Materiales T7: cemento

• Cemento


  Conglomerantes hidráulicos (naturaleza inorgánica y mineral) que convenientemente amasados con agua forman pastas que fraguan y endurecen a causa de las reacciones de hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos resistentes y estables, al aire y/o bajo el agua
• Materias primas


  • Dióxido de sílice (SiO2)
  • Alúmina (Al2O3)
  • Óxido de hierro (Fe2O3)
  • Óxido de calcio (CaO)
  • Yeso (SH o bien DH)
  • Adiciones: subproductos y residuos sustitutivos de materias primas naturales
• Fabricación de clinker


  1. Obtención y trituración de materias primas

  2. Homogeneización, molienda del ''crudo'', y precalentamiento

  3. Formación del clínker en horno y enfriamiento posterior

  4. Molienda de clínker, mezcla de adiciones/aditivos y expedición
• Clínker


  m. primera del cemento formada por la calcinación de calizas y/o dolomía (~75%) y arcillas (~25%) a unas temperaturas de ~450ºC

  
• Fases del clínker


  • Silicato tricálcico (C3S = 3CaO·SiO2)
  • Silicato bicálcico (C2S = 2CaO·SiO2)
  • Aluminato tricálcico (C3A = 3CaO·Al2O3)
  • Ferroaluminato tetracálcico (C4AF = 4CaO·Al2O·Fe2O3)
  • Otros: Cal libre (C), álcalis (eflorescencias), óxido de magnesio (M)
• Propiedades del cemento dadas por los componentes del clínker

  • Resistencia mecánica a compresión
  • Estabilidad química
  • Estabilidad de volumen
  • Calor de hidratación: temperatura de la masa
  • Velocidad de hidratación: Condiciona el ritmo del fraguado y endurecimiento
• Yeso (SH/DH)


  Regula el fraguado evitando el fraguado instantáneo del C3A
• Efectos del yeso durante la hidratación

  • Posible falso fraguado (solo fragua yeso, no cemento)
  • Formación 'temporal' de etringita primaria (sal de Ettringer)
• Adiciones


  • Físicamente, ayudando a dispersar el cemento
  • Hidráulicamente, hidratándose al combinarse químicamente con agua y formando compuestos insolubles
  • Puzolánicamente, combinándose con la cal libre
• Tipos de adiciones según hidraulicidad

  • Básicas: hidráulicas por sí solas
  • Ácidas: No son hidráulicas por sí mismas
  • Neutras: sin reacción en los componentes
• Ejemplos de adiciones


  • Escorias siderúrgicas (S)
  • Esquistos calcinados (T)
  • Cenizas volantes silíceas (V) o calcáreas (W)
  • Humo de sílice (D)
  • Puzolanas naturales (P) y artificiales (Q)
  • Filler calizo (L<0'50%/LL<0'20%)
• Hidratación del cemento portland. Fraguado y endurecimiento

  1. Fases sólidas (''materia'')

  2. ''Fases huecas'' (poros)

  3. Agua
• Fraguado


  Medición: Aguja de Vicat. El tiempo de fraguado se determina observando la penetración de la aguja en una pasta de cemento
• Propiedades del cemento tras fraguado y endurecimiento


  • Fraguado y endurecimiento: ¾ ~ 1h a <12h
  • Calor de hidratación: En función del contenido de C3S, C3A
  • Resistencia mecánica: clases 32,5-42,5-52,5 MPa
  • Durabilidad: inversamente proporcional a la presencia de C3A, C4AF y a la cantidad de agua. Proporcional al % de escoria y puzolana
  • Color: blanco en ausencia de C4AF
• Tipos de cementos comunes


  • CEM I: portland
  • CEM II: portland con adiciones
  • CEM III: con escoria de alto horno
  • CEM IV: puzolánico (D/P/Q/V/W)
  • CEM V: compuesto (S + P/Q/V)
  • Cementos de aluminato de calcio (CAC)
  • Cementos de albañilería (MC)
  • Cementos especiales de muy bajo calor de hidratación (VLH)

  
• Cementos sujetos al Real Decreto 1313/1988

  • Cementos blancos (BL)
  • Cementos resistentes a los sulfatos (SR)
  • Cementos resistentes al agua de mar (MR)
  • Cementos para usos especiales (ESP)
• Aplicaciones y productos derivados

  • Hormigones
  • Morteros pasta de agarre
  • Morteros recrecidos
  • Morteros revestimiento
  • Bloques de hormigón
• Adiciones básicas

  • Escoria siderurgicas S: reducen porosidad, mejoran durabilidad y permiten reducir relación a/c
  • Esquistos calcinados T: sus propiedades hidráulicas son similares al cemento Portland
• Adiciones acidas

  • Cenizas volantes silíceas V o calcáreas W: aumentan el requerimiento de agua produciendo pastas con poros más finos, mayor resistencia y menor permeabilidad
  • Humo de sílice D: reducen el calor de hidratación, incrementan la resistencia a largo plazo y mejoran la durabilidad
  • Puzolanas P: reducen el calor de hidratación, incrementa la resistencia a largo plazo y mejoran durabilidad
• Adiciones neutras

  • Filler calizo L/ LL: granulometria determinado para favorecer la dispersión del cemento en el agua, mejoran su trabajabilidad, aumenta la retención de agua y disminuye la retracción
• CEM I

  • composicion: portland 95 - 100%
  • Prefabricacion de resistencia Alta o muy alta
• CEM II


  Composición: portland 65 - 94% + adiciones 6 - 35%

  Adiciones

  1. Escoria siderúrgica : medios marítimos CEM I—S
  2. Humo de sílice: hormigones de alta resistencia CEMII - D
  3. Puzolanas y esquistos: uso universal CEMII-P/T/Q
  4. Ceniza volante CEMII-V/W
  5. filler calizo: buena trabajabilidad CEM II - L/LL
  6. Mixto: Albañileria CEM II- M…
• CEM III

  • Escorias de alto horno S (36 - 95%)
  • Muy finos, requieren más agua
  • Fríos y resistentes al silicato y cloró
• CEM IV

  • Puzolanico D/P/Q/V/W (11 - 55%)
  • Dociles y fríos con mayor fluencia y retraccion
• CEM V

  • Compuesto S + P/Q/V (36 - 95%)
  • variables. Para carreteras y albañilería
• ESP VI


  Muy lentos y fríos, para grandes masas, suelos y carreteras
• Fases fabricación cemento


  0 - 200 ºC: secado del crudo

  200 - 700 ºC: eliminación agua combinada e impurezas orgánicas, calcinación del óxido de magnesio

  700 - 1100 ºC: disociación carbonatos y descomposicion de minerales arcillosos

  1100 - 1250 ºC: reacciones exotermicas

  1300 - 1450 - 1300 ºC: sinterizacion. Formación de C3S. Aglutinación de partículas finas (nódulos)

  1300 - 1100 ºC: enfriamiento