el cemento portland lar2011

Presentacin de PowerPoint

Escuela de IngenieraDepartamento de Ingeniera Civil y AmbientalMateriales de ConstruccinTema 2: El cemento PortlandM. En C. Gabriel Eduardo Prez Garca

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl nombre de cemento se cree deriva del latn caementum (argamasa, que es una combinacin de cal, arena y agua), y procede, a su vez, del verbo caedere (precipitar).

Antiguamente se aplicaba el trmino cemento a cualquierMortero o substancia aglomerante, hasta que en el ao 1972,James Parker patent su cemento natural o romano;Entonces, se refiri con el trmino cemento nicamenteA los productos resultantes de la coccin de caliza y arcillaIntroduccin

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl cemento Portland moderno es un material finamente pulverizado, constituido por cuatro ingredientes principales, a saber: cal (CaO), slice (SiO), almina(Al2O3) y xidos de hierro (FeO), los cuales en ciertas proporciones, y combinados con agua, forman una substancia con propiedades adhesivas y cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar un todo compacto

El tipo de cemento Portland se puede variar de acuerdo con la proporcin de estos cuatro principales compuestos qumicos y ajustando el grado de finura. Introduccin

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLA En los primeros aos del cemento su fabricacin consista en obtener primeramente cal, la cual se mezclaba con arcilla, la volva a cocer en hornos, y pulverizaba el producto resultante; pero como la temperatura era baja, se obtena cemento de mala calidad.Bosquejo histricoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLA Composicin qumicaU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLA Composicin QumicaEs el menor contribuyente a la resistencia durante las primeras 4 semanas. 80% reacciona en los primeros 10 das.Influye sobre el aumento de resistencia en adelante. 80 % reacciona en los primeros 100 das.Contribuye a la resistencia de la pasta del cementn del primer al tercer da. 80 % reacciona en 6 dasNo tiene contribucin apreciable en la resistencia. 80% reacciona en 50 das.U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAImagen en dos dimensiones del cemento portland. Los colores son;

Rojo: Silicato triclcico

Azul claro: Silicato diclcico

Verde: Aluminato triclcico

Amarillo: Ferroaluminato tetraclcicoComposicin Qumica

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAExisten varias maneras de clasificarlos, segn el fraguado, composicin qumica y aplicacin; sin embargo, commnente se manejan las siguientes cinco clasificaciones.

Tipo ITipo IITipo IIITipo IVTipo VClasificacin GeneralU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATIPO I: Es un cemento Portland de uso general, empleado en cualquier construccin (Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales, pavimentos, pisos, vas frreas, mamposteras) en la que no se requieren las propiedades especiales de otros tipos de cementos

Clasificacin General

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATIPO II: Es un cemento Portland modificado, empleado en la construccin general cuando el concreto est expuesto a la accin moderada de sulfatos (Puentes, tuberas de concreto). Es un cemento ligeramente retardante que genera calor con mayor lentitud. Ya que demora algo el fraguado, es una buena opcin para climas clidos.

Clasificacin General

Muchos productores de concreto sustituyen los tipos de cemento, utilizando el Tipo I en los meses ms fros y el Tipo II cuando las temperaturas ambientales normales son ms elevadas. El tipo II es, tambin, la opcin ms lgica para las reas de trfico sometidas a fuentes de aplicaciones de sales o de productos qumicos deshelantesU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATipo III: Es un cemento Portland de alta y rpida resistencia, empleado cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible. Permite el pronto retiro de cimbras y el paso de trfico ana edad ms corta. Qumica y fsicamente es similar al tipo I, excepto que sus partculas han sido molidas ms finamente.Clasificacin GeneralMuchos productores de concreto no mantienen existencias del cemento Tipo III en sus silos de cemento, debido a la escasa demanda de este material. Usualmente se sustituye agregando un saco extra de cemento TIPO I o TIPO 2 por cada de metro cbico de concreto.

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATIPO IV: Es un cemento Portland de bajo calor de hidratacin, empleado en estructuras masivas, tales como las presas, donde el aumento de temperatura resultante al calor generado en el transcurso del endurecimiento se tenga que conservar en el valor mnimo posible. Se utilizan para evitar dilataciones importantes durante el fraguado. Desarrolla resistencia a una velocidad muy inferior a los de otro tipo de cementoClasificacin General

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATIPO V: Es un cemento Portland de alta resistencia a los sulfatos, empleado para proteger el concreto expuesto a la accin severa de los sulfatos, as como en las reas en las que el suelo o las aguas cercanas tienen un elevado contenido de lcalis (bases). (Canales, alcantarillas, obras portuarias). Tiene bajo contenido de aluminato triclicico.No es resistente a cidos u otrasSubstancias fuertemente Corrosivas.Clasificacin General

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAColorantes para cemento: Cuando se requiere cemento de agln color especial, se pueden agregar pigmentos a la mezcla del mortero o del concreto para obtener el tono deseadoClasificacin General

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLADe acuerdo a la norma mexicana: El cemento hidrulico es un material inorgnico finamente pulverizado, comnmente conocido como cemento, que al agregarle agua, ya sea solo o mezcaldo con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones qumicas durante la hidratacin y que, una vez endurecido, conservar su resistencia y estabilidadClasificacin NMX-C-414-ONNCCEE

http://www.onncce.org.mx/pdf/NMX-C-414-ONNCCE-20045.pdf

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAClasificacin NMX-C-414-ONNCCEE

Equivalente al Tipo IEquivalente al Tipo IVEquivalente al Tipo IIIEquivalente al Tipo VSimilar al Tipo IISimilar al Tipo IIIU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAClasificacin NMX-C-414-ONNCCEE



U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLA1.- El cemento portland ordinario de clase resistente 40, con alta resistencia inicial, se identifica como:CPO 40 R

2.- El cemento portland con adicin de escoria, de clase resistente 30, con una resistencia normal, resistente a los sulfatos y de bajo calor de hidratacin, se identifica como:CPEG 30 RS

3.- El cemento portland compuesto de clase resistente 30, con una resistencia normal, resistente a los sulfatos y de bajo calor de hidratacin, se identifica como:

CPCP 30 RS/BCHClasificacin NMX-C-414-ONNCCEEU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl contenido neto de los bultos de cemento es de 50 kg. Es aceptable una tolerancia de +/-0.60 kg. (norma mexicana NMX-002-SCFI).

Normas uso de cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLANo es aceptable, NI AN PARA USO NO ESTRUCTURAL, el cemento que tenga ms de tres meses almacenado a pesar de las medidas de precaucin tomadas, a menos que pase por una verificacin de calidad en una prueba de laboratorio.

Si se llega a aceptar su utilizacin, el cemento no debe contener piedras o grupos originados por fraguados parciales debidos a la humedad.

Para transportar el cemento por bultos no se aceptan pilas mayores de 8.

Normas uso de cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl lugar de almacenamiento debe cumplir con las condiciones de seguridad que propicien la inalterabilidad del cemento. Esto es, estar colcado a una altura suficiente desde el suelo (10-15 cm) sobre un entarimado, para evitar el contacto con la humedad; el techo debe ser impermeable;

Debe estar separado de los muros y apilado a una altura no mayor a 1.50 m(de 8 a 10 bultos por pila).Normas uso de cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEs aceptable que el cemento se encuentre almacenado a la intemperie, pero slo la cantidad programada para utilizarse durante la jornada de trabajo, debe estar cubierto si hay riesgo de lluvia y sobre una base lejos de la humedad.Normas uso de cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAFabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAhttps://www.youtube.com/watch?v=T03LF0-KEuc

Fabricacin del cementohttps://www.youtube.com/watch?v=kJCAGQ_ZWYs

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAMaterias primas: Es difcil encontrar en la naturaleza calizas con la cantidad de arcilla precisa para fabricar una buena materia prima, por lo que se recurre a mezclar con arcillas naturales en proporciones determinadas.Fabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACaliza: Formada principalmente por carbonato clcico (CO3Ca) en el cual 56% es xido de cal. Las calizas estn siempre impurificadas por otras substancias, slice, almina, xido de hierro, magnesia, etc. Segn su proporcin, las calizas son tiles o no.

Margas (tiles): contienen almina y slice.

Dolomas (desechables): contienen magnesia.Fabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAArcilla: Est formada por silicatos alumnicos y si estn impurificadas por hierro, slice, lcalis etc., segn su proporcin se clasifican en grasas o magras.

Las arcillas grasas son plsticas, y como tienen impurezas, son ms fusibles. Fabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAExtraccin: La roca caliza se suele hacer a cielo abierto, por voladuras con dinamita. La arcilla se extrae con picos o palas excavadoras, cargando directamente las vagonetas.

Fabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATrituracin: Se practica con machacadoras de mandbulas, trituradores de martillo, de campana, de rodillos, etc.Fabricacin del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPreparacin de las mezclas: Se hace por va seca o hmeda segn que la caliza y la arcilla se mezclen en dichos estados.La va hmeda tiene mayor aprecio en general pues genera mezclas ms homogneas, esta tcnica consiste en decantar la arcilla para purificarla de la arena y las piedras que la acompaan. La va seca se utiliza usualmente cuando las materias primas son duras y no contienen arena; exige el secado de la humedad de cantera y atmosfrica antes de su pulverizacin.

En esta etapa se aaden algunos aditivos como alminas y hierros para formar una mezcla llamada crudo.

Fabricacin del cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAMolido: Toda la mezcla llamada crudo pasa a unos molinos para ser triturada hasta formar piezas de volumen bajo.

Coccin: El crudo pasa a una precalentadora que lo deja a 1000 C y despus pasa a los hornos para obtener una temperatura de 1450 a 1700 C segn el cemento que se desee obtener. El producto final de esa coccin es el Clinker.

Molienda del Clinker: Posteriormente el Clinker se mezcla con yeso y otros correctivos segn las propiedades deseadas y se muele ( molino de bolas) hasta obtener esa consistencia que conocemos de polvo.

Ensilado y transporte: Despus de su enfriamiento se almacena en silos y est listo para ser transportado.

Fabricacin del cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl endurecimiento y fraguado del hormign son el resultado de procesos qumicos y fsicos entre el cemento portland y el agua, que se denominan hidratacin.

Hidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAAl amasar el cemento con agua, reaccionan sus componentes, formndose una masa plstica que dura un cierto tiempo para poder ser colocada en obra, perdiendo primero su plasticidad (principio del fraguado), volvindose ms o menos quebradiza, no pudiendo ser moldeada o reamasada con agua. Posteriormente se consolida (fin del fraguado), aumentando su dureza hasta alcanzar aspecto ptreo.

Al primer proceso se le llama fraguado, al segundo se le llama endurecimiento.


U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios fsicos:

Etapa I: En esta etapa sucede la hidrlisis de los compuestos del cemento de manera rpida con un incremento en la temperatura de varios grados centgrados. Inmediatamente la mezcla se vuelve plstica, no slida, no lquida, sino plstica, ideal para manipularse a la forma deseada. Si se le aplica fuerza, se va a deformar por lo que puede adquirir la forma del molde en el que se vierte.

Hidratacin y fraguadoHidrlisis: del grigo hydor (agua) y lysis (ruptura) es la escisin o ruptura de enlaces qumicos a travs del aguaU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios fsicos:

Etapa II: Tambin llamada como la etapa de dormancia. La tasa de calor expedida baja muy considerablemente en esta etapa, la cual dura de una a tres horas. Durante esta etapa, el cemento sigue en un estado plstico y conserva las propiedades de la etapa uno referentes a su manejo y moldeabilidad, por lo que le permite a la mezcla ser transportada y colocada sin mayor dificultad. Esto es particularmente importante para las constructoras que deben transportar concreto al lugar de trabajo. Al final de esta etapa comienza la etapa incial de fraguado, en la cul se comienza a convertir en un slido. Si se le quiere seguir manipulando o cambiando de forma a partir del trmino de esta etapa, la mezcla va a perder ciertas propiedades.

Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios fsicos:

Etapa III y IV: En estas etapas el cemento comienza a fraguar y la tasa de calor comienz a incrementarse nuevamente debido principalmente a la re hidratracin del silicato triclcico. Al final de la etapa cuatro la mezcla se convierte totalmente en un slido; sin embargo, an no tiene resistencia, es decir, si se le aplican esfuerzos de compresin o tensin se puede romper o quebrar.

Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios fsicos:

Etapa V: A partir de esta etapa el cemento comienza a adquirir su resistencia (endurecimiento) y a las estructuras de concreto ya se les puede remover la cimbra.

Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAHidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios Qumicos:

Las reacciones qumicas que describen la hidratacin del cemento son muy complejas. Para poder entender los procesos qumicos que determinan el fraguado del cemento, es necesario estudiar la hidratacin de cada uno de los minerales del clnker por separado.

Esta es una suposicin y no siempre es vlida, ya que las reacciones entre los compuesos de hidratacin pueden tener consecuencias importantes, pero por lo menos con respecto a la hidratacin de los silicatos, la suposicin es bastantes representativa.

Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACambios Qumicos:H2O = AguaCa(OH) = Cal ApagadaC3S: Silicato triclcicoC2S: Silicato diclcicoCSH: Silicato clcico hidratado (gel)CAH: Aluminato clcico hidratado


U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl C3A reacciona muy rpido con el agua y es tiene que controlar con yeso (estos dos tienen alta afinidad y al reaccionar forman un compuesto llamado etrengita), de lo contrario puede dar un efecto de falso fraguado, lo que significa que aparentemente est convertido en un slido, pero no es resistente en lo absoluto.

Siendo una combinacin de yeso y aluminato triclcico, la etringita ayuda a controlar el fraguado inicial del cemento, lo cul es muy importante no slo para evitar el falso fraguado, sino para poder operar el cemento en obra.

La etringita eventualmente se convierte en una serie de monosulfatos Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAC4AF, los ferroaluminatos tetraclcicos hidratados se forman ya tarde en la hidratacin del cemento, pero realmente no tienen mayor importancia en la composicin del cemento como ya lo habamos visto, y sus reacciones y comportamientos ante el agua no sern estudiados para fines de este curso.Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLALos silicatos son los componentes ms importantes en la qumica del cemento que reaccionarn con el agua y de los que nos interesar conocer. Como mencionado anteriormente, stos forman silicatos clcicos hidratados y un residuo de cal apagada o hidrxido de calcio.

Comienzan reaccionando y formando fibras largas, las cuales por su geometra son poco estables, pero eventualmente se contraen para formar fibras cortas, las cules son ms estables y resistentes.

Los silicatos clcicos hidratados tienen una composicin de gel, y son los que otorgan la mayor resistencia al cemento, el C3S reacciona rpido y el C2S reacciona ms lento, ambos son los responsables por la mayora de la estructura qumica del cemento.

Los silicatos clcicos hidratados son realmente los que dan la caracterstica de aglomerante al cemento pues dadas las fibras y los cristales que forman, estos atrapan a los agregados ptreos entre s.Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAHidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAHidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAHidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLALos silicatos tanto diclcico como triclcico son los que ms resistencia aportan al cemento dada su rea superficial tan grande, por lo tanto los silicatos clcicos hidratados son los compuestos, que al hidratar al cemento aportan la mayor cantidad de resistencia

En la grfica se muestra que el triclcico aporta ms rpido a la resistencia que el diclcico como ya visto en el curso.

El aluminato triclcico casi no aporta a la resistencia, pero reacciona mucho con el agua, y toda la energa que debera aportar para la resistencia se pierde en calor, siendo un importante aportador del calor de hidratacin.Hidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPoros

Existen varios tipos de poros y de diferentes tamaos en el cemento hidratado, estos tendrn un efecto directo en algunas propiedades del cemento como su resistencia y densidad.Hidratacin y fraguado

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPoros

Poros de gel (0.5 nm a 100 nm) tienen efecto en la contraccin y la fluencia.

Poros mesocapilares ( 5 nm-5000nm)

Macro poros debido al aire atrapado

Macro poros debido a la mala compactacinHidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLACunta agua en proporcin consume cada componente del cemento?

C3S (54%) consume 0.230 gramos de agua

C2S (17%) consume 0.196 gramos de agua

C3A (11%) consume 0.522 gramos de agua

C4AF(9%) consume 0.109 gramos de aguaHidratacin y fraguadoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLALa finura se puede explicar para fines representativos como el qu tan grande son los granos o partculas de cemento.

Un cemento con alta finura posee partculas ms pequeas relativo a un cemento con baja finuraFinura del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLADado que las partculas del cemento son muy pequeas, la finura del cemento no puede ser determinada por un proceso tan simple como el tamizado o cribado.

Incluso, las partculas son tan pequeas, que la finura del cemento se mide en superficie especfica sobre peso (m2/kg cm2/g).Finura del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAEl rea especfica significa la cantidad de superficie que un determinado peso o volumen de partculas de cemento pueden cubrir. De esta manera, un cemento con rea especfica mayor ser ms fino que otro con rea especfica menor.Finura del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAUn aumento en la fnura del cemento tiene los siguientes efectos:

Hidratacin temprana: Un alto grado de finura favorece la hidratacin rpida del cemento por lo que eleva la cantidad de yeso requerido para propiciar un efecto retardante adecuado, puesto que en cementos ms finos, existe ms cantidad de aluminato triclcico (C3A) libre para una velocidad de hidratacin rpida.

Desarrollo rpido de la resistencia a la compresin en el concreto, especialmente a edades mayores o cercanas a los 7 das. Por esta razn el cemento tipo III es molido ms finamente y con mayores proporciones de silicato triclcico y aluminato triclcico.Finura del cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPor ejemplo:

-El concreto hecho con cemento tipo III tiene a los 3 das una resistencia a la compresin igual a la del tipo I a los 7 das.

- La finura en cementos de ultra rpida resistencia debe ser de entre 700-900 m2/kg. En un cemento tipo III la finura se encuentra alrededor de los 300 m2/kg.Finura del cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPara la industria cementera una finura alta representa invariablemente un mayor costo de molienda, por lo que el tratamiento slo se justifica en el caso de que se pretenda producir un cemento especial de resistencia rpida.

Las partculas de cemento al ser ms finas se deterioran con mayor rapidez por la atmsfera.

Experimentan una reaccin ms fuerte con los agregados reactivos alcalinos.

Forman una pasta con mayor contraccin y ms suceptibilidad de agrietamiento.Finura del cementoU D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAPara medir la finura del cemento se puede utilizar cualquiera de los siguientes dos aparatos:

1.- Tubidmetro de Wagner

2.- Aparato de BlaineFinura del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLATurbidmetro de Wagner:

Se basa en la lectura de la intensidad de corriente generada en una clula fotoelctrica (sensible a la luz), sobre la cual incide un haz de luz que pasa a travs de una suspensin de cemento en querosn; esa lectura es un promedio de la turbidez de la suspensin y la turbidez es, a su vez, una medida de la superficie especfica de la muestra de cemento en suspensin.

Finura del cemento

U D L A PUNIVERSIDAD DE LAS AMRICAS PUEBLAAparato de Blaine:

Usa un mtodo de permeabilidad de aire. La superficie especfica se determina haciendo pasar una cantidad definida de aire por una muestra preparada en una determinada forma, la cantidad de aire que pasa es funcin del tamao y de la distribucin de tamaos de partculas.

Finura del cemento

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