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1. QUÍMICA DEL CEMENTO 5 2. REACCIONES DEL CEMENTO PORTLAND CON EL AGUA 6 3. FRAGUADO 7 4. ENDURECIMIENTO DE PASTA 8 5. PROPIEDADES FÍSICAS 8 6. TIPOS DE CEMENTO 11 7. REQUISITOS QUÌMICOS 12 8. REQUISITOS FÍSICOS 12 9. PROPIEDADES DEL CEMENTO PORTLAND 13 10. REQUISITOS DE OBRA 14 11. MANEJO Y ALMACENAMIENTO 14 12. INFLUENCIA DE LOS ADITIVOS SOBRE EL CEMENTO 15 13. ADICIONES
Tipo: Monografías, Ensayos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE BARRANCA
TECNOLOGÍA DE CONCRETO PROFESOR: Gabriel Francisco Ocaña Rojas ALUMNA: Gonzales Avila Geraldinn CICLO: IV Barranca-Perú
Los cuatro compuestos principales del Clinker suponen del 90% al 95% del total. El porcentaje restante corresponde a los llamados compuestos secundarios, los cuales pueden agruparse en: o Oxido de cal libre o Oxido de magnesia o Óxidos de sodio y potasio o Cantidades pequeñas de otros óxidos a) Cal libre: Es una cal calcinada a muy alta temperatura y, en consecuencia, su hidratación transcurre lentamente. La meteorización, debida a las sensibilidades del cemento a la humedad y al anhidrido carbónico de la atmósfera, favorece la hidratación y carbonatación de la cal libre y tiende a evitar la expansión del cemento debido a la presencia de la misma. b) Oxido de magnesia: Tiene papel apreciable como fundente en la formación de Clinker, siendo, además elemento portador de fasee líquida. Además, es el responsable del color grisáceo del cemento, sin ellos tienden a un tono color café. Sin embargo, la hidratación, aumento de volumen y expansión de la magnesia da como resultados fenómenos de dilatación y agrietamiento del concreto, en una acción a largo plazo. c) Oxido de sodio y potasio: Si bien parte de los álcalis se volatilizan en el horno, pudiendo el fabricante disminuir el tanto por ciento por aumento de la temperatura del horno o la duración de la cochura, parte permanecen incorporados al Clinker.
Cuando el cemento se mezcla con el agua, las reacciones químicas que se producen originan cambios en la estructura de la pasta, conservando la mezcla su plasticidad durante un cierto tiempo, desde pocos minutos hasta varias horas, para luego ocurrir varios fenómenos sucesivos. Un claro ejemplo es cuando la partícula de cemento se pone en contacto con agua tiene la capacidad de hidratarse y formar silicatos de calcio hidratados SCH o gel de cemento; Estos productos de hidratación crecen de tal forma que la partícula de cemento hidratado ocupará aproximadamente el doble de volumen que ocupaba antes de hidratarse. Como consecuencia de la hidratación, las principales reacciones son:
✓ Un aumento relativamente brusco de la viscosidad acompañado de una elevación de temperatura de la pasta. A este proceso se le conoce como principio de fraguado o fraguado inicial. ✓ Después de un periodo de algunas horas, la pasta se vuelve indeformable y se transforma en un bloque rígido. A este momento se le conoce como el fin de fraguado o fraguado final. No corresponde a un fenómeno particular como el principio de fraguado, su determinación en tan solo teórica o convencional. ✓ La resistencia aumenta con regularidad a medida que transcurre el tiempo. Es el proceso de endurecimiento.
Fraguado se refiere al paso de la mezcla del estado fluido o plástico al estado sólido. Aunque durante el fraguado la pasta adquiere alguna resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este último término se refiere al aumento de resistencia de una pasta de cemento fraguada. El fraguado es causado por una hidratación selectiva de los componentes principales. El C3A puro al entrar en contacto con agua presenta una reacción muy violenta y lleva a un inmediato endurecimiento, esto produce un aspecto desfavorable en el cemento debido a que las mezclas endurecerían a muy corto plazo y no podrían ser transportadas y colocadas sino con muchos problemas. Para prevenir esto, al Clinker se le agrega yeso (CaSO4.2H2O); el C3A y el yeso reaccionan para formar un compuesto inestable e insoluble llamado sulfoaluminato de calcio (3CaO.AL2O3.3CaSO4.31H2O). Posteriormente, los silicatos empiezan a hidratarse y comienza por consiguiente a fraguar formando una pasta de consistencia semisólida (fraguado inicial); luego el sulfoaluminato de calcio se descompone lentamente dejando libre al C3A que se hidrata conjuntamente con el C4AF dándole a la pasta una consistencia sólida produciendo de esta forma el fraguado final.
El peso específico del cemento corresponde al material al estado compacto. Su valor suele varias, para los cementos portland normales, entre 3 y 3.2. Las normas norteamericanas consideran un valor promedio de 3.15 y las normas alemanas e inglesas un valor promedio de 3.2. Usualmente en Perú se considera un valor de 2.97 para los cementos tipo IP y IPM. Su determinación del peso específico es necesaria para e control y diseño de mezclas del concreto. Se sigue las recomendaciones de la norma ASTM C 188. 5.2. FINEZA La importancia de la fineza en el cemento radica en que a mayor finura el cemento desarrolla mayor resistencia, pero desprende más calor; esto es debido principalmente, a que granos gruesos pueden durar varios años en hidratarse, e inclusive no llegar jamás a realizarlo totalmente, mientras que, cuanto más fino sea el cemento, mayor será la cantidad de material que se hidrata, ya que la superficie total en contacto con el agua es mucho más grande. Al hidratarse un mayor porcentaje de la masa total del cemento, ésta masa reacciona, logrando un desarrollo más alto de resistencia, pero como desprende calor al realizar este proceso, también será mayor la cantidad de calor desprendido. La fineza del cemento se puede calcular mediante el tamizado. El ensayo de tamizado (Figura No. 1.5), consiste en hacer pasar una cantidad de material ( g por el tamiz 74μm (#200) o 1 g por el método de lavado por el tamiz 44 μm (#325)); se determina la cantidad de partículas en porcentaje por masa que queda retenido en el tamiz. Siendo: Rc: Porcentaje retenido Rs: Masa del material retenido c: Factor de corrección del tamiz
La presencia de cantidades excesivas de aire en el cemento puede ser un factor que contribuya a reducir la resistencia de los concretos preparados con éste. El ensayo de contenido de aire da un índice indirecto de la fineza y grado de molienda del cemento. 5.4. FRAGUADO Se refiere al cambio de fluido al estado sólido. Se dice que la pasta de cemento portland ha fraguado cuando está lo suficientemente rígida como para soportar una presión arbitraria definida. Se divide en dos tiempos; el comienzo y el fin de la fragua. Cuando la pasta del cemento ha logrado la fragua final, empieza un nuevo periodo de incremento de su rigidez y resistencia denominado “endurecimiento”. 5.5. RESISTENCIAS MECÁNICAS Es la propiedad física que define la capacidad del mismo para poder soportar esfuerzos sin falla y normalmente se emplea como uno de los criterios de aceptación por ser la más requerida desde el punto de vista estructural. La velocidad de desarrollo de la resistencia es mayor durante el periodo inicial de su endurecimiento y tiende a disminuir gradualmente en el tiempo. El valor de la resistencia a los 28 días se considera como la resistencia del cemento. 5.6. RETRACCIOÓN Y EXPANSIÓN La elevada porosidad de la pasta de cemento, que puede alcanzar al 40% del volumen para la hidratación completa, conjuntamente con la subdivisión muy fina de estos espacios porosos, da lugar a que se presenten durante la desecación y humidificación de la masa aglomerada variaciones volumétricas que se designan con los nombres de retracción y expansión, algunos de estos cambios son importantes que se manifiestan en agrietamiento de los elementos. 5.7. CALOR DE HIDRATACIÓN El fraguado y endurecimiento de la pasta es un proceso químico por lo que, durante las reacciones que tienen lugar entre los compuestos del cemento y el agua, la hidratación del cemento es acompañado por la liberación de una cantidad de calor, la cual depende principalmente de la composición química y de la fineza del cemento. El calor de hidratación de los cementos normales es de 85 a 1000 cal/gr, por lo que en las condiciones normales de construcción el calor se dispara rápidamente por radiación, siendo los cambios de temperatura dentro de la estructura relativamente pequeños y probablemente de pocas consecuencias.
✓ CEMENTO PORTLAND CON INCORPORADORES DE AIRE : Son aquellos a los que se les adiciona un material incorporador de aire durante la pulverización; para identificarlos se les coloca una "A" así por ejemplo cemento Portland tipo 1-A o tipo 3-A, etc. ✓ CEMENTO PORTLAND BLANCO: Es el que se obtiene con materiales debidamente seleccionados que le confieren una coloración blanca; prácticamente cumple las especificaciones del cemento Portland tipo 1 (NTC 1362). La resistencia relativa de los concretos hechos con los diferentes tipos de cemento Portland, tomando como base para la comparación el cemento Portland tipo 1, se muestra a continuación. Estos valores son característicos para los concretos con curado húmedo hasta el momento en que se prueban.
El cemento elegido deberá cumplir con los requisitos químicos y limitaciones indicados en las normas ASMT o NTP correspondientes. Si el cemento se emplea con agregados potencialmente reactivos su contenido de álcalis no será mayor del 0.6% calculado como el porcentaje de Na2O + 0.658 K2O Si al emplear cemento tipo II se requiere moderado calor de hidratación, la suma de tricálcico (C3S) más el aluminato tricálcico (C3A) no deberá exceder del 58% Si se emplea cemento tupo V, la suma del aluminio ferrito tetracíclico (C4AF) más el doble del aluminato tricálcico (C3A) no deberá exceder del 20%
En aquellos casos en que no sea conocida, la superficie específica se considerará de 3200 cm2/gr para los cementos portland normales y de 4700 cm2/gr para los cementos puzolánicos. Para la determinación de la superficie específicas se utilizará el método Blaine.
En aquellos casos en que no sea conocido el valor real, se considerará para el cemento portland normal un peso específico de 3.15 y de 2.97 para los cementos puzolánicos
La mayor parte de las especificaciones para cemento Portland establecen límites a la composición química y algunas propiedades físicas (NTC 121 y 321),1.6.7 por lo tanto, el conocimiento de algunas de estas propiedades es provechoso para interpretar los resultados de las pruebas del cemento. 9.1. DENSIDAD: La densidad del cemento Portland varía generalmente entre 2,90 y 3,20 g/cm3 dependiendo básicamente de la cantidad y densidad del material puzolánico que se adicione. La densidad de un cemento no indica la calidad del mismo; su uso principal radica en dosificación y control de mezclas. 9.2. FINURA : La importancia de la finura en el cemento radica en que a mayor finura el cemento desarrolla mayor resistencia pero desprende más calor; esto es debido principalmente, a que granos gruesos pueden durar varios años en hidratarse, e inclusive no llegar jamás a realizarlo totalmente, mientras que, cuanto más fino sea el cemento, mayor será la cantidad de material que se hidrata, ya que la superficie total en contacto con el agua es mucho más grande. Al hidratarse un mayor porcentaje de la masa total del cemento, ésta masa reacciona, logrando un desarrollo más alto de resistencia, pero como desprende calor al realizar este proceso, también será mayor la cantidad de calor desprendido. 9.3. CONSISTENCIA NORMAL : Con el propósito de poder determinar algunas propiedades del cemento como tiempos de fraguado o estabilidad volumétrica, se debe realizar una mezcla de cemento y agua llamada pasta; puesto que las propiedades de la pasta se ven afectadas por las cantidades de cada uno de los componentes que entran a formar parte de la mezcla, se debe preparar una pasta "normalizada", con la cantidad de agua necesaria para que la hidratación del cemento sea lo más exacta posible; ésta pasta se denomina de consistencia normal. 9.4. CALOR DE HIDRATACIÓN : El calor de hidratación es el calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende principalmente de la composición química del cemento; a tasa de generación de calor la afecta la finura y temperatura de curado, así como la composición química.
Se denomina aditivos ala sustancias añadidas a los componentes fundamentales del concreto con el propósito de modificar alguna de sus propiedades y hacerlo mejor para el fin al que se destine. Los aditivos son utilizados principalmente para mejorar una o varias de las siguientes características del concreto:
Una clasificación de aditivos en función de sus defectos no es fácil debido a que ellos pueden ser clasificados genéricamente o con relación a los efectos característicos derivados de su empleo; pueden modificar mas de una propiedad del concreto; así como que a los diversos productos existentes en el mercado no cumplen las mismas expectativas.
En la clasificación debe considerarse que las múltiples posibilidades derivadas del empleo de adictivos, el constante desarrollo de materiales nuevos o modificaciones de los ya conocidos; y la variación de los efectos con los diferentes materiales integrantes del concreto, son factores que impiden presentar una clasificación demasiado extensa. Adicionalmente debe indicarse que los adictivos comerciales pueden contener en su composición materiales los cuales, separadamente podrían ser incluidos en dos o más grupos, o podrían ser cubiertos por dos o más Normas ASTM o recomendaciones ACI. En las clasificaciones que a continuación se presentan, aquellos aditivos que poseen propiedades identificables con más de un grupo son considerados en aquel que identifica a sus efectos más importantes. De acuerdo a la Norma ASTM C 494, los aditivos se clasifican en: o TIPO A: Reductores de agua. o TIPO B: Retardantes de fragua. o TIPO C: Acelerantes. o TIPO D: Reductores de agua-retardadores de fragua. o TIPO E: Reductores de agua-acelerantes. o TIPO F: Super reductores de Agua. o TIPO G: Super reductores de agua-Acelerantes. Existen otros tipos de clasificaciones de aditivos de acuerdo a los efectos de su empleo o a los tipos de materiales constituyentes. La Recomendación ACI 212 clasifica a los aditivos en los siguientes grupos: a) ACELERANTES, los cuales tienen por finalidad incrementar significativamente al desarrollo inicial de resistencia en compresión y/o acortar el tiempo de fraguado deberán cumplir con los requisitos de las normas ASTM C 494 o C 1017, o de las Normas NTP 339.086 o 339 087. b) INCORPORADORES DE AIRE, los cuales tienen por objetivo mejorar el comportamiento del concreto frente a los procesos de congelación y deshielo que se producen en sus poros capilares cuando el esta saturado y sometido a temperaturas bajo QC. Estos aditivos deberán cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339 086 ó de la Norma ASTM C 260. c) REDUCTORES DE AGUA Y REGULADORES DE FRAGUA, los cuales tienen por finalidad reducir los requisitos de agua de la mezcla o modificar las condiciones de fraguado de la misma, o ambas deberán cumplir con los requisitos de las Normas NTP 339.086 ó 339.087, o de las Normas ASTM C 494 ó C 1017. d) ADITIVOS MINERALES, ya sean cementantes o puzolánicos, los cuales tienen por finalidad mejorar el comportamiento al estado fresco de mezclas deficientes en las partículas muy finas y, en algunos casos, incrementar la resistencia final del concreto. Las puzolanas y las cenizas deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 618. Las escorias
El comportamiento de un cemento en el concreto puede ser afectado por las condiciones bajo las cuales el cemento es almacenado y por su manejo durante la entrega.. En climas húmedos o bajo condiciones de humedad ambiente, el cemento puede llenarse de trozos endurecidos en cuatro a seis semanas. La presencia de terrones es una evidencia de reacción con la humedad, condición referida como fraguado en depósito y definida como «la hidratación parcial de un cemento almacenado por un tiempo y expuesto a humedad atmosférica, o a compactación mecánica, ocurridas durante el almacenaje». La tendencia del cemento a hacer prehidratación depende de muchos factores incluyendo composición química temperatura de almacenamiento, temperatura de molienda, y humedad disponible durante la molienda. Su efecto sobre la calidad del cemento es generalmente despreciable, pero puede causar falsa fragua y una ligera pérdida en el desarrollo de resistencia.
El cemento debe ser caracterizado en función de sus efectos sobre las propiedades del concreto y en forma secundaria en función de su composición química. Para propiedades tales como la resistencia y estabilidad de volumen, existen ensayos rápidos y aceptables Para otras que implican ensayos en el largo plazo, el tiempo requerido por estos y la dificultad de duplicar las condiciones de trabajo obligan a aceptar predicciones de comportamiento en el largo plazo a partir de resultados conocidos. Por lo tanto, una adecuada selección del cemento a fin de cumplir con propiedades especificas o condiciones especiales de servicio, puede únicamente realizarse si se entiende la influencia del cemento sobre las propiedades individuales del concreto
El usuario debe conocer si los cementos que compra cumplen con los requisitos establecidos en las especificaciones y se puede lograr un nivel adecuado de uniformidad Las especificaciones del Proyecto o la supervisión determinarán siempre la frecuencia de la toma de muestras. El cemento se muestreará siguiendo el procedimiento indicado den la Norma ASTM C 183 o en la Norma NTP 334 037 .
