Formulación de cementos de bajo carbono con sustituciones del 60 y 75 porciento de clínquer por adiciones de caliza arcilla calcinada en la planta de cemento de Siguaney

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(1)Universidad Central ―Marta Abreu‖ de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. Trabajo de diploma. Título: Formulación de cementos de bajo carbono con sustituciones del 60 y 75 porciento de clínquer por adiciones de caliza- arcilla calcinada en la planta de cemento de Siguaney.. Autor: Luis Miguel Delgado Rodríguez Tutores: Msc. Arq. Yoandi Lima Triana Dr. Arq. Belkis Saroza Horta. Santa Clara 2015.

(2) Pensamiento. Pensamiento. ―La perseverancia es la virtud por la que todas las otras virtudes dan su fruto‖.. Arturo Graf. I.

(3) Dedicatoria Dedicatoria. ―Dedico este trabajo: A mis padres, por su ejemplo, amor y sacrificio sin límites. A mi hermano por su apoyo incondicional A mi novia por su dedicación, y querer mi constante superación. A mis Tutores Dr. Arq. Belkis Saroza Horta. y Msc Arq. Yoandi Lima Triana por su ayuda incondicional en todo momento. A todas mi familiares y amigos en general.. GRACIAS. II.

(4) Agradecimientos Agradecimientos A mis padres por su confianza y apoyo durante toda mi vida. A Lisi por ser mi musa de inspiración. A mi Hermano por su amor, cariño y respaldo A mis tías y tíos, por su preocupación. A mis dos abuelas Ofelia y Geisa. A mis dos abuelitos que aunque ya no están con migo siempre confiaron en mí. A mis dos tutores por su asesoramiento en este proyecto. Al profesor Dr. Ing. Raúl González por su contribución a la terminación de este proyecto. A mis suegros por su apoyo. A los trabajadores de la Geminará. A María Luisa y demás trabajadores de la Fábrica de Cementos Siguaney, por su ayuda. A todas aquellas personas que colaboraron de alguna manera conmigo y con la realización de este proyecto.. III.

(5) Resumen Resumen El presente trabajo evalúa la formulación de cementos ternarios sobre la base del sistema clínquer-arcilla calcinada-carbonato de calcio en la proporciones 2:1 y 1:1. La fabricación de los cementos se realizó a escala de laboratorio y comprende la sustitución de un 60 y 75% de clínquer por arcilla calcinada y caliza. Para la fabricación de los cementos ternarios se utilizaron materias primas procedentes de la fábrica de cemento Siguaney a las cuales se les realizó una caracterización completa y se empleó el régimen de intermolienda para su preparación. Para la evaluación de los cementos se realizaron una serie de ensayos físico-mecánicos. La reactividad puzolánica de los productos de calcinación se evaluó por el método de Calorimetría Isotérmica y la reología de las muestras patrón se analizó por el ensayo de Minicono. La influencia de la finura de los componentes del cemento compuesto fue analizada a través de la resistencia a la compresión, la evolución de calor y la estructura de poros en morteros y pastas. Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión fueron analizados estadísticamente mediante el programa Statgraphics. El cemento obtenido cumplió con los requerimientos establecidos en la norma cubana NC 96: 2011 y NC 97: 2011 en cuanto a las propiedades físico mecánicas.. IV.

(6) Abstract Abstract This study evaluates the development of ternary cements based on clínquer- calcium carbonate-calcined clay system in the proportions 2:1 and 1:1. The manufacture of cements was performed at laboratory scale and comprises the substitution of 60 to 75% of clínquer by limestone calcined clay. In order to produce ternary cements it were used raw materials from the Siguaney Cement Factory. These raw materials were subjected to a complete characterization and intergrinding regime was used for their preparation. Several physical-mechanical tests were performed to evaluate the cements. Pozzolanic reactivity of the products of calcination was evaluated by the Isothermal Calorimetry method, and rheology of the standard samples was analyzed by mini cone assay. The influence of the fineness of the cement components was analyzed through compressive strength, heat evolution and the structure of pores in mortar and grout. The results of the compressive strength tests were statistically analyzed using the Statgraphics program. The cement obtained complied with the requirements established in the Cuban standard NC as to the physical and mechanical properties.. Key words: physical-mechanical test, ternary cement, clínquer- calcium carbonate-calcined clay system.. V.

(7) Índice Índice Pensamiento ............................................................................................................................................ II Dedicatoria ............................................................................................................................................... II Agradecimientos ..................................................................................................................................... III Resumen................................................................................................................................................ IV Abstract V Índice. VI. Introducción ............................................................................................................................................ 1 Capítulo I: : Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios para su aplicación en pastas y morteros.......................................................................................................... 6 1.1. Cemento Portland. Generalidades............................................................................................ 6. 1.2. Materiales cementícios suplementarios (MCS) ........................................................................ 7. 1.2.1 Las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio......................................................................... 8 1.2.2 Puzolanas .................................................................................................................................. 9 1.3. Cementos ternarios con arcillas calcinadas. ............................................................................. 9. 1.4. El Sistema clínquer-arcillas calcinadas -carbonato de calcio .................................................. 10. 1.4.1 La hidratación del cemento Portland...................................................................................... 11 1.4.2 La reacción puzolánica ............................................................................................................ 13 1.5. Limitaciones de la sustitución del clínquer en los cementos mezclados ................................ 14. 1.6. Cemento de bajo carbono (CBC). ............................................................................................ 15. 1.7. Normas de cementos mezclados. ........................................................................................... 16. 1.7.1 Normativas Europeas .............................................................................................................. 17 1.7.2 Normas regionales (Norte, Centro y Sur América) ................................................................. 18 1.8. Especificaciones para cementos de albañilería ...................................................................... 21. 1.9. Técnicas y métodos de ensayo ............................................................................................... 23. 1.9.1 Ensayos que se le realizan al cemento según la norma cubana NC96:2001. ......................... 23 1.9.2 Otros Ensayos.......................................................................................................................... 24 1.9.3 Propiedades del cemento que influyen en los morteros ........................................................ 25. VI.

(8) Índice 1.10. Conclusiones parciales ............................................................................................................ 30. Capítulo II: Fabricación de cementos de bajo carbono para su aplicación en morteros de albañilería. ............................................................................................................................................ 32 2.. Materiales y métodos ............................................................................................................ 32 2.1. Generalidades. ........................................................................................................................ 32. 2.2. Procedimiento para la elaboración de los cementos. ............................................................ 32. 2.3. Selección y caracterización de las materias primas ................................................................ 33. 2.3.1 Arcilla calcinada con adición de caliza .................................................................................... 33 2.3.2 Caliza ....................................................................................................................................... 33 2.3.3 Clínquer ................................................................................................................................... 34 2.3.4 Yeso ......................................................................................................................................... 34 2.3.5 Árido normalizado................................................................................................................... 34 2.3.6 Agua ........................................................................................................................................ 35 2.3.7 Cemento de referencia ........................................................................................................... 35 2.4. Protocolo de molienda para la producción de los cementos ................................................. 36. 2.4.1 Ajuste de sulfatos ...................................................................................................................... 36 2.5. Ensayos para la caracterización del cemento ......................................................................... 38. 2.5.1 Peso Específico (g/cm3) ........................................................................................................... 38 2.5.2 Expansión (mm) ...................................................................................................................... 38 2.5.3 Finura (% pasado tamiz 90µm) ............................................................................................... 39 2.5.4 Superficie específica (cm2/g) ................................................................................................... 39 2.5.5 Determinación del fraguado inicial y final: ............................................................................. 39 2.5.6 Ensayo de resistencia mecánica.............................................................................................. 40 2.6. Ensayos en pastas de cemento ............................................................................................... 41. 2.6.1 Minicono ................................................................................................................................. 41 2.6.2 Calorimetría Isotérmica .......................................................................................................... 41 2.7. Conclusiones parciales ............................................................................................................ 42. VII.

(9) Índice 3.. Generalidades. ....................................................................................................................... 43 3.1.. Análisis de los resultados de los cementos. ............................................................................ 43. 3.1.1 Ensayos de caracterización. Ensayos Físicos. .......................................................................... 43 3.1.2 Ensayos de resistencia mecánica de morteros fabricados con cementos ternarios. ............. 46 3.2. Análisis de los resultados en pastas. ....................................................................................... 52. 3.2.1 Ensayo del Minicono ............................................................................................................... 52 3.2.2 Calorimetría Isotérmica .......................................................................................................... 53 3.3. Conclusiones parciales ............................................................................................................ 56. Conclusiones generales ..................................................................................................................... 57 Recomendaciones ............................................................................................................................... 58 Bibliografía ............................................................................................................................................ 59. VIII.

(10) Introducción Introducción En el contexto global actual, el cuidado del medio ambiente y el uso de tecnologías más limpias compiten con el incremento de la necesidad de desarrollar la infraestructura habitacional e industrial, donde los materiales de construcción desempeñan un rol fundamental. El cemento Portland se fabrica en aproximadamente 150 países, principalmente en Asia, Europa, y el Medio Oriente. El volumen de producción del cemento Portland para el año 2020 deberá aumentar entre el 120-180%.(Vanderley, (2002)) Este creciente aumento de su producción lo hacen responsable de cerca del 7 % de las emisiones de CO2 y del 5 % del consumo de energía en el sector industrial. Aunque es uno de los elementos que más ha contribuido al desarrollo de la humanidad, ha resultado ser uno de los principales responsables de la degradación ambiental del planeta, debido a su proceso productivo que en lo fundamental está montado sobre la base de la explotación intensiva de recursos no renovables. y. se. emiten. en. él. significativos. volúmenes. de. gases. de. efecto. invernadero.(Martirena, 2003; Hendriks, 1998; Pierre-Claude; 2000, Vanderley, 2002) A nivel mundial la producción de cemento es responsable del 5 % de las emisiones de CO2 a la atmosfera (Martirena, (2003), Castillo, (2010), Scrivener, (2008)), por lo que favorece la tendencia actual a nivel mundial de fabricar cementos con sustituciones de clínquer, con el objetivo de reducir el impacto ambiental, aumentar la eficiencia de los procesos fabriles y producir cementos resistentes a la degradación de las terminaciones con morteros en las edificaciones. Actualmente en el sector está disponible una gran gama de productos de base cemento, aunque es el CPO el más común. La mezcla de CP con otros minerales crea un amplio espectro de materiales con un dilatado rango de propiedades. Dentro de este espectro se encuentran los sistemas ternarios. Estos sistemas ternarios, se han usado para producir mezclas que presentan propiedades de fraguado y endurecimiento diferentes a los de los cementos constituyentes por separado. La demanda de este tipo de productos se ha visto incrementada, debido a la necesidad de una rápida puesta en servicio de ciertos sistemas constructivos. Los sistemas ternarios son ampliamente usados como materiales de construcción. Sus aplicaciones son varias y cubren un dilatado espectro de necesidades dentro del campo de la arquitectura, tanto en obra nueva como en la reparación de sistemas constructivos. (Torréns, 2013). 1.

(11) Introducción Debido a la creciente demanda se han desarrollado varias iniciativas e intentos a nivel mundial. Las emisiones de dióxido de carbono debidas a la descarbonatación no pueden evitarse, constituyendo una etapa esencial de la fabricación del cemento, sin embargo, estas se reducen al utilizar materiales cementantes como sustitutos parciales del cemento Portland. Diversas soluciones extendidas emplean adiciones minerales de carácter puzolánico al cemento Portland puro. Al mismo tiempo, la sustitución del contenido de clínquer por adiciones, favorece la disminución del empleo de energías no renovables y el nivel de las emisiones de CO2 con notables beneficios ingenieriles, económicos y medioambientales. (Alujas, 2010) La industria cementera en Cuba como consecuencia del insuficiente desarrollo industrial, reclama de una expansión y diversificación en los próximos años. Como resultado de recientes ajustes tecnológicos de la producción del cemento se busca economizar el combustible tradicional y minimizar los efectos que provoca al medio ambiente, para ello el país ha llevado a cabo varios estudios para producir nuevos cementos, de limitado contenido de clínquer, potenciando la sustitución de hasta el 60 % del clínquer utilizado actualmente en fábricas cubanas, por una mezcla del material conocido como metacaolín y piedra caliza, esta última sin calcinar, hecho que evita la posible emisión de toneladas de CO2 a la atmósfera. El estudio enfoca la activación de arcillas caoliníticas de baja pureza para producir puzolanas de alta reactividad. Con este fin se propuso un sistema cementicio novedoso, donde los componentes se mezclan para conformar un cemento ternario, con materias primas nacionales. (Pérez Cabrera, (2013)) El presente trabajo integra la formulación y la evaluación del cemento de bajo carbono (CBC) para ser utilizado en morteros de albañilería, unido a su comparación con el cemento Portland Puzolánico (CPO), para cumplimentar las especificaciones establecidas en la norma cubana NC175:2002 Morteros de Albañilería. Especificaciones.. Situación problémica: La contribución a la reducción del consumo energético y de emisiones al medio ambiente, se hace necesaria ante los retos sostenidos e incrementos de la demanda de cemento Portland necesaria en el país. Los volúmenes de consumo de cemento que se emplean para morteros no estructurales cada día aumentan, debido a esto aparecen variantes de empleo de aglomerantes tipo puzolánico de calidad y de prestaciones similares al cemento cubano PP25.. 2.

(12) Introducción Investigadores del Centro de Investigación y Desarrollo de Estructuras y Materiales (CIDEM) de conjunto con el Instituto Federal Politécnico de Laussana (EPFL) desde el año 2009 han realizado investigaciones sobre cementos con elevados porcentaje de sustitución de clínquer por arcillas calcinadas y caliza. Actualmente faltan por llevar a la producción algunas variantes de sustituciones de clínquer necesarias para culminar el estudio, de ahí surge la siguiente interrogante científica: ¿En qué medida la sustitución del 60 y 75% de clínquer del cemento Portland procedente de la planta Siguaney, mediante la adición de arcilla calcinada –caliza, favorece la obtención de cementos de bajo carbono LC3, de similar comportamiento físico-mecánico al cemento PP25?. Hipótesis La fabricación de 4 tipos de cementos ternarios a escala de laboratorio a partir del clínquer de cemento Portland y adiciones de arcilla calcinada-caliza en variadas proporciones, garantiza la obtención de pastas y morteros, de similar comportamiento a los obtenidos con cemento PP-25.. Objetivo general. Evaluar el comportamiento físico mecánico de un nuevo cemento LC3 producido en condiciones de laboratorio de Siguaney, al sustituir un 60 y 75 porciento del clínquer del cemento Portland por arcilla calcinada: caliza en proporciones 1:1 y 2:1 para su uso en morteros hidráulicos.. Objetivos específicos 1. Fundamentar los procesos de fabricación, características y propiedades de los cementos ternarios al emplear sustituciones elevadas del clínquer del cemento Portland por materiales arcillosos y calizos para su empleo en pastas y morteros.. 2. Fabricar cementos de bajo contenido de carbono con 60 y 75% de sustitución del clínquer por mezclas de arcilla calcinada–caliza en proporción 1:1 y 2:1 a escala de laboratorio para su utilización en morteros.. 3. Evaluar las propiedades de los cementos de bajo contenido de carbono, fabricados a partir de la sustitución de contenidos variables de clínquer, por una mezcla arcilla calcinada – caliza.. 3.

(13) Introducción 4. Analizar el comportamiento físico mecánico de las propiedades de los cementos de bajo carbono fabricados, a la luz de los requerimientos establecidos en las normas vigentes a escala nacional e internacional.. Tareas científicas: 1. Búsqueda bibliográfica que permita conocer el estado del arte de la temática a través de la revisión de la literatura más actualizada sobre el tema.. 2. Obtención de las materias primas a emplear. 3. Producción de los cementos con 60 y 75% de sustitución de clínquer por arcilla calcinada y caliza en las proporciones 1:1 y 2:1 como aglomerante fundamental de morteros y hormigones no estructurales.. 4. Caracterización a las materias primas que se emplearán en la elaboración de los cementos.. 5. Caracterización de los cementos con 60 y 75% de sustitución de clínquer. 6. Análisis de las propiedades de los cementos a partir de los resultados obtenidos en los ensayos.. Novedad Científica Demostrar que los cementos con sustituciones entre el 60 y el 75% de clínquer por arcilla calcinada y caliza en proporciones 1:1 y 2:1 pueden ser utilizados como aglomerante fundamental en morteros y hormigones no estructurales.. Aportes Práctico: Es necesario encontrar nuevas alternativas de materiales sustituyentes del clínquer presente en el Cemento Portland a partir de materias primas económicas y de abundante existencia, validando el uso de estos cementos con altos volúmenes de sustitución en morteros, cumpliendo los requisitos de la normas NC 96 y 97 del 2011. Teórico: El estudio y evaluación del empleo de los cementos con altos volúmenes de sustitución en los morteros, permitirá obtener resultados consistentes capaces de garantizar la credibilidad del producto para proveer el desarrollo de nuevas normas.. 4.

(14) Introducción Estructura de los capítulos Capítulo 1: Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios para su aplicación en pastas y morteros. Se presenta una revisión de los antecedentes de los cementos ternarios. Se define la necesidad de la implementación de materiales cementícios suplementarios para la producción de cemento con altos niveles de sustitución de clínquer así como su aplicación en morteros y hormigones no estructurales. Capítulo 2: Fabricación de cementos de bajo carbono para su aplicación en morteros de albañilería. En este capítulo se expone el diseño de experimentos, se describe el proceso de obtención de los cementos con 60 y 75% de sustitución de clínquer para su empleo como materia prima en morteros de albañilería. Concluida esta etapa se desarrollan los principales ensayos que permiten evaluar el comportamiento físico-mecánico de los nuevos cementos (Resistencia mecánica, peso específico, finura, tiempos de fraguado inicial y final, consistencia normal, expansión, ensayos de reología, calorimetría). Capítulo 3: Evaluación del comportamiento de las propiedades de cementos de bajo carbono y potencialidades de empleo como cementos de albañilería. Se exponen los resultados obtenidos en los ensayos y se comparan con la referencia de cemento Portland para evaluar si el cemento de bajo carbono cumple con las especificaciones de calidad establecidas en las normativas cubanas. Luego se presentan las conclusiones y las recomendaciones del trabajo.. 5.

(15) Capítulo I Capítulo I: : Fundamentos teóricos sobre la fabricación de cementos ternarios para su aplicación en pastas y morteros 1.1. Cemento Portland. Generalidades. El cemento Portland es el cemento hidráulico más importante. Se obtiene por la pulverización del clínquer de cemento portland, que contiene esencialmente silicatos de calcio hidráulicos, generalmente mediante una molienda íntima con pequeñas cantidades de sulfato de calcio di hidratado (Yeso) el cual se emplea para controlar las velocidades de reacción. El clínquer se fabrica a temperatura elevada (1450 ºC) en un horno al que se le introduce una mezcla molida y homogénea de minerales de origen natural (compuesta mayoritariamente por caliza y arcilla), que se transforma en nuevos minerales que tienen propiedades hidráulicas. (Aguado Crespo, 1990; Becker, n.d). El cemento portland (CPO) es uno de los materiales que más se producen a nivel mundial (más de 2500 millones de toneladas en el 2006) (Worrel E, 2009). Este material se fabrica en aproximadamente 150 países, principalmente en Asia, Europa, y el Medio Oriente (Worrel E, (2009), Hendriks C, (1998). El proceso de obtención del cemento Portland se encuentra montado sobre la base de la explotación intensiva de recursos no renovables (materias primas y combustibles), y se emiten a través del mismo significativos volúmenes de gases de efecto invernadero, sobre todo en los procesos asociados a la producción de clínquer, el principal componente del CPO (Martírena H, 2003). A pesar de su relativamente bajo consumo energético por tonelada de material en comparación con otros materiales de construcción, sus altos volúmenes de producción lo hacen responsable de cerca del 7% de las emisiones de CO2 a la atmosfera y del 5% del consumo de energía en el sector industrial (Humphreys, 2002). Todo esto acentúa el fenómeno conocido como efecto invernadero, que reduce la emisión de calor al espacio y provoca un mayor calentamiento del planeta. (Mena Mederos, 2012). Para solucionar los problemas medioambientales asociados a la producción de CPO la industria del cemento ha definido como medidas fundamentales mejorar la eficiencia energética, el uso de desechos como combustibles fósiles y la reducción de la relación clínquer / cemento en el aglomerante. (Castillo, 2010). Pero como la demanda de cemento es cada vez mayor y las materias primas necesarias comienzan a escasear se hace preciso la implementación de cementos con altos niveles de sustitución de clínquer (Martirena, 2014) esta sustitución se realizará sobre la base de los materiales cementícios suplementarios.. 6.

(16) Capítulo I 1.2. Materiales cementícios suplementarios (MCS). El desarrollo de las producciones de Cemento Portland Ordinario (CPO) a nivel mundial hace que surjan nuevas técnicas de elaboración del producto capaces de contribuir al desarrollo sostenible. Los estudios encaminados para la reducción de emisiones de CO2 pueden ser clasificados en dos grandes grupos: los necesarios para aumentar la eficiencia del proceso, disminuyendo el consumo de combustibles, y los orientados a extender el clínquer usando adiciones activas o inertes (MCS), que son añadidas en la fábrica o en el momento de utilizar el cemento. (Martirena, 2003) Dado el incremento de la producción mundial de cemento se ha hecho necesario implementar nuevas técnicas de elaboración del producto para disminuir su costo y la contaminación ambiental que durante su producción se genera. Para solucionar este problema se han tomado distintas estrategias dentro de las que se encuentran la modernización tecnológica, el uso de combustibles alternativos y el empleo de materiales cementícios suplementarios (MCS) en sustitución del clínquer; siendo esta última la opción más viable para la Industria cubana, pues requiere de menores inversiones a corto plazo.(Alujas, 2010; Castillo, 2010; Scrivener, 2008; Fernández, 2013). Además se pueden emplear materiales que anteriormente no eran utilizados y constituían desechos industriales o simplemente estaban en la naturaleza en su estado natural sin explotar al máximo sus propiedades (Morales, 2010).El empleo de estos materiales contribuye a la mejora de determinadas propiedades en los hormigones, tales como menor calor de hidratación, resistencias mecánicas finales superiores, alta resistencia ante sulfatos, baja permeabilidad, así como baja reactividad álcali-agregado (Lawrence, 2005). Dentro del amplio grupo de MCS se encuentran las puzolanas, que se definen como aquellos materiales naturales o artificiales, ricos en sílice y alúmina, capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio en presencia de agua para formar compuestos con propiedades cementantes (Mássaza, 1974). También forman parte de este conjunto de los MCS las escorias de alto horno y los materiales empleados como filler (Papadakis, 2002; Morales, 2010; Megat, 2011). Para Cuba es una buena alternativa el uso de las arcillas calcinadas y carbonato de calcio como materiales sustituyentes del clínquer ya que estos productos son fáciles de obtener, pues se encuentra difundido en proporciones notables en gran parte del territorio. Además, contribuyen a la reducción de emisiones dañinas al medio ambiente en el proceso de fabricación del cemento. Debido a la gran contaminación ambiental y a los gastos económicos que genera la producción del cemento se ha hecho necesaria la implementación del uso de materiales suplementarios.. 7.

(17) Capítulo I 1.2.1 Las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio. Entre los materiales suplementarios empleados en la sustitución del clínquer se encuentran las arcillas calcinadas y el carbonato de calcio que son materiales que abundan en todo el mundo (Schneider, 2011). Al sustituir el clínquer del cemento por arcilla calcinada existen mejoras en propiedades como resistencia mecánica de los morteros, refina la micro estructura de los poros y aumenta la durabilidad (Rossen, 2011). Las arcillas en su estado natural no pueden ser usadas como puzolanas ya que presentan estructuras cristalinas estables que impiden la liberación de sílice y alúmina como especies químicas capaces de participar en la reacción puzolánica (Shi and R L, (2001), por lo que deben ser sometidas a un proceso de activación que puede hacerse a través de medios mecánicos, químicos o térmicos, dentro de los cuales la activación térmica es la forma más efectiva y empleada para modificar la estructura cristalina de las arcillas. La activación de las arcillas como material puzolánico se produce a partir de la remoción de los OH- estructurales, la ruptura de los enlaces químicos y la desestabilización resultante de la estructura cristalina. La pérdida de los OH- desestabiliza eléctricamente la estructura. Es por eso que en las arcillas calcinadas las fases de alúmina juegan un papel muy importante en la reactividad puzolánica, pues son estas zonas de la estructura las primeras en desestabilizarse durante el proceso de desoxhidrilación. La desestabilización de cargas eléctricas y la ruptura de los enlaces químicos por el calentamiento provocan el colapso parcial de la estructura. (Alujas, 2010). Dentro de los materiales empleados como filler se encuentra la piedra caliza, la cual se usa ampliamente como material extensor del clínquer. La caliza, al ser molida conjuntamente con el clínquer que es más resistente, puede alcanzar valores muy altos de finura, lo cual acelera la hidratación de las fases de alita y alúmina, además de que suple las discontinuidades en la granulometría del clínquer al actuar como material de relleno entre sus granos. Químicamente, al reaccionar con la alúmina, forma los mono-carbo-aluminatos, lo cual los hace competir con el yeso añadido para completar la formulación final del cemento mezclado. (Menéndez, 2003) El carbonato de calcio presente en la piedra caliza triturada tiene un doble papel durante los procesos de hidratación, una parte reacciona sinérgicamente con las fases alumínicas de las arcillas calcinadas, dando lugar a la obtención de fases que estabilizan la fase ettringita, propiciando con ello un incremento del volumen total de productos de reacción, el decrecimiento de la porosidad y por tanto el aumento de la resistencia. La otra parte de la. 8.

(18) Capítulo I caliza actúa como filler inerte, proporciona superficie específica adicional para la precipitación de los productos de reacción, favoreciendo con ello las resistencias iniciales (Muller, 2005). 1.2.2 Puzolanas Dentro del amplio grupo de los MCS se encuentran las puzolanas, según ASTM-C 608-92a e las puzolanas se definen como materiales silíceos o aluminosos, los cuales por sí mismos poseen poco o ningún valor cementante, pero en forma finamente dividida y en presencia de humedad, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades cementícias. De modo más amplio puede agregarse, que los productos formados son silicatos y alumosilicatos hidratados, similares a los resultantes del fraguado del cemento Portland (Betancourt, 2013). Uno de los sistemas de clasificación más completos es el presentado por Mássazza (1993), donde plantea que según su origen, las puzolanas son divididas en dos grandes grupos: naturales y artificiales. Dentro de las naturales se agrupan: cenizas volcánicas, tufos o tobas volcánicas (zeolitas) y tierras de diatomeas (diatomitas). Dentro de las artificiales se concentran: cenizas volantes (flyash), arcillas activadas térmicamente, microsílice (silica fume) y la combustión de muchos residuos agrícolas proporciona cenizas con elevado contenido de sílice que presentan distinto grado de puzolanicidad. Ejemplos de ellos son las cenizas de: cáscara de arroz, caña de azúcar, bambú, etc. También forman parte de este conjunto de los MCS las escorias de alto horno y los materiales empleados como filler (Megat, 2011).. 1.3. Cementos ternarios con arcillas calcinadas. Sobre la base del aporte y las limitaciones de la incorporación de MCS en la formulación de cementos mezclados binarios, se han llevado a cabo investigaciones que combinan ventajas y desventajas de algunas adiciones, dando lugar a nuevas generaciones de cementos ternarios, incluso cuaternarios. Diversos autores han reportado investigaciones de cementos mezclados que emplean adiciones combinadas de cenizas volantes, escorias, microsílice, puzolanas naturales y caliza en sustitución de determinados porcientos de cemento Portland Según Martirena (2011) se hace necesario el estudio de los sistemas ternarios para disminuir las soluciones de agua que aparecen producto a la hidratación del cemento portland en los. 9.

(19) Capítulo I poros ya que estas contienen gran cantidad de iones Ca2+que disminuyen la posibilidad de ocurrencia de las reacciones puzolánicas Los sistemas ternarios de clínquer -metacaolín –carbonato merecen mayor atención debido al potencial que presentan para la obtención de sistemas cementícios ternarios con altos por cientos de sustitución de clínquer, aprovechando la fuente de aluminatos presentes en las arcillas con alto contenido de caolín mezclando grandes cantidades de la misma con la caliza y con yeso para disfrutar de las ventajas que pueden ofrecer los sistemas (clínquer – metacaolín - piedra caliza - yeso). En estos sistemas reaccionan las fases con altos contenidos de alúmina de la arcilla calcinada con la portlandita que se libera durante la hidratación del clínquer, los carbonatos contenidos en la roca caliza y los sulfatos contenidos en el yeso adicionado a la mezcla, para formar fases del tipo (hemicarbo y monocarboaluminatos). Rossen (2010). En sistema de CPO con arcillas calcinadas incorporadas para la sustitución de clínquer, el Al sustituye parcialmente al Ca en los regiones intercapa de los CSH, y el Al también se encuentra sustituyendo al Si en los tetraedros que forman las cadenas de los CSH, es por ello que sin dudas este es un de los minerales más importantes en la reacción puzolánica (Love et al., 2007). También es importante destacar que la sustitución de CPO por adiciones minerales de carácter puzolánico, tiende a favorecer la formación de fases de monosulfatos cálcicos (ettringita) sobre las fases de hidrosulfatos cálcicos, favoreciendo la resistencia mecánica en los primeros momentos de la reacción. (Chakchouk et al., 2009). 1.4. El Sistema clínquer-arcillas calcinadas -carbonato de calcio. En la actualidad, el estudio e incorporación de nuevas adiciones ha devenido en el surgimiento de formulaciones más complejas como son los sistemas ternarios. Los cementos mezclados con sistema ternario son los productos de la mezcla de tres componentes reactivos con los productos de hidratación del cemento que posibiliten disminuir aún más el contenido de clínquer en el aglomerante final. La formulación de sistemas ternarios a base de cemento cal y puzolanas se basa en la suposición de que a mayor sustitución de cemento Portland, disminuye la cantidad de iones Ca2+ que se encuentra en la solución de agua de los poros, producida por la hidratación del cemento Portland y reduciendo la posibilidad de que tenga lugar la reacción puzolánica. También se puede evitar el fenómeno reportado como autoneutralización, debido a la ausencia de hidróxido de calcio, el que se consume totalmente en la reacción puzolánica como es el caso de los hormigones de alto volumen de sustitución (F, 2011).. 10.

(20) Capítulo I Actualmente se están desarrollando estudios sobre sistemas ternarios a base de cemento Portland – arcillas calcinadas (metacaolín)- caliza. El metacaolín es una puzolana muy reactiva que se obtiene a partir de activar el mineral caolinita (Si4Al4O10 (OH)8). Varios estudios realizados anteriormente prueban que el metacaolín puede sustituir cemento en una proporción de un 30%. La piedra caliza molida es una fuente barata y ampliamente disponible de mineral calcita (CaCO3). Es usada con frecuencia como relleno en la producción de cemento, en pequeñas proporciones. Cuando las adiciones son en el orden del 5% de clínquer, el cemento resultante exhibe propiedades iguales o ligeramente superiores debido al aumento de compacidad. Cuando la adición está entre 10-15%, los efectos resultantes son negativos (F, 2011). Para bajos niveles de adición de caliza fina, este material reacciona para formar fases de hemicarbo-aluminato o mono-carbo-aluminato, al costo de consumir las fases AFm, que liberan iones de sulfato que contribuyen a formar más ettringita en el sistema. El aluminato tri-cálcico C3A reacciona con sulfato de calcio para formar ettringita y con el carbonato de calcio para formar fases AFm (mono-carbo-aluminatos).Como resultado, la fase AFt ettringita se estabiliza. La baja solubilidad del carbonato de calcio puede demorar la liberación de iones de carbonato en solución, lo que provoca la formación de hemi-carbo-aluminato (Lothenbach, 2008).. 1.4.1 La hidratación del cemento Portland Dado el carácter hidráulico de la pasta de cemento, cuando el mismo se encuentra en contacto con el agua de amasado ocurren una serie de fenómenos asociados a los procesos de hidratación, de los cuales los más importantes son el fraguado y el endurecimiento (Betancourt, 2010). El cemento presenta distintas fases que se comportan de formas diferentes unas de otras, complicando aún más los procesos de fraguado. Unos minerales tienden a reaccionar muy rápido con el agua, mientras que otros lo hacen más lentamente, el C3A fragua rápidamente, lo cual no es conveniente por lo que es necesario utilizar el yeso que es un retardador del fraguado. La cal libre y el aluminato tricálsico también forman parte de los compuestos que reaccionan rápidamente formando el hidróxido de calcio. (Taylor, 1990) Entre las fases que reaccionan más rápido se encuentra el aluminato tricálcico (C3A), que en presencia del hidróxido de calcio, reacciona según el esquema siguiente (Betancourt, 2010): 3CaO.Al2O3+12H2O+Ca (OH)2 (C3 A). (Agua). (Cal). 4CaO.Al2O3.13H2O (hidroaluminato de calcio). 11.

(21) Capítulo I La forma estable del hidroaluminato (con seis moléculas de agua) cristaliza en el sistema cúbico y se forma como resultado de una reacción rápida del aluminato tricálcico con el agua: 3CaO.Al2O3+6H2O. 3CaO.Al2O3.6H2O. Para retardar el fraguado del cemento, el yeso desempeña el papel de surfactante en el cemento y reacciona con el aluminato tricálcico, fijándolo en hidrosulfoaluminato cálcico (ettringita) al principio de la hidratación del cemento (Betancourt, 2010). 3CaO.Al2O3 + 26H2O+3(CaSO4.H2O →3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (C3A). (Agua). (Yeso). (Ettringita). La ettringita (fase AFt) se segrega entonces en estado coloidal finamente disperso, precipitándose sobre los granos de aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3), retardando así la llegada del agua, retrasando entonces el fraguado del cemento. La cristalización del hidróxido de calcio a partir de la solución sobresaturada hace que disminuya la concentración de dicho compuesto, y la ettringita se forma entonces como cristales largos aciculares. Precisamente los cristales de ettringita son los que condicionan la resistencia en los primeros momentos de amasarse el cemento con el agua. Dicho mineral al formarse provoca un aumento de volumen con respecto al de las sustancias reaccionantes (aluminato tricálcico y yeso), pero debido a que ello ocurre en una masa en estado fresco no provoca fisuración, sino más bien cierta compactación y rellenado de los poros de la pasta de cemento que favorece la compacidad y resistencia del conjunto. La estructura de la pasta de cemento endurecido se ve mejorada también por el hecho de que de esta manera se previene la formación de hidroaluminatos cálcicos mullidos. La ettringita reacciona posteriormente con el resto del aluminato tricálcico que queda después de consumir la proporción de yeso agregado, formándose entonces los monosulfatoaluminatos de calcio (fase AFm): (Alujas, 2010) 2(3CaO.Al2O3)+3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+22H2O→3 (CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O) La resistencia del sistema cementício evoluciona de manera progresiva y se debe fundamentalmente a la formación de hidrosilicatos de calcio como consecuencia de la hidratación de la alita y la belita, según se expone en las reacciones siguientes (Betancourt, 2010): 2(3CaO.SiO2)+ 6H2O → 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (Alita). (Agua). (Tobermolita). (Portlandita). 2(2CaO.SiO2)+ 4H2O → 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (Belita). (Agua). (Tobermolita) (Portlandita). 12.

(22) Capítulo I En las dos situaciones se aprecia la formación de dos compuestos básicos, la tobermorita y la portlandita. El primero de ellos constituye la fase más importante de los productos de hidratación del cemento Portland, y es precisamente el mineral que aporta las buenas propiedades mecánicas y físicas que posee el cemento(CSH por sus siglas en inglés) 3CaO.2SiO2.3H2O se forma en una solución saturada de hidróxido de calcio. (Taylor, 1990). 1.4.2 La reacción puzolánica Las reacciones puzolánicas, al igual que los procesos de hidratación del cemento, transcurren de acuerdo con las leyes cinéticas de las reacciones heterogéneas en estado sólido, con presencia de fenómenos difusivos y marcada influencia de factores de tipo interno y externo de las puzolanas. A mayor superficie específica o finura, mayor será la velocidad de reacción cal puzolana y este efecto también se favorece con el incremento de la temperatura, sobre todo a edades tempranas. La reacción principal de cualquier material puzolánico es un ataque a las estructuras de silicatos o aluminosilicatos por parte de iones OH ˉ, para así formar productos similares a aquellos formados por la hidratación del cemento Portland (Castillo, 2010; De la Cuevas Toraya, 2001; Diamond; Huang, 2001). (Alujas, (2010)) plantea que los nuevos productos de hidratación, formados a partir de la reacción de las puzolanas con la CH generada durante la hidratación del CPO, son los responsables de la mejora en las propiedades mecánicas y de durabilidad del hormigón. Para el caso particular de las arcillas calcinadas, tres reacciones químicas pueden ser planteadas para describir la interacción entre el Ca (OH)2 y la sílice y la alúmina que se encuentran en un estado de alto desorden estructural. AS2 +. 5CH. +. 3H. C4AH13. +. 2CSH. (Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tetracalcioaluminato) (Silicato de calcio hidratado) AS2 +. 6CH. +. 9H. C3AH6. +. 2CSH. (Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tricalcioaluminato) (Silicat de calcio hidratado) AS2 +. 3CH. +. 6H. C3ASH6. +. CSH. (Metacaolín)(Portlandita)(Agua) (Stratlingita o gehhelenita)(Silicato de calcio hidratado) La composición de los CSH formados durante la reacción puzolánica es semejante a la de los CSH formados durante la reacción de hidratación del cemento, pero con una relación Ca/Si generalmente más baja. Si existen apreciables cantidades de alúmina reactiva en la puzolana, tal y como es el caso de las arcillas calcinadas, esta tiende a favorecer no solo la formación de fases de aluminato de calcio, sino también la sustitución parcial del Si por Al en. 13.

(23) Capítulo I la estructura de los CSH, incrementando así la relación Al/Ca en los CSH, en cuyo caso se refiere a estas fases como CASH (Alujas, 2010; Fernández, 2009). Uno de los efectos físicos que ocurren producto de la adición de una puzolana al cemento Portland Ordinario, es el aumento de la compacidad por efecto filler y la nucleación heterogénea por el aporte de las puzolanas de una superficie adicional, que favorece la nucleación y crecimiento a edades tempranas de los productos de hidratación del CPO. Estos efectos no dependen de la reactividad química de la adición mineral, sino de la cantidad de superficie disponible y del por ciento de sustitución. Otro efecto es el de dilución, debido al cual se produce un mayor espacio para la formación y crecimiento de las fases hidratadas, lo que favorece la reacción de hidratación (Frias et al., (2000) , Dopico et al., (2008) ). El efecto químico fundamental está dado por la reactividad puzolánica de la adición mineral. Las puzolanas pueden reaccionar con parte de la CH presente en la pasta hidratada, densificando la microestructura de la pasta y refinando la estructura de poros, con la disminución de la permeabilidad y el aumento de la resistencia mecánica. Al mismo tiempo, como la CH presente en la pasta es susceptible a formar fases con potencial expansivo al reaccionar con agentes externos como los sulfatos, su reducción favorece la resistencia al ataque químico.(Frias et al., 2000). 1.5. Limitaciones de la sustitución del clínquer en los cementos mezclados. Para la producción industrial de los cementos mezclados constituye un importante factor en su formulación el nivel de sustitución del contenido del clínquer, lo que define la relación clínquer–puzolana. Debido a que los materiales puzolánicos necesitan la cal y el agua para reaccionar y convertirse en materiales cementícios se ve limitado el nivel de sustitución del contenido del cemento ya que necesita determinada cantidad de clínquer para poder reaccionar con sus productos de hidratación. La reacción puzolánica permite la fijación del Ca (OH)2 presente en la solución de poros del cemento hidratado bajo la forma de hidrosilicatos insolubles, lo cual también contribuye a incrementar la resistencia mecánica y la durabilidad del hormigón. Adicionalmente, al permitir el reemplazo de significativos volúmenes de cemento Portland en el aglomerante, se reducen los costos de producción y medioambientales, al disminuir el volumen de emisiones de CO2 y los costos energéticos por unidad de masa del aglomerante. La principal desventaja en el empleo de estos materiales es el lento desarrollo de la resistencia mecánica a edades tempranas (Taylor, 1990).. 14.

(24) Capítulo I Para establecer dichos valores de sustitución existen normativas que regulan las proporciones de clínquer a emplear en dependencia de las características de la adición que se utilice y de las futuras aplicaciones o cualidades que se requieran. La norma americana ASTM C595 y la europea EN 197 especifican el contenido de clínquer para los diferentes tipos de cementos mezclados y se muestran en el Anexo 1. Según estas normas se puede apreciar que los cementos mezclados a base de escorias son los que presentan mayores niveles de sustitución del contenido del clínquer debido a que estas adiciones son las que poseen mayor propiedad hidráulica por sí misma y son consideradas como auto cementantes, pero sus productos de hidratación no son suficientes para ser usados como un cemento por lo cual estos son mezclados con cemento Portland. En el caso de los cementos mezclados con metacaolín, o arcillas calcinadas los niveles de sustitución del contenido del clínquer dependerá de la pureza del metacaolín, la composición del cemento y la relación agua /aglomerante (Sabir, 2001). Estas sustituciones han llegado hasta un 30% de sustitución. Se plantea que la sustitución hasta un 30% de cemento por arcillas calcinadas y molidas, provenientes de suelos arcillosos de bajo grado de pureza de metacaolín, provoca a los 28 días un refinamiento de la estructura de poros en pastas de cemento – adición y que esta favorece el proceso de hidratación del cemento, lo que provoca la formación de fases hidratadas más estables del tipo hemicarbo y monocarbo (Castillo, 2010).. 1.6. Cemento de bajo carbono (CBC). El cemento de bajo carbono (CBC) es una nueva formulación surgida en el Centro de Investigación y Desarrollo de las Estructuras y los Materiales de Construcción, que tiene la tarea de hacer frente a la creciente demanda de los recursos y al mismo tiempo, reducir el impacto ambiental, utilizando la infraestructura existente disponible, es utilizado como componente de los morteros. Este nuevo aglomerante es un cemento ternario, con un considerable potencial de ahorro de CO2 (hasta 50%), al mismo tiempo que muestra propiedades similares al cemento Portland. Esto se logra mediante la sustitución de parte del clínquer por una combinación sinérgica de arcilla calcinada y piedra caliza, esta calcinación ocurre a temperaturas más bajas que la requerida para la obtención del clínquer lo que conlleva a ahorros de combustible. La novedad y el potencial de CBC residen en el efecto sinérgico de arcillas calcinadas y piedra caliza en términos de resistencia a las proporciones de mezcla específicas (Alujas, (2010), Castillo, (2010), Martirena, (2003), Mena, (2013), Pérez Cabrera, (2013), Scrivener, (2008), Fernández, (2013)).. 15.

(25) Capítulo I La adición de metacaolín reduce la degradación por sulfatos en los morteros, teniendo presente que el óptimo reemplazo está entre el 10 y 15% en peso. (Courard et al., 2003, Sabir et al., 2001) La presencia de metacaolín influye de forma significativa en la estructura de poros en morteros, produciendo un importante refinamiento de los mismos, de aquí las transformaciones que ocurren en las propiedades de transporte de agua y en los niveles de difusión de iones agresivos hacia el interior del material. El efecto de empaquetamiento ocurre en los primeros momentos de la hidratación, producto del acomodamiento de las partículas finas que no reaccionan en los espacios libres entre los granos de cemento Portland, a medida que aumenta la reacción de hidratación, aparecen las condiciones para que ocurra la reacción puzolánica. Los productos de la reacción puzolánica ocupan los espacios creados por los poros capilares, cuyo diámetro se reduce considerablemente. La proporción de poros de gel aumenta, mientras que los capilares disminuyen. Se considera que esta es la causa de la disminución de la permeabilidad en los hormigones y morteros fabricados con materiales cementícios suplementarios, que se reporta en algunos casos de hasta en tres órdenes de magnitud en relación a pastas idénticas fabricadas con cemento Portland con la misma relación agua/aglomerante (Dopico, 2008). Según Martirena (2013) a partir del año 2010 fue llevado a cabo un trabajo en conjunto con la Industria Cementera Cubana para el desarrollo y aplicación del cemento de bajo carbono (LCC), el cual levantó grandes expectativas, principalmente en la industria del cemento y el sector de la construcción ya que gran parte de estos cementos están constituidos por materiales cementícios suplementarios que pueden ser puzolanas que se encuentran en abundancia en nuestra naturaleza lo cual resulta una opción bastante económica y viable El cemento ecológico resulta de gran utilidad en aplicaciones que no lleven refuerzo, es decir, en la producción de bloques de hormigón, tejas de techo, y en general en todos los trabajos de terminación, además de ser muy útil a la industria petrolera por sus propiedades refractarias.. 1.7. Normas de cementos mezclados. La normalización del cemento tiene sus inicios como especificaciones de fábrica a finales del siglo XIX, siendo en los comienzos del siglo XX cuando los organismos de normalización de los países industriales establecen normas de ensayo y calidad para los diversos tipos de cementos. Posteriormente, con la generalización de la normativa muchos países procedieron a establecer sus propias normas o bien, adoptar aquellas de mayor significación, hecho que. 16.

(26) Capítulo I ha obstaculizado la comparación de cementos como consecuencia de los diferentes métodos de ensayo. Actualmente, la normalización a tendido a modificarse como consecuencia de la necesidad de adaptarse a la innovación y procurar especificaciones uniformes que permitan atender convenios de comercio internacional. (González & Oswaldo, 1989). 1.7.1 Normativas Europeas El Comité Europeo de Normalización (CEN), fundado en 1961 en París constituye una Asociación de los Organismos Nacionales de Normalización de 19 países europeos, siendo actualmente los miembros Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia, Luxemburgo, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. El objetivo específico de esta Organización Europea de Normalización, de la que España forma parte desde su fundación, radica en la promoción del desarrollo del comercio y del intercambio entre los países miembros. Se encuentra constituido por varias subdivisiones entre las que se ubica la Comisión Técnica 51 (TC-51), encargada de redactar las Normas Europeas de cemento con el fin de presentar al usuario innovadoras opciones en busca de un ahorro energético y aprovechamiento de los recursos naturales y artificiales. Dentro de la normativa más recientemente aprobada en España, cabe destacar la aparición de nuevas adiciones como la puzolana natural calcinada, cenizas volantes calcáreas y esquisto calcinado, introduciendo de igual forma en los CEM II, cementos Portland con adición, dos porcentajes de sustitución, A de 6% a 20% y B de 21% a 35%, siempre para todas las adiciones admitidas, excepto para el humo de sílice en el que solo es permitido un nivel de adición A del 6% al 10%. También se establece un nivel de adición de escoria de alto horno en el cemento del 81% al 95 %, introduciéndose el cemento V/B con un porcentaje de adición de escorias del 31% al 50%, y del 31% al 50% de la suma de puzolana natural, puzolana calcinada y ceniza volante silícea. Actualmente, la mayoría de países europeos centralizan la normalización de cementos en las Normas Españolas UNE, apegándose con ello a todo lo referente a terminología, requisitos, métodos de ensayo y generalidades contenidas dentro de éstas, dentro de las cuales pueden ser mencionadas: • Norma UNE-EN 197-1:2000 Cemento. Parte 1: Composición, especificaciones y criterios de conformidad de los cementos comunes.. 17.

(27) Capítulo I • Norma UNE-EN 97-1:2000/A1: 2005 Cemento. Parte 1: composición, especificaciones y criterios de conformidad de los cementos comunes. (Inclusión de cementos de bajo calor de hidratación) • Norma UNE-EN 197-4:2005 Cemento. Parte 4: composición, especificaciones y criterios de conformidad de los cementos con escoria de horno alto y baja resistencia inicial. • Norma UNE 80303-1:2001 Cementos con características adicionales. Parte 1: cementos resistentes a los sulfatos. • Norma UNE 80303-2:2001 Cementos con características adicionales. Parte 2: cementos resistentes al agua de mar. • Norma UNE 80303-3:2001 Cementos con características adicionales. Parte 2: cementos de bajo calor de hidratación.. 1.7.2 Normas regionales (Norte, Centro y Sur América) Las Normas establecidas por la American Society for Testing and Materials (ASTM) en Estados Unidos, constituyen sin duda alguna los principales parámetros a seguir en cuanto a ensayos y materiales se refiere, encontrándose dentro de éstas la Norma ASTM C-595, en la cual se contemplan especificaciones básicas para cinco tipos de cementos mezclados destinados a usos generales en la construcción, determinándose en ella la calidad y tipo de materiales a emplear para el también establecido proceso de elaboración. Por su parte, México cuenta con la Norma Mexicana NMX - C – 414 – ONNCCE – 1999, Industria de la construcción – cementos hidráulicos – especificaciones y métodos de prueba, establecida por el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y edificación, regula desde 1999 los rangos de los componentes que forman los cementos Portland puzolánicos, diseñados éstos especialmente para la construcción sobre suelos salinos además de presentar un excelente comportamiento en obras expuestas a ambientes químicamente agresivos. De igual forma se encuentra vigente la Norma NMX-C-273ONNCCE, Determinación de la actividad hidráulica de las adiciones con cemento Portland. En el año 1935, es fundado por un grupo de instituciones públicas y privadas el Instituto Argentino de Normalización y Certificación (IRAM), constituyendo el Primer Instituto de Normas de Latinoamérica. En 1999, se realiza una revisión de las de las Normas IRAM establecidas con el propósito de simplificar la aplicación del conjunto de normas relacionadas con las características y requisitos de los distintos tipos y clases de cementos comercializados en el país.. 18.

(28) Capítulo I De esta manera, son creados dos nuevos documentos en los que se resume toda la información técnica contenida en trece normas. • Norma IRAM 50000:2000 - Cemento para uso general. Composición, características, evaluación de la conformidad y condiciones de recepción, en la que se contemplan los componentes de los cementos para uso general basados en clínquer de cemento Portland, así como las proporciones en que deben ser combinados para producir una serie de tipos y clases de cemento, incluyendo también sus exigencias mecánicas, físicas y químicas además de sus condiciones de recepción. • Norma IRAM 50001:2000 - Cemento. Cemento con propiedades especiales en la que se especifican los requisitos que deben cumplir este tipo de cementos para su empleo en aplicaciones de características particulares. En Perú, el Comité Técnico de Normalización de Cementos y Cales, utilizó como antecedente la norma ASTM C-595 para la elaboración de la Norma Técnica Peruana NTP 334.090:2001, en la cual se establecen los requisitos que deben cumplir los cementos Portland mezclados de uso general en la construcción. Las normas nacionales sobre cemento comprende la Norma NTP 334.009 que contempla los cinco tipos de cemento Portland, las Normas NTP 334.044 y la NTP 334.049 sobre cementos Portland puzolánico y Portland de escoria respectivamente, así como la Norma NTP 334.073 del cemento Portland compuesto y la Norma NTP 334.082 sobre cemento Portland adicionado. La Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN), organismo creado en 1958 con la misión de planificar, coordinar y desarrollar las actividades de Normalización y Certificación de Calidad en Venezuela, establece actualmente la Norma COVENIN 3134-04, Cemento Portland con adiciones, la Norma Obligatoria COVENIN 0935-04, Especificaciones para cementos Portland con escoria, y la Norma COVENIN 0028-93, Cemento Portland especificaciones. La Norma Chilena NCh 148 Of 68, establecida por el Instituto Nacional de Normalización (INN), especifica una clasificación de cementos de acuerdo a los componentes, clasificándolos en cementos Portland al estar compuestos únicamente por clínquer con bajo porcentaje de yeso; cementos Portland siderúrgicos al contener éstos clínquer, escoria en un porcentaje menor al 30% y yeso; cementos Siderúrgicos, cuando la escoria de alto horno está presente en porcentajes comprendidos entre 30% y 75%, y por último; cementos puzolánicos, cuando el porcentaje de puzolana está entre 30% y 50 %. En Colombia, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, constituye el organismo nacional de normalización encargado de establecer las. 19.

(29) Capítulo I especificaciones de calidad en muchos casos adaptadas de los estándares de la normalización ASTM. En este sentido, las normas NTC 121 y NTC 321 establecen las propiedades físicas, mecánicas y especificaciones químicas de los cementos Portland, mientras las normas NTC 30 y 31 clasifican y definen los tipos de cementos. Las normas colombianas, NTC, contemplan la posibilidad de añadirle al cemento Portland otros materiales y productos de adición, además del clínquer y el yeso, siempre que éstos no afecten las propiedades del cemento resultante. El Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN), establece la Norma INEN 490 basada en la Norma ASTM C-595, en la que se dictan los requisitos y especificaciones para los cementos Portland compuestos, o bien, aquellos constituidos con un componente adicional de tipo mineral con potencial hidráulico, como el caso de la puzolana y la escoria. La Asociación Brasileña de Normas Técnicas, ABNT, fundada en 1940, cuenta con Comités Técnicos de Normalización entre los que se encuentra el Comité ABNT/CB-02 encargado de la Normalización del área de la construcción civil, encontrándose establecidas las Normas NBR 5732: Cemento Portland común, NBR 5735: Cemento Portland de alto horno, Norma: NBR 5736 Cemento puzolánico y Norma NBR 11578: Cemento Portland compuesto. Por su parte, en Costa Rica el Instituto Costarricense del Cemento y del Concreto (ICCYC), ha establecido la Norma NCR 40:1990, Norma para cementos Hidráulicos, en la que se incluyen definiciones tanto de los cementos Portland, cementos Portland puzolánicos, cementos Portland modificados con puzolana y cementos Portland modificados con caliza, así como de los componentes, estableciendo la clasificación del material de acuerdo a especificaciones y tipos. La Norma Técnica Obligatoria Nicaragüenses NTON 12 006 – 03: Fabricación, uso y manejo del cemento, preparada por el Comité Técnico de la Construcción de la Comisión Técnica de Normalización y Calidad, establece los requisitos químicos, físicos y de desempeño de los cementos, así como los requerimientos para el empaque, transporte, almacenamiento y uso de los mismos. Esta norma aplica a todos los cementos comercializados en aquella nación bajo las Normas ASTM C-91, ASTM C-150 (Standard Specification for Portland Cement) y ASTM C-595. En Honduras no se encuentra establecida norma alguna por parte de una entidad nacional que dicte especificaciones estándar del cemento, desarrollándose una producción apegada a las Norma ASTM C-595. En Guatemala La Norma COGUANOR 41-001, Cementos definiciones y nomenclatura, tiene por objeto establecer la nomenclatura y definiciones de los distintos tipos de cementos,. 20.

(30) Capítulo I encontrándose definida dentro de la misma el cemento Portland de escoria de alto horno, cemento Portland puzolánico, cemento Portland adicionado, entre otros.. 1.8. Especificaciones para cementos de albañilería. Según la NC 526-07, el cemento de albañilería se emplea para morteros en construcciones de albañilería o enlucido, o en ambos, el cual contiene materiales plastificantes y posiblemente, otras adiciones para elevar esta función. En la norma europea UNE-EN 413-1: 94 el cemento de albañilería se define como un conglomerante hidráulico pulverulento, que se basa esencialmente en la presencia de clínquer portland para desarrollar resistencia mecánica. Cuando se mezcla con arena y agua únicamente, sin la adición de otros materiales, produce un mortero trabajable apropiado para su uso en enlucidos interiores y exteriores y trabajos de albañilería. El grupo de propiedades que caracterizan al cemento en su uso final como aglomerante hidráulico definen su calidad en hormigones y morteros. Dichas propiedades son importantes para la fabricación, la ejecución y la vida útil de los productos para los cuales el cemento es utilizado. Para cumplir con las propiedades antes mencionadas se hace necesaria la existencia de normativas que regulen las condiciones en que se deben encontrar los cementos, en función del uso y características para lo cual se diseñan. De ahí que a nivel nacional e internacional para los cementos de albañilería existen especificaciones como las que se presentan en las Tablas 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 y 1.6.. Tabla 1.2 Especificaciones de calidad para cemento de albañilería según la NC 97:2011 Grado Método de índice Requisito UM CA-160 ensayo Físicos Retenido tamiz 4 900 mallas (máx.) % 15 NC 54-207 Tiempo de fraguado inicial (mín.) mín 60 Tiempo de fraguado final (máx.) Estabilidad de volumen por Le Chatelier (máx.) Mecánico Resistencia a compresión (mín.) 7 días 28 días Químico Trióxido de Azufre (máx.). h. 12. mín. 10. kgf/cm 100 (MPa) 160 % 3,5. NC 54-206. Fuente: Norma Cubana 97:2011. 21.

(31) Capítulo I Tabla 1.3 Especificaciones de calidad de cementos de albañilería según normas internacionales Requisitos físicos. Tipo de cemento de albañilería Norma de ensayo N 24 1. S 24 1. M 24 1. Finura, resido tamiz de 45µm ASTM C 430 Expansión en autoclave NCh 3121/3 Tiempo de fraguado ASTM C 266 Inicial 120 90 90 Final 1000 1000 1000 Resistencia a la compresión NCh 3121/3 7 días 3,4 9 12,4 28 días 6,2 14,5 20 Contenido de aire del mortero NCh 3121/3 Vol. Min 8 8 8 Vol. Max 21 19 19 Retención de agua 70 70 70 NCh 2259 Fuente: Norma Chilena (3121/1-2010 y Guatemalteca (NTG 41096) Tabla 1.4 Especificaciones físico-mecánicas para cemento de albañilería según la EN 196 Tipo y Resistencia a compresión Tiempo de Finura sobre Estabilidad clase de (N/mm2) fraguado tamiz de de volumen resistencia UNE-EN 196-1 UNE-EN 413-2 90µm UNE-EN 196-3 UNE 80122 7 días 28 días Inicio Final Residuo (%) Expansión (min) (horas) (mm) MC 5 …. ≥5 ≤15 ≥60 ≤15 ≤15 ≤10 MC 12,5 MC 12,5 X ≥7 ≥12,5 ≤32,5 MC22,5X ≥10 ≥22,5 ≤42,5 Fuente: Norma Europea EN 196 Tabla 1.5 Especificaciones de calidad para cemento de albañilería según la ASTM C 91 Cemento de índice Requisito UM albañilería Físicos Retenido tamiz 4 900 mallas (máx.) % 24 Tiempo de fraguado inicial (mín.) mín 120 Tiempo de fraguado final (máx.). h. Resistencia 7 días MPa 28 días Expansión en autoclave % Fuente: Norma americana ASTM C 91. 17 3.4 6.2 1. 22.

(32) Capítulo I. Tabla 1.6 Requisitos Físicos del Cemento de Mampostería.. Tipo de cemento de mampostería N Finura, residuo de tamiz de 45 μm (Nº 24 325) máx. % Expansión Autoclave, máx. . % 1.0 Tiempo de fraguado, método de min hr Gillmore: Inicial, no menor que 120 2 Final, no mayor que 1440 24 Esfuerzo a la compresión (promedio de 3 cubos) El esfuerzo a la compresión de 3 cubos de mortero, compuestos de 1 parte de cemento y 3 partes de arena mezclada (mitad estándar y mitad arena estándar 20-30) por volumen, preparado y probado de acuerdo con esta especificación, debe ser igual o mayor a los valores especificados para las edades indicadas a continuación. 7 días 28 días Contenido de aire del mortero, preparado y probado de acuerdo con los requisitos de esta especificación: Mínimo, volumen % 8 8 8. S 24. M 24. 1.0. 1.0. min. hr. min. hr. 90 1440. 5 24. 90 1440. 1.5 24. Mpa. psi. Mpa. psi. Mpa. psi. 3.4 6.2. 500 900. 9.0 14.5. 1300 2100. 12.4 20.0. 1800 2900. 8. 8. 8. Máximo, volumen %. 21. 19. 19. Retención de agua, mínimo % del flujo original 70 70 70. 70. 70. 70. Fuente: Manual de Tecnología del Concreto (CFE), Sección 1.. 1.9. Técnicas y métodos de ensayo 1.9.1 Ensayos que se le realizan al cemento según la norma cubana NC96:2001. El cemento es un material conformado por varias materias primas, por ello las reacciones que es capaz de ocasionar son variadas, de ahí se hace necesario someterlo a ensayos como:. 23.