Materiales de Construcción. Ciencia y Tecnología de los Materiales. Ligantes: Cementos. Cementos. Índice Bloque 3.3. Cementos. Índice Bloque 3.

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UNIVERSIDADE DA CORU

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 11

Ligantes

: Cementos.

: Cementos

1.- Introducción

1.1.- Conceptos generales 1.2.- Historia

2.- Composición del cemento 2.1.- Materias primas 2.2.- Clínker el Pórtland 2.3.- Yeso

2.4.- Adiciones y aditivos 3.- Fabricación de cemento

3.1.- Obtención materias primas. 3.2.- Obtención del crudo 3.3.- Obtención del clinker 3.4.- Obtención del cemento

Cementos. Índice Bloque 3.3

4.- Propiedades 4.1.- Químicas

4.1.1.- Pérdida por calcinación 4.1.2.- Residuo insoluble 4.1.3.- Composición química 4.1.4.- Puzolanicidad 4.2.- Físico-mecánicas 4.2.1.- Hidratación 4.2.2.- Fraguado/endurecimiento 4.2.3.- Calor de hidratación 4.2.4.- Finura de molido 4.2.5.- Expansión 4.2.6.- Retracción 4.2.7.- Resistencias UNIVERSIDADE DA CORU

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 22 5.- Clasificación de los cementos

5.1.- UNE 197-1: Comunes

5.2.- UNE 197-4: Escoria con bajas resistencias iniciales 5.3.- UNE 80303-1/2: Con características Adicionales

5.4.- UNE 14215: especiales de muy bajo calor de hidratación 5.5.- UNE 80307:2001: Usos especiales

5.6.- UNE 413-1: De albañilería 5.7.- UNE 80305: Blancos

5.8.- UNE 14647: Aluminato de calcio 6.- Aplicaciones de los cementos

6.1.- Comunes 6.2.- Otros

7.- Certificación de los cementos

Cementos. Índice Bloque 3.3

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Ligantes: Cementos: Cementos

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Ligantes

Ligantes: Cales: Cales

1 1 Ligantes

Ligantes: Cales: Cales.

1.- Introducción 1.1.- Historia 1.2.- Conceptos generales 2.- Materias primas 3.- Fabricación 2.1.- Extracción 2.2.- La cocción 2.3.- Apagado y trituración 2.4.- Molienda, Carga y Almacenaje 2.5.- Ciclo de la cal.

4.- Propiedades y ensayos de las cales 4.1.- Propiedades 4.2.- Ensayos sobre las cales 5.- Clasificación de las cales 6.- Utilización de la cal

Cales. Índice Bloque 3.2

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Ligantes

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5.- Clasificación de los cementos 5.1.- UNE 197-1: Comunes

5.2.- UNE 197-4: Escoria con bajas resistencias iniciales 5.3.- UNE 80303-1/2: Con características Adicionales 5.4.- UNE 14215: especiales de muy bajo calor de hidratación 5.5.- UNE 80307:2001: Usos especiales

5.6.- UNE 413-1: De albañilería 5.7.- UNE 80305: Blancos 5.8.- UNE 14647: Aluminato de calcio 6.- Aplicaciones de los cementos

6.1.- Comunes 6.2.- Otros 7.- Certificación de los cementos

Cementos. Índice Bloque 3.3

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Ligantes

1 1 Ligantes

Ligantes: Cementos: Cementos.

1.- Introducción

1.1.- Conceptos generales 1.2.- Historia 2.- Composición del cemento

2.1.- Materias primas 2.2.- Clínker el Pórtland 2.3.- Yeso 2.4.- Adiciones y aditivos 3.- Fabricación de cemento

Cementos. Índice Bloque 3.3

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Materiales de Construcción.

Ciencia y Tecnología de los Materiales.

Ligantes:

Cementos

Cementos.

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1.- Introducción

1.1.- Conceptos generales 1.2.- Historia

Cementos. Índice Bloque 3.3

1- Introducción. Conceptos generales

– Cabe definir los

conglomerantescomo los

materiales capaces de

adherirse a otros y dar cohesión al conjunto, por efectos de transformaciones químicas que se producen en su masa y que se originan un nuevo conjunto.

– Se clasifican en dos grupos:

• Conglomerantes aéreos: Son los

que mezclados con agua fraguan y endurecen en el aire, no siendo resistentes al agua.

• Conglomerantes hidráulicos:

después de ser amasados con agua, fraguan y endurecen tanto al aire como sumergidos en agua, siendo los productos resultantes estables en ambos medios.

AGLOMERANTES

CONGLOMERANTES

7 7 – En la constitución del hormigón la unión de los áridos se logra por

medio de cementos que generalmente son “Cemento Pórtland” – Estos pertenecen a la familia de los conglomerantes hidráulicos

formados por materiales pulvurentos artificiales de naturaleza inorgánica que reaccionan con el agua dando lugar a un producto sólido, resistente y estable, tanto en el aire como en el agua. – De todos los conglomerantes hidráulicos, el cemento Pórtlandy

sus derivados son los más empleados en la construcción debido a estar formados, básicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparación con otros cementos y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar. – Los cementos se emplean, fundamentalmente, para producir

morteros y hormigonescuando se mezclan con agua y áridos,

naturales o artificiales, obteniéndose con ellos elementos constructivos prefabricados o construidos in situ.

1- Introducción. Conceptos generales

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1- Introducción. Historia

– 300 a.C. Los Romanos emplearon caliza con una ceniza volcánica

denominada puzolana, encontrada cerca de Pozzuoli en la bahía de Nápoles. Emplearon caliza como un material cementante.

• Plinioinformó acerca de una mezcla de mortero de 1 parte de

caliza con 4 partes de arena.

• Vitruvioinformó una de 2 partes de puzolana con 1 parte de

caliza. Se emplearon grasa animal, leche, y sangre como aditivos. • Aquí aparece el vocablo CEMENTO, que proviene del latín.

CAEMENTUM era un conjunto de fragmentos de piedra, de mármol, rocas y otros materiales. Al mezclarlos con cal y puzolana, se producía su solidificación, digna de ser admirada, según dice Vitruvio, ¨efficit res admirandas”.

– Siglos I y II d.C. El Panteón Romano.

– Después de 400 d.C. El arte del Hormigón se perdió con la Caída

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1- Introducción. Historia

Panteón Roma. (D=43,5 m)

1- Introducción. Historia

– 1756 John Smeaton, Ingeniero inglés de

Yorkshire, redescubrió el cemento hidráulico a través de los ensayos con mortero en agua salada, al reconstruir el faro de Eddystone en la costa de Cornish. Smeaton dedujo que los morteros formados por la adición de una puzolana a una caliza con alta proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente al agua marina y que la arcilla en las cales, no sólo no las perjudicaba, sino que las mejoraba.

– Parker - 1812-1813 Louis Vicat, de Francia, preparó cal hidráulica artificial calcinando mezclas de caliza y arcilla, abriendo de esta forma un nuevo campo a los cementos al dosificarlas en proporciones justas. Posteriormente eran íntimamente mezcladas y trituradas antes de su cocción.

11 11

1- Introducción. Historia

– 1824 Joseph Aspdin, constructor de Leeds (Inglaterra), daba nombre

al Pórtland y patentaba el material pulverulento que amasado con agua y con arena endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Pórtland. Probablemente, era una caliza hidráulica debido a las bajas temperaturas de cocción.

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1- Introducción. Historia

– 1828 I.K.Brunel: primer ingeniero en aplicar el Pórtland

para llenar una brecha en el Túnel del Támesis. – 1845 el cemento Pórtland, tal y como nosotros lo

conocemos, fue producido este año por Isaac C.

Jonhsonal moler finamente los nódulos sobrecocidos

que quedaban a la salida del horno utilizando el método de Aspdin. Con esta idea mejoró las dosificaciones y aumentó las temperaturas de cocción hasta lograr la sinterización de la mezcla.

– 1859-1867 Se empleó cemento Pórtland en la

construcción del sistema de desagües de Londres.

– 1850-1880 Francois Coignet, constructor francés,

responsable del uso amplio del hormigón en edificios. – 1887 Henri Le Chatelier, de Francia, estableció las

relaciones entre óxidos para preparar la cantidad adecuada de cal para producir Pórtland. Denominó a los componentes.

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1- Introducción. Historia

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 1414 1.- Introducción

2.- Composición del cemento 2.1.- Materias primas 2.2.- Clínker el Pórtland 2.3.- Yeso

2.4.- Adiciones y aditivos

3.- Fabricación de cemento

Cementos. Índice Bloque 3.3

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2- Composición del cemento. Materias primas

– EL CEMENTO se definecomo conglomerante hidráulico, eso es, un

material inorgánico, finamente molido (pulverizado: polvo muy fino, partículas angulares rango de tamaño de 1-50 µm), de color gris, que mezclado con agua forma una pasta que fragua y endurece mediante reacciones y procesos de hidratación (tanto al aire como bajo agua) y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo agua. Los cementos constan de gránulos individuales de diferentes materiales, de composición estadísticamente homogénea, y con un alto grado de uniformidad.

– Las adicionesson materiales inorgánicos, puzolánicos o con

hidraulicidad latente que pueden añadirse al cemento, mortero u hormigón, con la finalidad de mejorar algunas de las características físicas o químicas de los mismos o de conferirles algunas especiales. – Por último los aditivosson componentes no contemplados en la

UNE-EN 197-1 como principales, minoritarios o reguladores de fraguado que se añaden para mejorar la fabricación o las propiedades del cemento.

16 16

materias primas (caliza y arcilla) + correctores Æ crudo + horno Æ

clínker + yeso + (adiciones y aditivos) Æcemento

– Materia prima: mezcla de caliza y arcilla.

• Calizos: pocas impurezas nocivas para el cemento (salvo MgCO₃).

• Arcillosos:muchas impurezas (magnesias, álcalis, sulfatos…)

– En ocasiones a las materias primas principales se le añaden otros productos, correctores para ajustar la química del crudo, a fin de

regular la Tª de sinterización de la mezcla y la cristalización de los minerales del clínker.

CALIZOS Carbonato Cálcico Calizas Margas Conchas Marinas ARCILLOSOS Óxidos de Si, Al, Fe

Arcillas Pizarras Esquistos Escoria de Alto horno

C L I N Q U E R

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materias primas (caliza y arcilla) + correctores Æ crudo + horno Æ

clínker + yeso + (adiciones y aditivos) Æcemento

– Crudo: la cal CaO (C), óxidos de silicio SiO₂ (S), óxidos de aluminio

Al₂O₃(A). y óxido de hierro Fe₂O₃(F).

– clínker: el crudo en el horno se sinteriza (cocción a una Tº suficiente para crear un principio de fusión) y transforma en silicatos, aluminatos y ferrito aluminato de cal

.

• El clínker de Pórtland: proporciones determinadas de materias primas y correctores.

– Yeso: material que se añade al clinker para regular el fraguado

– Se entiende por cemento Pórtland la mezcla íntima de un clínker Pórtland con un regulador de fraguado (yeso dihidrato).

– 1 tonelada de Pórtland = 1,5 toneladas de materia prima. La relación aprox. entre los materiales calizos y arcillosos en el crudo del clínker Pórtland es de 3 a 1 (es decir, 75% de caliza y el 25% de arcilla).

2- Composición del cemento. Materias primas

0.1 Sr SrO " " estroncio Arcillas H H2O Agua 0.02 Ba BaO " " bario 0.1 P P2O5 " " fósforo 47 (ppm) Cr CrO " " cromo 0.25 T TiO2 " " titanio 0.2 Mn Mn2O3 " " manganeso

En grandes cantidades actúa como expansivo 1.5 0,1-4 Caliza o arcilla M MgO Óxido de magnesio (magnesia)

Retarda fraguado - En exceso produce sulfoaluminato que perjudica estabilidad de volumen 1.5 <3 Yeso S SO3 Trióxido de azufre (sulfatos)

Fundente - Provee alcalinidad al hormigón -Acelerador fraguado -Reacción alcali-agregado (expansión) 0.8 0,2-1,3 Caliza o arcilla K + N K2O + Na2O Álcalis SECUNDARIOS:

Fundente más enérgico - Junto con alúmina facilita producción comercial de cemento con alto % de cal sin tener cal libre

3 0,5-6 Arcillas F Fe2O3 Óxido férrico

Fundente - Acelera fraguado cemento - Reduce resistencia a los sulfatos 6 3-8 Arcillas A Al2O3 Óxido alumínico (alúmina)

Por combinación con la cal resultan los compuestos más importantes del cemento 21 17-25 Arcillas S SiO2 Anhídrido silícico (sílice)

Componente principal - Prop. mecánicas aumentan con cantidad de cal -Cal libre, encima de ciertos límites, perjudica estabilidad de volumen 65 60-67 Caliza (carbonato cálcico) C CaO Óxido cálcico (cal)

PRINCIPALES: Características Media (% en masa) Rango (% en masa) Origen Fórmula abreviada Formulación UNIVERSIDADE DA CORU

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2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

Alita Belita --Celita C3S C2S C3A C4AF 3 CaO, SiO₂ 2 CaO, SiO2 3 CaO, Al2O3 4 CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ Silicato tricálcico Silicato bicálcico Aluminato tricálcico Ferrito aluminato tetracálcico

Nombre del mineral Fórmula abreviada Composición Nombre COMPONENTES PRINCIPALES

• Componentes principales

– De los cuatro óxidos principales, la cal es de carácter básico y los otros tres de carácter ácido. De ellos, la sílice y la cal son los componentes activos y la alúmina y el hierro actúan como fundentes – De los componentes principales los silicatossuman del 60 al 80 por

ciento de la totalidad de ellos y son los responsables de las resistencias mecánicas del cemento.

20 20 Alto Muy Alto Medio Muy Alto Medio (100 cal/gr) Muy Alto (207cal/gr) Bajo (60cal/gr) Alto (120cal/gr) Calor de Hidratación 28d Muy Rápido Blanco <0,6 4 CaO, Al2O3, Fe2O3 N y K (álcalis) Buena Lento Inicial: baja Final: baja Rápido Verde-grisaceo 5-20% 4 CaO, Al2O3, Fe2O3 C4AF (celita) Blanco <2 CaO C (cal libre) Lento Blanco <5 MgO M (magnesia) --0-15% 10-35% 35-70% Contenido Blanco Blanco Blanco Blanco color CaAl2O4 3 CaO, Al2O3 2 CaO, SiO2 3 CaO, SiO2 Composición Buena Inicial: alta Final: media Rápido CA (aluminato de calcio) Mala Muy rápido Inicial: alta Final: baja Muy Rápido C3A Muy Buena Lento Inicial: media Final: alta Lento C2S (belita) Buena Rápido

Inicial: muy alta Final: alta Rápido C3S (alita) Estabilidad Química Desarrollo y Contribución Resistencia Velocidad Hidratación

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

Compuestos del Clínquer y sus características;

Medida adulteración cemento <0,5

R.I. Residuo insoluble (Impurezas yeso

Medida carbonatación e hidratación de cal y magnesio libre por exposición atmosférica 2

P.F. Pérdida al fuego

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UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 2121 C3S = Silicato Tricálcico.

(alita gris claro angular) C3A = Aluminio Tricálcico. C2S = Silicato Bicálcico (belita oscuro redondeado). C4AF = Ferroaluminato Tetracálcico.

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

– El silicato tricálcico o alita: en el clínker está entre el 35 y el 70%.

• componente principal.

• Se hidrata rápido y confiere altas resistencias iniciales al cemento (en una semana desarrolla sus resistencias y después elevación de las mismas muy lenta).

• Se comporta bien a los ataques químicos.

• Inconveniente: alto calor de hidratación (120 cal/gr).

– El silicato bicálcicoo belita: en el clínker está entre el 10 y el 32%.

• Pocas resistencias en los primeros días, pero luego las va desarrollando hasta alcanzar al silicato tricálcico.

• Calor de hidratación muy inferior a alita (60 cal/gr). • Químicamente muy estable.

• Durante el enfriamiento, sobre todo si no se realiza

correctamente, se puede formar en una variedad alotrópica muy estable hidráulicamente inactiva (γC2S), mientras a la variedad metaestable se le denomina β

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2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

– El aluminato tricálcico: en el clínker está entre el 0 y el 15%.

• Por sí solo contribuye poco a las resistencias pero, en presencia de silicatos desarrolla unas resistencias iniciales buenas (se cree que actúa como catalizador de la reacción de los silicatos).

• Su fraguado es rapidísimo desprendiendo una gran cantidad de calor (207 cal/g). Para retardar su gran actividad se emplea el yeso que actúa como retardador y regulador del fraguado.

• El clínker con contenido alto de aluminato tricálcico da lugar a pastas, morteros y hormigones muy sensibles a los ataques por sulfatos y otros agentes agresivos.

– El ferrito aluminato tetracálcico o celita: entre el 5 y el 20%. • Apenas si tiene contribución en la resistencia de los cementos. • Su hidratación es rápida aunque menor que el aluminato

desprendiendo una cantidad de calor media (100 cal/g).

• El hierro de la celita tiene una gran importancia como fundente en horno y es responsable del color gris verdoso de los Pórtland. • Su porcentaje se reduce hasta el 0,50% en los cementos blancos.

24 24

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

• Componentes secundarios:

entran en reducidas proporciones en la composición del clínker Æimportancia debido a los efectos negativos a que pueden dan lugar

– Cal libre. CaO: Óxido frecuente en el cemento Pórtland (<2%). • Efectos: La hidratación de la cal libre es expansiva Æfisuras

superficiales

• Procedencia: su presencia es debida a un fallo de fabricación .. – Magnesia. MgO (<5%):

• Efectos: Muy nocivoÆexpansión • Procedencia:

– Procede de las calizas que poseen MgCO3.

– Algunas veces las escorias de horno alto contienen fuertes cantidades de MgO libre

– El más peligroso es el que se encuentra en forma de periclasa que se produce cuando: MgO más de 2% de masa total y enfriamiento lento del clínker.

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2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

– Anhídrido sulfúrico. SO₃

• Efectos del SO3 en cementos: expansión Ælimitado al 4.5% • El azufre en el horno se transforma en SO2 que gaseoso reacciona

con los álcalis volatilizados Æsulfatos alcalinos. Efectos: – Mejoran las resistencias iniciales del cemento.

– Al formarse a partir de SO2 reducen emisiones de este gas. • Procedencia:

– Azufre en forma de sulfuro en casi todas las materias primas. – También pueden encontrarse en los combustibles.

– En cementos el contenido es más elevado que en clínker por yeso. – Alcalinos. K₂O, Na₂O: <0,6% .

• Efectos:

– durabilidad de morteros y hormigones con áridos reactivos. – Los alcalinos solubles son fuente de aparición de eflorescencias y – Los solubles aceleran el fraguado

– además de provocar la corrosión de vidrios. • Procedencia: impurezas arcillosas

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

– La pérdida por calcinacióno pérdida al fuego es la disminución

relativa de peso del cemento al calentarlo a 1000ºC. En ese calentamiento se desprende principalmente agua y CO2.

• El agua proviene de varios orígenes:

– En primer lugar en las fábricas a veces se rocía el clínquer con agua para enfriarlo, lo que le produce una muy pequeña hidratación superficial.

– En segundo lugar, la humedad del aire absorbida por el mismo clínquer.

– En tercer lugar, el agua que lleva el yeso, ya que éste no pasa por el horno en la fábrica de cemento, y lleva agua de cristalización, y posiblemente humedad.

• El CO2 proviene de absorción del aire.

• La pérdida por calcinación puede servir además como índice del estado de un cemento del cual se dude por haber tenido un almacenamiento inadecuado

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2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

– El residuo insolublese refiere a la parte que no se disuelve en ácido

clorhídrico. Los componentes de la porción arcillosa del crudo son insolubles en HCI, pero pasan a ser solubles después de haber reaccionado en el horno. Por lo tanto, el residuo insoluble es un índice para saber si la clinquerización ha sido completa o no.

– Junto a las resistencias mecánicas, son la estabilidad de volumen y la durabilidad las características más importantes a exigir a los cementos.

• Los componentes principales no dan lugar a inestabilidad después de hidratados debido a que su volumen al reaccionar con el agua es inferior a la suma de los volúmenes de los constituyentes anhidros y del agua precisa para la hidratación de los mismos. • Por el contrario, la cal y la magnesia libres cristalizadas al

hidratarse, sin disolución previa, dan lugar a productos pulvurentos con marcada expansión y con los consiguientes efectos

indeseables sobre los morteros y hormigones.

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• Caracterización del clinker

• Se llama "Índice" a la relación grupo ácido/grupo básico • "Módulo" a la inversa, grupo básico/grupo ácido

– Módulo Hidráulico:

• En la práctica, el valor óptimo está entre 1.7 y 2.2. • Cuando MH<1.7 el cemento tiene resistencias

muy bajas

• Cuando MH >2.2 el cemento sufre a los pocos días o semanas un fenómeno de agrietamiento (las grietas centrífugas. )

– Índice Hidráulico:

• Teórico, pues inciden otras variables en el poder hidráulico (composición, Tª de cocción…)

• El valor varía entre 0.5 y 1.1 para los Pórtland.

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– Módulo de Fundentes:

• Su valor es indiferente en cuanto a resistencias, pero sí tiene gran importancia con la mayor o menor facilidad de cocción de los crudos.

• En el Portland varía entre 1,4 y 3.

– Módulo de Silicatos:

• Cuanto mayor es mayor es el contenido de silicatos del clínker y menor el de aluminatos. • A mayor MS, mayores resistencias,

• Valor dentro de unos límites comprendidos entre 1.5 y 3.5, pudiendo llegar a 4 pero da lugar a dificultades en la cocción.

• Este módulo es interesante para la obtención de cementos resistentes a los sulfatos. La norma vigente limita el C3A en los cementos con las características especiales de resistentes a los sulfatos y al agua de mar.

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

• Caracterización del clinker

– Métodos de cálculo de Bogue:

• Se forma C4AF consumiendo todo el óxido férrico o toda la alúmina: – Si A/F < 0,64 se forma C2F (ferrito bicálcico)

– Si A/F>0,64 se forma C3A – Si A/F = 0,64, C3A =0

• La cal restante forma el máximo de C2S

• La cal restante se combina con el C2S y forma C3S

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

31 31 – Para formar el crudo es necesario determinar la dosificación de

materias primas. Conocer la composición de cada uno de los componentes y comprobar si sus MS y MF se encuentran dentro de los límites normales. Si no fuese Æaportar correctores de

composición de la materia prima que compensen esas deficiencias. • Si existiese un exceso de cal no combinada en el clínker (CaO, cal

libre) ésta daría lugar a expansiones.

• El contenido de cal debe ser, pues, alto pero no excesivo. • Varía entre 88 y 97.

– Módulo "Standard de Cal":

• Empleado hoy día para el cálculo del contenido óptimo de cal.

• Un contenido alto de cal en el crudo da propiedades más favorables, principalmente en lo que se refiere a resistencias del cemento.

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

32 32

• Clínker Pórtland (generalidades)

– Forma parte de todos los tipos de cementos recogidos en la normativa española, excepto en el cemento de aluminato de calcio (CAC).

– Su proporción varia entre el 100% en los cementos Pórtland, hasta un mínimo del 5% en los cementos con escorias de alto horno tipo C. – Se obtiene por cocción, hasta sinterización (fusión parcial), de mezcla

de las materias primas (crudo).

– Es un material hidráulico consistente, al menos en • dos tercios de su masa: silicatos tricálcico y bicálcico,

• Resto: conteniendo otros óxidos (entre ellos aluminio y hierro) – Como condicionesa cumplir por el clínker se fijan tres:

• Masa de silicatos tricálcico (C3S) y bicálcico (C2S) >= 2/3: – asegurar una suma que proporcione resistencias mecánicas suficientes, tanto a corto como a largo plazo, por formación de componentes tobermoríticos(silicatos cálcicos hidratados)

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

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2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

• Relación porcentual en masa entre óxido cálcico (Cal) y dióxido de

silicio (sílice) >= 2:

– garantiza una relación de C3S y C2Slo bastante alta para que la velocidad de endurecimiento sea suficientemente rápida y lleguen a alcanzar las resistencias a los plazos fijados;

– conseguir una concentración de Portlanditaen pasta lo suf. elevada para asegurar gran reserva alcalina que mantenga un pH elevado para protección de armaduras, y para activación de escorias de horno alto, o para la combinación con los elementos ácidos de los materiales, con la consiguiente formación de tobermorita secundaria, en aquellos

cementos que contienen escorias y/o puzolanas, respectivamente. • Contenido % en masa de óxido magnésico <= 5.

– Evita la posibilidad de expansión del cemento a largo plazo, por una eventual presencia de magnesia cristalizada en forma de periclasa. Sólo en esta forma es expansiva, y puede aparecer con crudos con alto contenido en magnesia y enfriados de forma no suficientemente rápida, cosa prácticamente imposible, dada la tecnología actual de la fabricación de cemento.

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 3434 – El yeso añadido al clínker, o al clínker más adiciones, para la correcta

regulación del fraguado (retardador) de los cementos, puede ser

• yeso natural / sulfato cálcico dihidrato: CaSO₄2H₂O / anhidrita natural (soluble), sulfato cálcico anhidro: CaSO₄/ hemihidrato CaSO₄1/2H₂O / mezclas de ellos.

– Es preciso que tenga cierta solubilidad en agua para ser activos, pues, por ej., una anhidrita insoluble no lo sería, o lo sería en muy escasa medida. – Debe poseer una pureza elevada (p.ej. 80-90%)

– En su ausencia el clínker de Pórtland se hidrata casi instantáneamente debido al C3A. El C3A se transforma, junto con el yeso, en sulfoaluminato tricálcico (ettringita) que fragua mucho más lentamente.

– Se añade a los componentes del cemento “en muy pequeña cantidad” (del orden del 10%ÆSO3 entre 2 y 4%). Esta no es ni debe ser la misma para todos los cementos, existiendo siempre un óptimo que depende de:

• la naturaleza y contenido de clínker (C3A fundamentalmente) • la naturaleza y contenido de las adiciones,

• la finura de los cementos

2- Composición del cemento. Yeso

35 35

• Hidratado

– La tobermoritas (C3S2H3): hidratación de silicatos

• Responsables del desarrollo de fc y durabilidad – La Portlandita (CH): hidratación de silicatos

• Muy poco resistente, es vulnerable a la presencia de aguas puras,

sulfatosy otros agentes; pero fundamental en la protección de las armaduras frente a la corrosión debido al alto nivel alcalino que aporta al hormigón (aproximadamente un pH = 12,5).

• Para un mismo peso de silicatos la cantidad de Portlandita producida es mayor en el caso de la hidratación del C3S que cuando se hidrata el C2S.

– Ferroaluminato tetracálcico hidratado (C6AFH12): hidratación C4AF+CH

– Ettringita (C3A3SCH32): hidratación de C3A con yeso

• expansiva (aumento de volumen de dos veces y media) Æfisuras A veces se deben usar cementos con bajo contenido en C3A.

2- Composición del cemento. Clínker del Pórtland

36 36

2- Composición del cemento. Aditivos + Adiciones

– materias primas (caliza y arcilla) + correctores Æcrudo + horno Æclínker + yeso + (adiciones y aditivos) Æcemento

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• Adiciones

– Filler Calizo L y LL:

• Obtención: son materiales inorgánicos, naturales o artificiales que, con distribución de tamaño de partícula determinado. Pueden ser inertes o tener propiedades ligeramente hidráulicas latentes. Deben homogeneizarse, secarse y pulverizarse

• Actuación:

– Mejoran trabajabilidad o retención de agua.

– Corrigen granulometría de áridos para hormigón en fracciones finas. – Puede ejercer un efecto físico:dispersión de las partículas de clínker. – Puede ejercer también una acción química: reacciona con el C3A,

para formar carboaluminatos cálcicos hidratados. • Naturaleza:

– Carbonato de calcio no será inferior al 75% en masa – Contenido máx. de arcilla de un 1´20 g/100 g.

– A las (LL) se les exige un contenido en carbono orgánico total (TOC) menor de 0´20% y a las (L) menor de 0,50%.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

– Escoria granulada de horno alto (S):

• Obtención:

– Las escorias constituyen la ganga fundida

que flota sobre el arrabio en el crisol del horno alto.

– Fundida a una Tª de aprox. 1500 C, a la salida del alto horno se vitrifican y granulan al enfriarse por inmersión en agua. Molienda a < de 45 micrasÆescoria áspera y angulosa. Secado y posterior molienda con el clínker y el yeso en molinos de bolas.

• Actuación:

– posee propiedades hidráulicas cuando se activa. • Naturaleza: producto no metálico:

– 2/3 masa vitrea

– 2/3 de CaO, MgO, SiO2+1/3 Al2O3+otros.

– (CaO + MgO)/ SiO2> 1: garantiza su condición

de básica que a su vez asegura su carácter hidráulico potencial – La siderurgia actual hace que carezcan de sulfuros.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

Alto Horno de Vizcaya (S)

39 39

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

40 40

• Posteriormente la Portlandita se combina con los componentes ácidos activos del material puzolánico –sílice y alúmina- para dar silicatos y aluminatos cálcicos anhidros como los del clínker Æ

incremento de tobermorita (secundaria), con varios efectos positivos: – Incremento de resistencia a medio y largo plazo.

– mayor resistencia química –durabilidad-, por dos conceptos: » mayor estabilidad frente a aguas puras, ácidas y carbónicas. » La tobermorita contribuye a densificar la pasta Æmás impermeable

al agua y a disoluciones iónicas agresivas (de sulfatos y cloruros). La pasta de cemento puzolánico es diez veces menos penetrable a los iones cloruro que la de Pórtland sin puzolana.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

– La Norma considera los siguientes

materiales puzolánicos:

– Actuación:

• Al principio se comporta como un inerte por su incapacidad de hidratarse por si solo.

(11)

– Puzolanas naturales (P) e industriales (Q)

• Obtención: Hay dos clases:

– Puzolanas naturales (P): materiales de origen volcánico (rocas álcali-traquíticas, tobas y la piedra pómez) o sedimentario (barro de diatomeas, tierra de infusorios, trípoli, tierra de Santorín, etc.). Moler antes de usar.

– Puzolanas naturales calcinadas (Q): materiales de origen volcánico, o bien arcillas o rocas sedimentarias, activadas por tratamiento térmico. Además de molerse, se tienen que calcinar a temperaturas de 650 C a 980 C (dificulta y encarece el cemento, aleatoriedad)

• Naturaleza: materias sólidas de naturaleza silícea,

sílico-aluminosa o ambas: SiO₂+ Al₂O₃+ Fe₂O₃. – SiO₂reactiva (>25% en masa)

+ Al2O3+ Fe2O3.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

– Humo de sílice (D):

• Obtención: subproducto pulvurento esferoidal obtenido en la

reducción de cuarzo muy puro con carbón mineral en un HEA durante la manufactura del silicio o de aleaciones de ferrosilicio: • Naturaleza: sílice amorfa

– Partículas inferiores a 1 micra (BET) > a 15 m2/g

– Contenido al menos el 85% en masa de sílice (SiO2) amorfa.

– PF –por calcinación- < 4% en masa. • Se limita a un máximo de 10%

en los cementos Pórtland con humo de sílice (tipo II A-D y tipos IV-A y IV-B).

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

Fábrica de silicio en Sabón (D)

43 43

– Cenizas volantes (V y W):

• Obtención: residuo sólido en estado de fina división procedente de la combustión de carbón pulverizado en las centrales térmicas

generadoras de electricidad y que es arrastrado por los gases y recuperado por precipitación electroestática.

• Naturaleza: SiO₂+CaO+Al₂O₃+Fe₂O₃+CaO libre

– Partículas de Ø entre 1-150 micras – PF< 5% en masa.

– Silicoaluminosas (V):

» CaO reactiva < al 10% / SiO2reactivo

>25% / CaO libre <1%. – Silicocalcáreas (W):

» CaO reactiva entre 10% y 15% / SiO₂ reactivo >25%

» CaO reactiva > 15% Æresistencia a compresión 10 Mpa a días

» Limitada la expansión

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

Central térmica en Ponferrada (V)

44 44

– Esquistos calcinados (T).

• Obtención: Los esquistos, particularmente los bituminosos (los

impregnados de sustancias petrolíferas naturales) son sustancias que se producen en un horno especial a unos 800º C (como puzolanas calcinadas son materiales térmicamente activados). • Naturaleza:

– Contienen fases del clínker, silicato bicálcico y aluminato monocálcico, cal libre y sulfato cálcico, aparte de otros ácidos, en particular sílice activa, por lo cual poseen –como las cenizas volantes silicocálcicas- propiedades hidráulicas y puzolánicas. – finamente molidos deberán poder dar un mortero que, en ausencia

de cemento dé una resistencia a compresión > 25 N/mm2 a 28 días; – Asimismo debe satisfacer

el ensayo de expansión

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UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 4545 – Ventajas económicas de las adiciones

• Ahorros energéticosen la fabricación de cemento:

– Son subproductosde tratamientos térmicos que han acumulado cierta

energía potencial –activación- y poseen una masa que se perdería en las escombreras si el material no se aprovechase.

– Ahorro térmico (cal/t) al sustituir al clínker: se añaden en molino de

cemento (no horno, no desecación, ni deshidratación, ni calcinación, no pasan por trituradoras ni por molinos, ni usan transportes).

– Ahorro de electricidad (kWh/t): salvo excepciones son menos duras que el clínker Æahorro kW en molino de cemento, menor desgaste de blindajes y elementos moledores de los molinos Æ ahorro en mantenimiento de maquinaria y elementos auxiliares.

• Ahorro de materias primas de cantera, al necesitarse menos

clínker, y por lo tanto menos crudo de cemento. Este conlleva a su vez el de la energía de extracción, trituración y transporte de las materias primas.

– En muchos países escasean estas materias primas, y en particular las calizas Æprolongación de la vida de canteras es bueno.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 4646 – Ventajas de orden ecológicode las adiciones

• Menor necesidad de materias primas, implica una menor

explotación y extensión de las canteras, así como una menor

necesidad de abrir otras nuevas, con el correspondiente menor deterioro paisajístico y ambiental, y también con una más fácil y menos costosa restauración del terreno en zonas de canteras en explotación o agotadas y abandonadas, y de escombreras.

• El aprovechamiento de escorias, cenizas, esquistos, etc., elimina o

reducesu acumulación en escombreraso ahorra el gasto de su

transporte y vertido en el mar o en otras partes. Esto evita la ocupación de terreno, con el inconveniente adicional del deterioro del paisaje a que las escombreras dan lugar.

• En el orden técnico, el menor consumo de combustible en el

horno da lugar a un volumen más reducido de gases de combustión y de emisiones de dióxido de carbono y de azufre,

de óxidos de nitrógeno y, eventualmente, de monóxido de carbono a la atmósfera, con la consiguiente menor contaminación de ésta.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

47 47 – Ventajas de añadir en fabricación y no en hormigonera

• La granulometría del conjunto cemento más ceniza (más los finos del árido) es mas adecuada.

• También hay que tener en cuenta el riesgo de heterogeneidad en los materiales mezclados en hormigonera de central o de obra, en relación con las mezclas hechas en fábricas de cemento. En efecto, el tiempo de mezcla de la ceniza y el cemento de un molino de fábrica es del orden de 10 a 30 veces mayor que el tiempo de mezcla de ambos en una hormigonera.

• A esto hay que añadir el peligro de confundir la ceniza y el cemento en los silos o almacenamientos de obra, cosa que, por poco probable que pueda parecer, ha sucedido realmente en algunos casos bien localizados.

2- Composición del cemento. Adiciones y aditivos

48 48

• Aditivos

– Son sustancias o productos que, incorporados al cemento en una proporción no superior al 1% en masa, producen la modificación de su comportamiento para facilitar los procesos de fabricación o mejorar las propiedades y el comportamiento de los cementos. No corrosión y no pueden afectar desfavorablemente al resto de propiedades.

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UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 4949 1.- Introducción

2.- Composición del cemento 2.1.- Materias primas 2.2.- Clínker el Pórtland 2.3.- Yeso

2.4.- Adiciones y aditivos

3.- Fabricación de cemento

Cementos. Índice Bloque 3.3

3- Fabricación del cemento.

– materias primasÆcrudoÆclínkerÆcemento

– El proceso de fabricación del cemento comprende las ss. etapas:

51 51

3- Fabricación del cemento.

52 52 – Extracción: la materia prima se extrae de canteras o minas y según

la dureza y ubicación del material, el sistema de explotación y equipos varía. Las materias primas fundamentales son las rocas calcáreas y las arcillas que se extraen de yacimientos a cielo abierto, los materiales correctores, en caso de ser necesarios (yeso y carbón).

– Trituración: una vez extraída en la propia cantera es reducida a tamaños que puedan ser procesados

• Trituración primaria: reducción a tamaños inferiores a los 10 cm. • Trituración secundaria: reducción a tamaños inferiores a 2,5 cm

3- Fabricación del cemento. Obtención materias primas

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– La preparación del crudopuede efectuarse por vía seca o vía húmeda.

La elección de una vía u otra vendrá condicionada por toda una serie de factores económicos, ecológicos e incluso nacionales o locales. Hoy la tendencia en Europa es hacia la vía seca, principalmente por el menor consumo energético

3- Fabricación del cemento. Obtención crudo

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 5454 • Molienda seca: El material triturado se seca pues su humedad

dificulta la posterior molienda. La trituración y secado son independientes para cada materia prima, pero en este paso se introducen en un molino conjunto (dosificando)

• Homogeneización: el producto de la molienda se lleva a un silo homogeneizador, donde un sistema mezcla el material para mejorar su uniformidad y lo deposita un silos de almacenamiento. De los silos se transporta a la unidad de calcinación

– Está indicado para materias que exigirían grandes proporciones de agua (margas) o para climas secos y cálidos. El control químico es más eficiente y el consumo de energía menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida los hornos son más cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las altas Tª.

3- Fabricación del cemento. Obtención crudo

55 55 • Molienda húmeda: tanques separados para cal molida y la arcilla,

agitándose la pasta por medio de unos brazos giratorios de los que cuelgan unos rastrillos

• Homogeneización: Las dos mezclas se bombean en las

proporciones prefijadas a unos silos de almacenamiento. La pasta resultante homogeneizada tiene de un 35 a un 50% de agua y con ella se alimenta el horno, siempre de tipo rotatorio.

– El proceso está indicado para ciertas materias blandas, como la creta, ya que su alta humedad y su estructura esponjosa impiden un secado perfecto, o para materias primas cuyo contenido de impurezas sólo puedan separarse correctamente por lavado.

3- Fabricación del cemento. Obtención crudo.

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3- Fabricación del cemento. Obtención clinker

– Cocción

UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 5858 – Hornos del clinker

• Historia.

• Ventajas / Inconvenientes • Características:

– cilindro metálico revestido interiormente de material refractario. – La longitud puede sobrepasar los 150 m, con Ø de hasta 4.5 m – Está inclinado ligeramente (2 al 5%)

– Gira a velocidad lenta (100 a 180 r p h, función de Ø e inclinación). – La carga suele cubrir únicamente el 10-12% de la sección interior. • Funcionamiento

3- Fabricación del cemento. Obtención clinker

59 59

• Horno

3- Fabricación del cemento. Obtención clinker

60 60

Intercambiador de calor

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UNIVERSIDADE DA CORUÑÑA A E.T.S.I. Caminos, Canales y PuertosE.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos 6161 – Solidificación: desde los 1500º C hasta los 1000º C.

• En esta fase se forma por completo la estructura y composición definitiva del clínker, en la cual figuran C3S, C2S, C4AF, C3A, la fase vítrea y los componentes secundarios

• El clínker sale del horno rotatorio en forma de granos pétreos, menudos, de color gris oscuro o gris verdoso.

3- Fabricación del cemento. Obtención del clinker

• El proceso de cocción exige una atmósfera oxidante dentro del horno, ya que en caso contrario se obtiene un clínker de color pardo (en vez de gris verdoso) y el cemento resultante presenta un fraguado más rápido y resistencias más bajas.

• Enfriamiento: La descarga del horno se produce en forma continua,

experimentando un enfriamiento (de 1000 a 100º C) que debe ser rápido, utilizándose para ello sistemas enfriadores …

3- Fabricación del cemento. Obtención del clinker

63 63 – La molienda

• El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda conjunta de clínker, yeso y "adiciones".

– Llevan un estricto control de Tª

a fin de no alcanzar los 70ºC (falso fraguado). • Se realiza en equipos mecánicos en las que la

mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.

• Para ello se utilizan los siguientes equipos: – Prensa de rodillos / Molinos verticales de rodillos – Molinos de bolas / Molinos horizontales de

rodillos

3- Fabricación del cemento. Obtención del cemento

64 64 – El almacén

• En función de la composición, la resistencia y otras características adicionales, el cemento es clasificado en distintos tipos y clases y a granel se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel • En obra el cemento se almacena en silos

cerrados si el suministro ha sido a granel y si ha sido ensacado, en almacenes bien ventilados y sobre tarimas de madera que los aísle del suelo.

• Si el tiempo de

almacenamiento supera el recomendado, se debe comprobar si las características se

conservan para lo que 20 días antes de usarlo, se deben someter a ensayos.

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3- Fabricación del cemento. Vía seca

13 Molino de Cemento 14 Silo de Cemento 15 Despacho 16 Despacho a Granel 17 Ensacado 18 Despacho en Sacos 19 Muelle Barcos 6 Filtro Electroestático 7 Silos de Homogeneización 8 Almacenamiento 9 Torre de Precalentamiento 10 Horno Rotatorio 11 Enfriador 12 Silos de Clínker Leyenda: 1 Canteras 2 Trituradora

3 Patio Materias Primas y Prehomogeneización 4 Tolva

5 Molino de Crudo

3- Fabricación del cemento. Vía húmeda

21 Molino 22 Material Fino 23 Separador de Aire 24 Filtro 25 Silos de Almacén 26 Despacho 27 Despacho a Granel 28 Ensacado 29 Despacho en Sacos 30 Despacho en Barco 11 Balsas de Premezclado 12 Chimenea 13 Electro Filtro 14 Horno Rotatorio 15 Enfriador del Clínker 16 Quemador

17 Depósito Clínker y Yeso 18 Yeso 19 Dosificación 20 Material Grueso 1 Canteras 2 Trituración Primaria 3 Tamizado 4 Trituración Secundaria 5 Finos 6 Almacenamiento Material 7 Dosificación 8 Molino 9 Adición de Agua 10 Silos UNIVERSIDADE DA CORU

67 67

3- Fabricación del cemento. Vía seca

68 68

3- Fabricación del cemento. Vía seca

(18)

3- Fabricación del cemento. Vía seca

71 71

3- Fabricación del cemento.

Vía seca

72 72

(19)

3- Fabricación del cemento.

Vía seca

Fábrica de Anorga (Guipúzcoa) Fábrica de Arrigorriaga (Vizcaya) Fábrica de Hontoria (Palencia) Fábrica de Oural

3- Fabricación del cemento.

75 75 1.- Introducción

Cementos. Índice Bloque 3.3

4.- Propiedades 4.1.- Químicas

4.1.1.- Pérdida por calcinación 4.1.2.- Residuo insoluble 4.1.3.- Composición química 4.1.4.- Puzolanicidad 4.2.- Físico-mecánicas 4.2.1.- Hidratación 4.2.2.- Fraguado/endurecimiento 4.2.3.- Calor de hidratación 4.2.4.- Finura de molido 4.2.5.- Expansión 4.2.6.- Retracción 4.2.7.- Resistencias UNIVERSIDADE DA CORU

76 76

4- Propiedades. Químicas.

• Pérdida por calcinación

– La pérdida por calcinación se determina calentando una muestra de cemento de peso conocido a 900 ºC a 1000ºC hasta que se obtenga un peso constante. Se determina entonces la pérdida en peso de la muestra. Normalmente una pérdida por calcinación elevada indica prehidratación y carbonatación, que pueden ser causadas por un almacenamiento prolongado e inadecuado o por adulteraciones durante el transporte y la descarga.

– Corresponde a:

• el agua de cristalización del yeso empleado como regulador + • posibles impurezas de naturaleza arcillosa que acompañen al yeso + • el propio clínker que finamente molido es sensible a la humedad y al

anhídrido carbónico del aire que lo meteorizan (Æ la cal libre se hidrata y carbonata Æaumenta la estabilidad del cemento, pero si la meteorización es prolongada Ædisminución de las resistencias)

(20)

4- Propiedades. Químicas.

• Residuo insoluble

– Residuo insoluble: Porcentaje de cemento, en peso, que tratado con ácido clorhídrico y carbonato de sodio queda sin disolverse en él.

– Por Cocción defectuosa. Sustancias que acompañan al yeso. Adulteración en la composición del cemento.

– Puede indicar adulteración del cemento con materias ricas en sílice.

• Composición química

– Sulfatos: dan lugar a cementos expansivos.

– Cloruros: superado el límite Æ

corrosión

• Puzolanicidad:

– Cementos puzolánicos: capacidad para formación de silicatos (fc)

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

• Hidratación

– El endurecimiento hidráulico del cemento, es debido a la hidratación de los silicatos cálcicos, si bien pueden participar otros compuestos químicos como los aluminatos.

– Al mezclar el clínker de Pórtland con el agua, los silicatos y los aluminatos se hidratan formándose una masa rígida (Pórtland endurecido) Æ formándose silicatos y aluminatos hidratados y reacciones de hidrólisis con formación de hidróxido cálcico.

– Una vez que los compuestos principales se han hidratado son estables, de aquí la insolubilidad en agua del cemento endurecido.

Solubles No solubles

79 79 – Teorías de hidratación:

• “Teoría cristaloide” de Le Chatelier: los constituyentes del cemento

se disuelven en el agua, de acuerdo con su grado de solubilidad,

siendo los anhidros más solubles que los hidratados. Considera que

los hidratados van cristalizando separándose tal cual aumenta la

disolución de los anhidros que al hidratarse cristalizan de nuevo dando lugar a que otros anhidros vayan disolviéndose. Æ

precipitación de los compuestos hidratados, con la formación de

cristales entreverados entre si que desarrollen fuerzas de

adherencia, las que producen el endurecimiento de la pasta

Disolución Æhidratación Æprecipitación Æcristalización Æadherencia

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

80 80

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

• “Teoría coloidal” de Michaelis: endurecimiento superficial de un gel

formado a partir de dichos compuestos hidratados. Según esta se considera que se forma un coloide. Los compuestos anhidros se

hidratan y los silicatos hidratados precipitan en forma de gel que

van rellenando los huecos existentes entre los cristales formados en la hidratación del C3A y del CaO, dando lugar al endurecimiento de la pasta a la vez que va cediendo aguapara continuar la hidratación

de los otros compuestos anhidros.

(21)

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

83 83

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

– Hidratación de los silicatos

• El C2S: reacciona lentamente, actúa

sobre la fc final.

2C2S + 4H = gel(S2C3H3) + CH.

2(2CaO.SiO2) + 4H2O Æ2SiO2.3CaO.3H2O + Ca(OH)2

• El C3S: se encuentra en pequeñas cantidades. Reacciona rápidamente, actúa sobre la fc a primeras horas y a edad temprana del hormigón (hasta 28 días),

2C3S + 6H = gel(S2C3H3) + 3CH 2(3CaO.SiO2) + 6H2O Æ2SiO2.3CaO.3H2O + 3Ca(OH)2

(silicatos bicálcico y tricálcico) + (agua) Æ(silicatos de calcio hidratados o gel de tobermorita, o gel

de cemento) + Ca(OH)₂(hidróxido de calcio o Portlandita).

Silicatos + agua Ætobermorita (bisilicato tricálcico trihidratado) + Portlandita

Tobermorita

(Silicatos de Calcio hidratados)

Portlandita (Hidróxido de Calcio)

84 84

4- Propiedades. Hidratación del clínker de Pórtland

– Hidratación de aluminatos

• C3A (menos cantidad que silicatos): reacciona muy rápido (“fraguado relámpago”). Para evitarlo Æ retardador de fraguado (yeso) que disminuye su solubilidad. Contribuye muy poco a las fc, y solo en los primeros momentos. El que no ha reaccionado Æ

ataque por sulfatos.

Aluminato tricálcico+sulfato de calcio+aguaÆsal de Candlot (ettringita) (3CaO.Al2O3)+3(CaSO4.2H2O)+26H2O Æ3CaO.Al2O3.3(CaSO4).32H2O

C3A + 3CS2H + 26H = C3A.3CS.32H

Cristales de Ettringita

• C4AF: coloración del cemento.

(4CaO.Al2O3Fe2O3)+2Ca(OH)2+10H2O Æ

3CaO.Al2O3.6H2O +3CaO.Fe2O3.6H2O Æ

6CaO.Al2O3.Fe2O3.12H2O

C4AF + 3Ca(OH)2+ 10H = C3A6H + C3F6H =

C6AF12H

aluminatos de calcio hidratados cristalizados + ferrito de calcio hidratado amorfo Æ