Insumos del Concreto

2. Cemento y AguaIng. Ana M. García La Madrid

2016

Logro

Descubrir la importancia del cemento y agua en la elaboración de concreto.

Primer Horno de Cemento - Aspdin

Video / La creación de UNACEM.

https://www.youtube.com/watch?v=7SxerDNS1R4

C E M E N T O

MATERIAS PRIMAS - CALCÁREOS Y ARCILLOSOS

DOSIFICACIÓN

HORNO GIRATORIO HASTA FUSIÓN INCIPIENTE

CLINKER (COMPUESTOS)

MOLIDO + ADICIÓN DE YESO

ANÁLISIS CEMENTO COMPUESTOS

OXIDOS

Ca O

Si O2

AI2O

3

Fe2O

3

Mg O

Na2O

K2O

OXIDOS

Ca O

Si O2

AI2O

Fe2O

3

Mg O

Na2O

K2O

SO3

PC

RI

SILICATO BICÁLCICO

SILICATO TRICÁLCICO

ALUMINATO TRICÁLCICO

FERRO - ALUMINATO

TETRACALCICO

SILICATO DE CALCIO

HIDRATADOS (TOBERMORITA)

ALUMINATOS DE CALCIO

HIDRATADOS

HIDROXIDO DE CALCIO Ca (OH)2

PORTLANDITA

COMPUESTOS HIDRATADOS

2. FASES MINERALES (COMPUESTOS) DEL CLINKER

C3S

C2S

C3A

C4AF

3CaO.SiO2

2CaO.SiO2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

CaO

MgO

Silicato tricálcico

Silicato dicálcico

Aluminato tricálcico

Ferroaluminato tetracálcico

Cal libre

Magnesia libre (periclasa)

ABREVIATURAFÓRMULADESIGNACIÓN

INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS

Rápido y prolongado

Lento y muy prolongado

Muy rápido y de corta duración

Lento y poco significativo

Alto (120 cal/g)

Bajo (62 cal/g)

Muy alto (207 cal/g)

Moderado (100 cal/g)

Rápida

Lenta

Muy rápida

Rápida

C3S

C2S

C3A

C4AF

DESARROLLO DE

RESISTENCIA

CALOR DE

HIDRATACIÓN

VELOCIDAD DE

HIDRATACIÓNFASE

REACCIONES DE HIDRATACION

2 (3CaO.SiO2) + 11 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + 3 (CaO.H2O)

Silicato tricalcico Silicato de calcio hidratado Hidróxido de calcio

2 (2CaO.SiO2) + 9 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + CaO.H2O

Silicato dicalcico Silicato de calcio hidratado Hidróxido de calcio

___________________________________________________________________________

3CaO.Al2O3 + 3(CaO.SO3.2H2O) + 26 H2O --> 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O

Aluminato tricálcico YESO Etringita

2(3CaO.Al2O3) + 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O + 4 H2O --> 3(4CaO. Al2O3.SO3.12H2O)

Aluminato tricálcico Etringita Monosulfoaluminato de calcio

___________________________________________________________________________

4CaO.Al2O3.Fe2O3) + 2(CaO.H2O) + 10 H2O --> 6CaO. Al2O3.Fe2O3.12H2O)Ferroaluminato tetracálcico Hidróxido de calcio Ferroaluminato de calcio hidratado

Volúmenes relativos de los compuestos principales en la microestructura de

pastas de cemento en proceso de hidratación (a/c=0,50)

• C-S-H e hidróxido de calcio: formaciones paralelas y crecientes.

• Yeso: se consume en formación de etringita (AFt) y ésta se transforma en

monosulfoaluminato de calcio (AFm, fase sulfatada final estable en pasta hidratada).

• Volumen de poros: inicialmente ocupados por la fase líquida, se ve reducido

progresivamente, al ser rellenado por los productos sólidos de la hidratación.

PRODUCTOS DE HIDRATACION

Silicatos de calcio Hidratados

fibras o agujas de lento crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación,

responsable de la formación de una matriz densa y resistente.

El cemento hidratado contiene aprox. 50% de C-S-H.

Hidróxido de calcio:

pequeñas placas muy poco resistentes,

parcialmente soluble y vulnerable al ataque de los sulfatos,

importante en la protección de las armaduras frente a la corrosión debido al alto nivel alcalino que aporta al concreto. El cemento hidratado contiene del 15% a 25% de Ca(OH)2

Progreso de la hidratación de una partícula de cemento

1.

2.

3.

4.

Influencia de la relación a/c sobre la resistencia de la pasta:

La resistencia de la pasta depende del grado de interrelación

entre los productos de hidratación de las partículas de cemento.

Videos:

Cementos Tipo I, IP y V. UNACEM.

https://www.youtube.com/watch?v=vCa_lj1TSAE

Pacasmayo y sus cementos adicionados.

https://www.youtube.com/watch?v=HDrqnzdf9Uc

Cementos Inka, tipos ICo y MS.

https://www.youtube.com/watch?v=zz8sWic0YCw

Cementos Yura. Rumi (Tipo IP). Y Genéricos: HE y HS.

https://www.youtube.com/watch?v=fOxYAnPtvHM

CEMENTOS PORTLAND

TIPO I: De uso general.

TIPO II: De uso general, específicamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos.

TIPO II(MS):De uso general,especificamente cuando sea necesario moderado calor de hidratación

TIPO III: Cuando se requiere alta resistencia inicial.

TIPO IV: Cuando se desea bajo calor de hidratación.

TIPO V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfatos.

CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS

CEMENTO +YESO +ADICION MINERAL

ADICIÓN MINERAL:

Materiales inorgánicos que se incorporan alcemento o al concreto, con el fin de mejorarsus propiedades.PRINCIPALES ADICIONES:

a) Puzolanasb) Escoria de Alto Hornoc) Fillers

PRINCIPALES ADICIONES

PUZOLANAS Naturales y Artificiales

Reducen las acciones de los sulfatos; moderan el calor de hidratación

ESCORIA DE ALTOS HORNOS

Incrementan resistencia; intervienen en los tiempos de fragua

FILLER CALIZO

Mejoran la resistencia mecánica

ADICIONES

Es evidente que en los últimos 30 años,el uso de

productos en el concreto tanto aditivos como

adiciones ha crecido en forma muy significativa.

El uso de los cementos adicionados ofrece

posibilidad de uso de menos clinker para una

misma cantidad de cemento.

Por otro lado sirven para reducir las emisiones de

CO2 al disminuir la cantidad necesaria de clinker

para la fabricación del cemento

PUZOLANAS

Las puzolanas naturales son materiales crudos o

calcinados que tienen actividad puzolánica.

Tufos y cenizas volcánicas

Tierras de diatomeas o diatomita

Para que sean activas deben encontrarse al

estado vitreo ( amorfo) o poder ser llevadas a

dicho estado, luego se pulverizan junto con el

Clinker.

Diatomita.

Ceniza volcánica.

PUZOLANAS ARTIFICIALES

Ceniza volante.

Microsílice.

ESCORIA DE ALTOS HORNOS

Subproducto de la fabricación del

acero, cuya composición resulta

similar a la del cemento.

Su actividad depende en gran parte

del sistema de enfriamiento.

Rápido-Propiedades Hidraúlicas

Lento -Material inerte

FILLER CALIZO

Piedra caliza finamente molida

Su finura lo hace funcionar como un filler

Los cementos con esta adición tienen desarrollo

rápido de la resistencia

CEMENTOS PUZOLANICOS

CEMENTO PORTLAND IP (entre 15% y 40%)

CEMENTO PORTLAND IPM (hasta 15%)

CEMENTO CON ESCORIA

CEMENTO CON ESCORIA (25% a 70%)

CEMENTO PORTLAND COMPUESTO ICo

CEMENTO PORTLAND ICo (Hasta 30%)

Adición caliza (filler) u otro material no activo finamente

molido

CEMENTO PORTLAND TERNARIO

CEMENTO PORTLAND IT Ternario

(Cemento portland con dos adiciones)

Ejm: Clinker con yeso + filler + puzolana = cemento IT

USO DE LOS CEMENTOS ADICIONADOS

Uso generalICoPORTLAND COMPUESTO

Uso generalIS, I(SM)PORTLAND DE ESCORIA

Uso generalIP, I(PM)PORTLAND PUZOLÁNICO

Uso generalIPORTLAND

APLICACIONESTIPOCEMENTO

Puede ser especificado:

• Resistencia moderada a los sulfatos (MS)

• Moderado calor de hidratación (MH)

ESPECIFICACION DE LA PERFORMANCE

No existen restricciones de la composición del cemento ode sus constituyentes.

TIPOS:

Tipo GU.- Uso general.

Tipo HE.- De alta resistencia inicial.

Tipo MS.- De moderada resistencia a los sulfatos.

Tipo HS.- De alta resistencia a los sulfatos.

Tipo MH.- De moderado calor de hidratación.

Tipo LH.- De bajo calor de hidratación.

EQUIVALENTES ENTRE PORTLAND Y GENERICOS

GENERICOS:

Tipo GU.- Uso general.

Tipo HE.- De alta resistencia inicial.

Tipo MS.- De moderada resistencia alos sulfatos.

Tipo HS.- De alta resistencia a lossulfatos.

Tipo MH.- De moderado calor dehidratación.

Tipo LH.- De bajo calor dehidratación.

PORTLAND:

Tipo I

Tipo III

Tipo II

Tipo V

Tipo II (MS)

Tipo IV

NORMAS

-5 normas sobre especificaciones,

-1 norma de muestreo e inspección,

-1 norma sobre terminología,

-4 normas sobre adiciones,

-4 normas sobre aditivos,

- 45 normas sobre métodos de ensayo

Las Normas Técnicas Peruanas (NTP) guardan armonía con las Normas ASTM.

NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES

NTP 334.009 NTP 334.090 NTP 334.082 PRESCRIPTIVA PRESCRIPTIVA PERFORMANCE

CEMENTOS CEMENTOS TODOS

TRADICIONALES ADICIONADOS

I,II,II(MH),III IP,IPM,IS,Ico,IL y GU,MS,HE,MH,

IV y V IT. HS y LH

ASTM C150 ASTM C595 ASTM C1157

ANTECEDENTES DE LA NTP 334.082

NORMA DE PERFORMANCE

1992-En EEUU entra en vigencia la norma ASTM C1157

“Standard Performance Specifications for Blended Hydraulic Cements”

1998-En el Perú la NTP 334.082 “Cementos Portland Adicionados.Especificaciones de Performance”

1998-La norma ASTM C1157 se extiende a todos los cementos.

2001-Lo mismo en el Perú para la NTP 334.082

DIFERENCIAS

NORMA PRESCRIPTIVA NORMA DE PERFORMANCE

ENSAYOS FISICOS ENSAYOS FISICOS

ENSAYOS QUIMICOS

MS y HS Resistencia a los

Sulfatos

MH y LH Calor de

Hidratación

CEMENTOS PORTLAND

REQUISITOS FÍSICOS

290*

330*

----

----

----

----

290*

----

----

----

Calor de hidratación,

7 días, máx, kJ/kg

28 días, máx, kJ/kg

0,10* (6 meses)0,10 (6 meses)0,04* (14 días)--------

Resistencia a los sulfatos,

% máximo de expansión.

0,800,800,800,800,80Expansión en autoclave,

%, máximo.

45

420

45

420

45

375

45

375

45

375

Tiempo de fraguado, min.

Inicial, mín.

Final, máx.

130

200

250

100

170

280*

80

150

210

100

170

280*

120

190

280*

Resistencia a compresión

3 días, kg/cm2, mín.

7 días, kg/cm2, mín.

28 días, kg/cm2, mín.

IP, I(PM), ICoASTM C 595

NTP 334.090

Tipo MSASTM C 1157

NTP 334.082

Tipo VASTM C 150

NTP 334.009

Tipo IIASTM C 150

NTP 334.009

Tipo IASTM C 150

NTP 334.009

REQUISITOS FÍSICOSNORMA ASTM

NORMA TÉCNICA PERUANA

*Requisito opcional.

CEMENTOS PORTLAND

REQUISITOS QUÍMICOS

------------0,6*0,6*0,6*Álcalis Equivalentes

(Na2O + 0,658 K2O), máx, %

------------58----Aluminato tricalcico(C3A), máx, %

------------0,750,750,75Residuo insoluble, máx, %

8,05,0----3,03,03,0Pérdida por ignición, máx, %

4,04,0----2,33,03,5Trióxido de azufre (SO3), máx, %

6,06,0----6,06,06,0Óxido de magnesio (MgO), máx, %

Tipo ICo ASTM C 1157

NTP 334.090

Tipo IP, I(PM)ASTM C 595

NTP 334.090

Tipo MSASTM C 1157

NTP 334.082

Tipo VASTM C 150

NTP 334.009

Tipo IIASTM C 150

NTP 334.009

Tipo IASTM C 150

NTP 334.009

REQUISITOS QUÍMICOSNORMA ASTM

NORMA TÉCNICA PERUANA

*Requisito opcional.

GRANDES FABRICAS DE CEMENTO EN EL PERU

PACASMAYO.- Area de Influencia en el Norte. Cementos Tipo: I, II, V, IP,

IMS, ICo, y genéricos. Marcas conocidas: Pacasmayo, Selva.

UNACEM.- Area de influencia en el Centro. Cementos Tipo: I, II, V, IP,

IPM y genéricos. Marcas conocidas: Sol, Atlas, Andino, Apu.

YURA.- Area de influencia en el Sur. Cementos Tipo: I, II, V, IP, IPM y

genéricos. Marcas conocidas: Yura, Rumi.

Para elegir el tipo de cemento de una obra determinada debemos

preguntarnos:

1. ¿Bajo qué clima vamos a vaciar el concreto?

2. ¿El ambiente externo o el contacto con el suelo u otros elementos, es

agresivo al concreto? ¿Presencia de sulfatos o cloruros?

3. ¿Vamos a llenar muchos cubos de concreto?

4. ¿Necesitamos desencofrar más rápido los elementos de concreto?

SELECCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO

Clima muy cálido: cementos con bajo calor de hidratación.

Clima muy frío: cementos con alto calor de hidratación.

Agresividad del suelo o el ambiente: de acuerdo al nivel de agresividad, se

pueden emplear puzolánicos, o bien Tipo II (moderado) o Tipo V (alto).

Vaciados masivos: Tipo V, II y I. Los adicionados están entre el V y el I.

Desencofrado rápido: Tipos I, II y V. Los adicionados están entre el I y el V.

SELECCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO

V – IP – II – IPM – IMS – ICo - I

Menor ______________________________________________________Mayor

CALOR DE HIDRATACION

Mayor tiempo__________________________________________Menor tiempo

DESENCOFRADO

Mayor ______________________________________________________Menor

RESISTENCIA A LOS SULFATOS

Muy Recomendable________________________________Poco Recomendable

VACIADOS MASIVOS

Ejm.: Vaciado de 1000 m3 de concreto para una nueva Central Hidroeléctrica

en Huancayo. La temperatura es de 12° C. Moderada presencia de sulfatos en

el suelo.

Solución.- Vaciar 1000 m3 es un vaciado masivo. Recomendable un Tipo V.

Por clima, debido a que éste es frío, se requiere más calor de hidratación. El

mejor es el IP. Podría también ser un tipo II.

Por los sulfatos, debido a que es moderado el ataque, está bien el cemento

Tipo II.

Rpta.- El cemento a emplear será del Tipo Portland adicionado II. Se adquirirá

de la fábrica UNACEM (Andino Tipo II).

EL AGUA EN EL CONCRETOLA NTP 339.088

AGUA PARA EL CONCRETO

EL AGUA PARA EL CONCRETO ES USADA PARA :

- AGUA PARA MEZCLADO

- AGUA PARA CURADO

- AGUA PARA LAVADO

AGUA PARA MEZCLADO

LAS AGUAS DE CURADO Y LAVADO COMO ESTÁN EN

CONTACTO CON EL CONCRETO UN TIEMPO RELATIVAMENTE

CORTO PUEDEN CONTENER SUSTANCIAS NOCIVAS EN MAYOR

PORCENTAJE.

EXISTEN REQUERIMIENTOS MUCHO MÁS ESTRICTOS QUE

PARA LAS OTRAS

AGUA PARA CONCRETO

AGUA POTABLE = AGUA APTA PARA CONCRETO

NO SIEMPRE

AGUAS MINERALES

AGUA POTABLE

AGUAS CON AZÚCARES

AGUA CONCRETO SUSPENSIONES O SALES

AGUA PARA CONCRETO

MUESTREO DEL AGUA NTP - 339.070

MUESTRAS REPRESENTATIVAS

MUESTRAS PERIÓDICAS

DISTINTAS HORAS

DISTINTOS DÍAS

DISTINTOS PUNTOS

MEZCLA COMPUESTA

AGUA PARA CONCRETO

NORMA DE REQUISITOS

NTP 339.088

AGUA POTABLE - APTA PARA SU USO EN CONCRETO

REQUISITOS PREVIOS :

MATERIA ORGÁNICA

RESIDUO SÓLIDO

PH >6, <8

SULFATOS

CLORUROS

CARBONATOS (NORMA RESTRICTIVA)

REQUISITOS DEFINITIVOS :

PROBETAS - RESISTENCIA EN COMPRENSIÓN

ENSAYO DE TIEMPO DE FRAGUADO

(NORMA DE PERFORMANCE)

AGUA PARA CONCRETO NTP 339.088

La innovación importante en esta norma está en el impulso que da al reuso

del agua (lavado de Mixers) en el mezclado del concreto.

Responde así a las regulaciones medio ambientales cada vez más estrictas.

CONCLUSIONES

El cemento es uno de los más importantes componentes del concreto, es el aglomeranteque dará resistencia y fuerza al mismo.

El cemento Portland es el más conocido de los cementos, hecho a base de Clinker (polvocalizo quemado) y yeso.

El cemento tiene componentes químicos que le dan las propiedades de tiempo de fraguadoy resistencia.

El agua al combinarse con el cemento genera reacciones químicas que convierten la pastade cemento plástica en un sólido rígido resistente mecánicamente. En esta combinación selibera mucho calor.

Hay cinco tipos de cemento Portland, del I al V. Cada uno tiene distintas propiedades.

Hay asimismo cementos Portland adicionados, a los cuales para mejorar sus propiedades seles incorpora puzolanas, escorias o fillers.

Existe también una clasificación genérica de cementos en cuanto al performance, siendosus tipos: GU, MH, HE, LH, MS y HS.

CONCLUSIONES

El agua para fabricar concreto debe ser libre de impurezas, orgánicos, sulfatos, cloruros ydebe tener un PH de 7, más o menos.

Un tipo ideal de agua para mezcla es el agua potable.

El agua además también sirve para el curado de los elementos de concreto, y así gane laresistencia deseada a los 28 días.

Gracias.