100611 Cemento y sus aplicaciones

CEMENTO Y SUS APLICACIONES

CEMENTO Y SUS APLICACIONES

Dra. Ing. Rosaura Vásquez A.

Cementos Pacasmayo S.A.A.

1.

CEMENTO HIDRAÚLICO

Material inorgánico finamente dividido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

• Fragua y endurece por reacción química con el

2.

CEMENTOS PORTLAND: TIPOS

2.1 CEMENTOS PORTLAND:

Clinker + Yeso

2.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:

Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL

+ CALIZA (máx. 5%)

3. CEMENTOS PORTLAND: TIPOS Y APLICACIONES

TIPO I: De uso general.

TIPO II: De uso general, especific. cuando se desea:

. moderada resistencia a los sulfatos o . moderado calor de hidratación.

4. CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:

Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL

ADICIÓN MINERAL:

Materiales inorgánicos que se incorporan al cemento o al concreto, con el fin de mejorar sus propiedades.

PRINCIPALES ADICIONES:

a) Puzolanas

b) Escoria de Alto Horno

c) Fillers

4.1 TIPOS

CEMENTOS PORTLAND PUZOLÁNICOS

1. Cemento Portland Puzolánico Tipo IP:

Producido mediante molienda conjunta de clinker

y puzolana(contenido de puzolana:15% - 40%)

2. Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo I(PM):Producido mediante molienda

conjunta de clinker y puzolana (contenido de

CEMENTOS PORTLAND DE ESCORIA

1. Cemento Portland de Escoria Tipo IS:

Producido mediante molienda conjunta de clinker y escoria (contenido de escoria: 25% - 70%). 2. Cemento Portland de Escoria Modificado Tipo

I(SM): Producido mediante molienda conjunta de

clinker y escoria (contenido de escoria < 25%).

CEMENTO PORTLAND COMPUESTO TIPO ICo

4.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: APLICACIONES

Uso general ICo

PORTLAND COMPUESTO

Uso general IS, I(SM)

PORTLAND DE ESCORIA

Uso general IP, I(PM)

PORTLAND PUZOLÁNICO

Uso general I

PORTLAND

APLICACIONES TIPO

CEMENTO

Cementos adicionados propiedades especiales:

• Moderada resistencia a los sulfatos (MS) • Moderado calor de hidratación (MH)

• Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.

5. CEMENTOS PORTLAND.

ESPECIFICACIÓN DE LA PEFORMANCE

. Requisitos de performance física de los cementos. . No existen restricciones a la composición química del

cemento o de sus constituyentes.

TIPOS:

Tipo GU: Uso general.

Tipo HE: Alta resistencia inicial.

Tipo MS: Moderada resistencia a los sulfatos.

II. COMPUESTOS QUÍMICOS

DEL CEMENTO

1 . C OM P O S IC IÓN Q U ÍM IC A D E L C L IN K ER

SO3: 0 ,1 - 2 ,5 %

M n2O3: 0 - 3 ,0 %

TiO2: 0 - 0 ,5 %

P2O5: 0 - 1 ,5 %

P xC : 0 ,5 - 3 ,0 % SiO2: 1 6 - 2 6 %

Al2O3: 4 - 8 %

F e2O3: 2 - 5 %

C aO : 5 8 - 6 7 %

M gO : 1 - 5 %

1.1 Cálculo potencial de Bogue

Permite calcular la composición mineralógica del clinker a partir del análisis químico.

C₃S = (4,071 x %CaO) - (7,600 x %SiO₂) - (6,718 x %Al₂O₃) - (1,430 x %Fe₂O₃) - (2,852 x %SO₃)

C₂S = (2,867 x %SiO₂) - (0,754 x %C₃S)

C₃A = (2,650 x %Al₂O₃) - (1,692 x %Fe₂O₃)

C₄AF = 3,043 x %Fe₂O₃

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)

ABREVIATURA FÓRMULA

FASES MINERALES DEL CLINKER

3. COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO

a) Silicato tricálcico (C₃S):

• Fase denominada “alita”.

• Constituye del 50% al 70% del clinker.

• Se hidrata y endurece rápidamente.

• Responsable, en gran parte, del inicio del fraguado.

• Aporta resistencia a corto y largo plazo (a mayor

b) Silicato dicálcico (C₂S):

• Fase denominada “belita”.

• Constituye del 15% al 30% del clinker.

• Se hidrata y endurece lentamente.

• Contribuye al incremento de la resistencia a

edades mayores de 7 días.

Belita (C₂S)

Alita (C3S)

c) Aluminato tricálcico (C₃A):

• Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker.

• Libera una gran cantidad de calor durante los

primeros días de hidratación y endurecimiento.

• Contribuye al desarrollo de las resistencias muy tempranas y al fraguado del cemento.

d) Ferroaluminato tetracálcico (C₄AF):

• Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker.

• Se hidrata con rapidez pero contribuye muy poco a

la resistencia.

• Su formación reduce la T de clinkerización.

e) Sulfato de calcio:

• Yeso: CaSO₄.2H₂O

• Anhidrita: CaSO₄

• Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su

molienda, para controlar el fraguado:

controla la hidratación del C₃A.

• Ayuda a controlar la contracción por secado y

3.1 Influencia de los compuestos en las propiedades del cemento

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

HIDRATACIÓN FASE

1. REQUISITOS QUÍMICOS

a) Óxido de magnesio (MgO):

Cristaliza como Periclasa, con incremento de

volumen, originando grietas que fisuran al concreto.

b) Trióxido de azufre (SO₃):

Forma equivalente de expresar los sulfatos presentes en el cemento.

c) Pérdida por ignición:

Una elevada pérdida por ignición es índice de la hidratación o carbonatación del cemento producida por un almacenamiento incorrecto y prolongado.

El envejecimiento del cemento disminuye la resistencia y aumenta los tiempos de fraguado.

d) Residuo insoluble:

e) Álcalis (Na₂O + K₂O):

La reacción álcali-agregado se produce entre determinados agregados reactivos y los álcalis del cemento, formándose un gel que absorbe agua, se dilata y genera presiones internas que fisuran el concreto.

Los problemas de expansión debidos a la reacción

álcali-agregado se pueden evitar o controlar utilizando:

. Cementos Portland de bajo contenido de álcalis:

Álcalis equivalentes: (Na₂O + 0,658 K₂O) < 0,60 %

. Cementos Portland adicionados (Opción R).

Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.

Concreto con presencia de gel de reacción álcali-sílice (RAS)

2. REQUISITOS FÍSICOS

a) Resistencia a la compresión:

Se determina llevando a la rotura especímenes cúbicos de 50 mm de lado, preparados con mortero consistente de una parte de cemento y 2,75 partes de arena estándar, dosificados en masa (a/c=0,485).

Los cubos se curan un día en su molde y luego son retirados de su molde e inmersos en agua de cal hasta su ensayo (3, 7 y 28 días).

b) Tiempo de fraguado:

Fraguado: Condición alcanzada por una pasta, mortero o concreto de cemento cuando han perdido

plasticidad a un grado arbitrario.

c) Expansión en autoclave:

Un espécimen prismático (25 mm de sección transversal

cuadrada y 250 mm de longitud), curado 24 horas en cámara

húmeda, se coloca en una autoclave, a una T y P especificadas. Luego se mide la expansión producida.

Determina la posibilidad de una expansión potencial causada por la hidratación tardía de la CaO libre, o del MgO, o de ambos, presentes en cantidades excesivas en el cemento Portland.

d) Resistencia a los sulfatos:

El concreto expuesto a concentraciones perjudiciales de sulfatos, debe elaborarse con cementos resistentes a sulfatos:

•Cementos de moderada resistencia a los sulfatos:

- Cemento Portland Tipo II.

- Cementos Portland adicionado Tipo MS.

•Cementos de alta resistencia a los sulfatos:

- Cemento Portland Tipo V.

Deterioro del concreto por ataque de sulfatos

• Origen: del suelo; aguas superficiales, subterráneas; materias primas del concreto.

• Reacciones que producen expansión:

SO4-2 + Ca(OH)2 + 2H2OCaSO4 . 2H2O + 2(OH)

-Yeso

∆Volumen > 100%

SO4-2 + C3A + H2O C3A.3CaSO4 .32H2O

Etringita

∆Volumen > 200%

e) Calor de hidratación:

Calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua (hidratación del cemento es proceso exotérmico).

En estructuras de gran volumen, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes:

crean esfuerzos perjudiciales que fisuran el concreto.

. Los cementos con bajos contenidos de C₃A y C₃S

generan bajo calor de hidratación.

. El incremento de: finura del cemento, contenido de

cemento y T de curado aumentan calor de hidratación.

Cemento portland Tipo II, de moderado calor de hidratación:

IV. NORMATIVIDAD

-

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.

1. NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES

1.1 CEMENTOS PORTLAND:

NTP 334.009:2005

1.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:

NTP 334.090:2007

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.

0,80 0,80

0,80 0,80

0,80

Expansión 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), ICo ASTM C 595 NTP 334.090

Tipo MS ASTM C 1157 NTP 334.082

Tipo V

ASTM C 150 NTP 334.009

Tipo II

ASTM C 150 NTP 334.009

Tipo I

ASTM C 150 NTP 334.009

REQUISITOSFÍSICOS

NORMA ASTM NORMA TÉCNICA PERUANA

*Requisito opcional. CEMENTOS PORTLAND REQUISITOS QUÍMICOS ----0,6* 0,6* 0,6* Álcalis Equivalentes ----5 8

----Aluminato tricalcico(C3A), máx, %

----0,75 0,75 0,75

Residuo insoluble, máx, %

8,0 5,0 ----3,0 3,0 3,0

Pérdida por ignición, máx, %

4,0 4,0 ----2,3 3,0 3,5

Trióxido de azufre (SO3), máx, %

6,0 6,0 ----6,0 6,0 6,0

Óxido de magnesio (MgO), máx, %

Tipo ICo NTP 334.090 Tipo IP, I(PM)

ASTM C 595 NTP 334.090

Tipo MS

ASTM C 1157 NTP 334.082

Tipo V ASTM C 150 NTP 334.009 Tipo II

ASTM C 150 NTP 334.009 Tipo I

ASTM C 150 NTP 334.009 REQUISITOSQUÍMICOS

% % % % % % cm2/g g/mL MPa (kg/cm2) MPa (kg/cm2) MPa (kg/cm2) min min

Fraguado Final 268 Máximo 375 Tiempo de Fraguado Vicat :

Fraguado Inicial 119 Mínimo 45 Resistencia Compresión a 7días 29.6

(302)

Mínimo 19.0 (Mínimo 194) Resistencia Compresión a 28días (*) 35.0

(357)

Mínimo 28.0 (Mínimo 286) Resistencia Compresión a 3días 24.5

(250)

Mínimo 12.0 (Mínimo 122)

Densidad 3.14 NO ESPECIFICA

Resistencia Compresión :

Expansión en Autoclave 0.21 Máximo 0.80 Superficie Específica 3800 Mínimo 2800 PROPIEDADES FISICAS CPSAA Requisito

NTP 334.009 / ASTM C150

Contenido de Aire 4 Máximo 12 Pérdida por Ignición 2.6 Máximo 3.0 Residuo Insoluble 0.60 Máximo 0.75

MgO 2.5 Máximo 6.0

SO3 2.6 Máximo 3.0

Pacasmayo, 06 de marzo del 2009

COMPOSICIÓN QUÍMICA CPSAA Requisito NTP 334.009 / ASTM C150

Cemento Portland Tipo I

CEMENTO TIPO I:

De uso general en la construcción.

Para obras que no requieren

propiedades especiales.

CEMENTO TIPO V:

Para obras que requieran alta

resistencia a los sulfatos.

CEMENTO ANTI SALITRE MS:

Moderada resistencia a los sulfatos.

Para estructuras en contacto con

ambientes y suelos húmedos-salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.

CEMENTO EXTRA FORTE:

De uso general en la construcción.

Para columnas, losas, cimentaciones

CEMENTO ANTI SALITRE MS:

Moderada resistencia a los sulfatos.

Para estructuras en contacto con

ambientes y suelos húmedos salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.

Resistente a los sulfatos

Reacciones de deterioro por ataque de sulfatos:

1. SO₄-2 _{+ Ca(OH)}

2 CaSO4.2H2O + (OH)

-2. CaSO₄ + C₃A Etringita

El efecto de las adiciones en el cemento implica:

- remoción del Ca(OH)₂por rx. con la adición. - reducción de la permeabilidad;

Resistente a la acción del agua de mar

(presencia de sulfatosy cloruros)

•Cementos portland con adición de escoria (resistentes

a sulfatos y cloruros) mejores que los cementos de muy bajo C₃A (resistentes a sulfatos).

•Cementos portland con: 5% [C₃A[10%

(Fuente: Comite Euro-Internacional del Concreto, 1992).

•Cementos con C₃Ahasta de 10% si a/c [0,4.

(Fuente: ACI 318-02).

Exposición a sulfatos

Sulfatos solubles en agua (SO4)en el suelo, % en peso

Sulfato (SO4) disuelto en el agua,

ppm

Tipo de Cemento

Concreto con agregado de peso

normal, relación agua/materiales cementosos

máxima

Concreto con agregado de peso

normal y ligero, resistencia a compresión mínima,

f'c, kg/cm² (MPa)

Insignificante 0,00 ≤ SO4 < 0,10 0 ≤ SO4 < 150 Sin restricción en el tipo _{---- 175 (17)}

Moderada 0,10 ≤ SO4 < 0,20 150

≤ SO4 < 1500;

agua marina II, IP(MS), IS(MS), MS 0,50 280 (28)

Severa 0,20 ≤ SO4 ≤ 2,00 1500 ≤ SO4 ≤ 10000 V, IP(HS), IS(HS), HS _{0,45 315 (31)}

Muy severa SO4 > 2,00 SO4 > 10000 [V, IP(HS), IS(HS), HS]

+ puzolana o escoria 0,45 315 (31) Fuente: ACI 318S-08.

Liderando la fabricación de cementos especializados.

FECHA DE ENVASADO