalis: Los álcalis pueden estar presentes en estado de sulfatos o carbonatos en pequeñas proporciones, sin embargo, es importante que no sobrepasen el 0,9% a fin de evitar cualquier posible reacción con los agregados sensibles a su acción, así como también preservar la velocidad de fraguado, ya que un contenido alto de álcalis podría acelerar o retardar el fraguado según las circunstancias.

38 PRINCIPALES APLICACIONES DEL CEMENTO PORTLAND I -Se le utiliza principalmente en la construcción de edificaciones de mediana y gran envergadura. - En hormigones aligerados. - En la preparación de concreto. - En la fabricación de piezas prefabricadas de morteros y concretos. - En morteros para asentado de ladrillos u otros materiales. - En general en todos los casos en que no se requieren características específicas.