CEMENTO PÓRTLAND COMPUESTO PROPIEDADES Y RECOMENDACIONES DE USO

Transcripción

1 Ing. Edgardo Becker Líder de Asesoría Técnica LOMA NEGRA C.I.A.S.A. CEMENTO PÓRTLAND COMPUESTO PROPIEDADES Y RECOMENDACIONES DE USO El cemento pórtland compuesto (en adelante CPC) es sin dudas la última gran novedad del mercado del cemento en Argentina. Se trata de un cemento compuesto principalmente por clinker pórtland más una combinación de adiciones minerales como escoria granulada de alto horno, filler calcáreo y puzolanas (naturales y/o artificiales). La norma IRAM que especifica los requerimientos de composición y comportamiento de los cementos tipo pórtland indica que el CPC deben fabricarse con un mínimo de 65 % de clinker + yeso en masa más la combinación de al menos dos de las adiciones minerales antes mencionadas. En otros trabajos [1][2][3][4] ya se han explicado las características propias de las adiciones minerales y su influencia sobre el comportamiento en los distintos tipos de cemento (CAH cemento de alto horno, CPE cemento pórtland con escoria de alto horno, CPF cemento pórtland con filler calcáreo y CPP cemento pórtland puzolánico). En este trabajo se intentará explicar las características de un cemento que resulta ser una especie de mezcla de varios de estos para obtener un producto con personalidad aunque, sin embargo, mantiene ciertas propiedades de cada uno de ellos. El CPC marca LOMA NEGRA se fabrica realizando una conveniente combinación de adiciones y técnicas de fabricación a través de las cuales se obtiene un producto con un excelente comportamiento en estado fresco (asimilable al CPF cemento pórtland con filler calcáreo) y un razonable desarrollo de resistencia (asimilable al CPN cemento pórtland normal). CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS RELEVANTES DEL CPC 40 De acuerdo a las definiciones y requerimientos de la norma IRAM , el cemento pórtland compuesto responde a la categoría 40, es decir, un mortero normalizado (relación cemento:arena normal de 1:3 en masa y a/c = 0,50) elaborado con este producto, curado en condiciones normales y sometido al ensayo de compresión obtiene resistencias superiores a 40 MPa (408 kg/cm 2 ) e inferiores a 60 MPa (612 kg/cm 2 ). A continuación se indicarán algunas de las características propias del producto y su influencia sobre el hormigón: INFLUENCIA DEL CPC SOBRE EL ESTADO FRESCO DEL HORMIGÓN Adicionalmente a las características propias del clinker pórtland utilizado, las propiedades reológicas de la pasta, el mortero y del hormigón dependen de la cantidad y calidad de las adiciones minerales, su finura y distribución de partículas, sin olvidar la influencia del sulfato de calcio adicionado durante la molienda de cemento como moderador de la reacción del AC 3 (aluminato tricálcico). En lo siguiente se mencionará la influencia del CPC40 sobre algunas propiedades del estado fresco: Demanda de Agua: El CPC40 presenta una demanda de agua relativamente baja. En la figura N 1 puede apreciarse la demanda relativa de agua para hormigones con similares CUC (contenido unitario de cemento) y relación de agregados, encontrándose que el CPC40 presenta una demanda algo inferior a los cementos CPN y CAH. También puede apreciarse que el conjunto de cementos CPC, CPN y CAH están en un rango y el CPP en otro con demandas bastante mayores. Evidentemente esta característica

2 resulta ampliamente beneficiosa ya que una baja demanda de agua supone la obtención de una baja relación a/c (agua/cemento en masa) y, consecuentemente, una mayor resistencia. Otro aspecto a considerar es la contracción por secado. Sabiendo que esta depende de las características de los productos de hidratación, cantidad y características de los agregados y, fundamentalmente, del contenido de agua en la mezcla, resulta importante destacar que, en general, los hormigones elaborados con CPC presentan una menor contracción que otros de similar CUC y asentamiento elaborados con otros cementos. Sin embargo, los constructores de pisos y pavimentos deberán estar más atentos en proteger la superficie del hormigón durante los primeros minutos/horas CPP30 Demanda de Agua [litros/m 3 ] CAH40 CPN40 CPC Asentamiento [cm] debido a que existe una menor cantidad de agua de exudación y, consecuentemente, la superficie desprotegida tenderá a secarse más fácilmente aumentando el riesgo a fisuración plástica del hormigón [5]. Figura N 1: Influencia del tipo de cemento en la demanda de agua de hormigones de similar CUC y proporciones de agregados.

3 Fuente: Centro Técnico LOMA NEGRA, Asentamiento [cm] 8 6 CPN (10 %) CPE (35 %) CPC40 CAH (50 %) Tiempo [minutos] Figura N 2: Influencia del tipo de cemento en el mantenimiento del asentamiento en el tiempo de hormigones de similar CUC, proporciones de agregados y asentamiento inicial. Fuente: Centro Técnico LOMA NEGRA, Trabajabilidad: Ya se indicó que hormigones elaborados con CPC presentan una demanda de agua relativamente baja, visto desde otro punto de vista, a igual cantidad de agua en el hormigón, con el uso de CPC se obtendrá un mayor asentamiento lo que implica una mayor trabajabilidad. Volviendo a la figura N 1 y a modo de ejemplo, si se elaboran hormigones de similar dosificación con 170 litros/m 3 de agua se obtendrán del orden de 2 a 4 cm más de asentamiento en el elaborado con CPC respecto del CPN y CAH. Otro aspecto a considerar es el mantenimiento del asentamiento en el tiempo. En la figura N 2 puede observarse que el hormigón elaborado con CPC mantiene una gran proporción de la trabajabilidad inicial luego de los 20 a 30 minutos donde otros hormigones pierden rápidamente su fluidez, esta característica resulta muy interesante para los productores de hormigón elaborado que deben transportar el material por varios minutos hasta colocarlo en obra, minimizando el agregado de agua (o, en el mejor de los casos, la utilización de plastificantes) en obra, lo que implica una mayor confiabilidad en los valores de resistencia y economía, contribuyendo a la calidad del servicio y de la obra. Tiempo de fraguado: Entendiendo el tiempo de fraguado como el tiempo durante el cual el hormigón se mantiene en estado fresco. Los hormigones elaborados con CPC presentan tiempos de fragüe similares al CPN a temperatura de laboratorio, extendiéndose este tiempo cuando la temperatura del hormigón desciende.

4 Aquí si bien también el tiempo de fragüe del hormigón elaborado con CPN es mayor, existen algunas diferencias que se incrementan con el descenso de temperatura. Bombeabilidad: Se ha encontrado que los hormigones elaborados con CPC resultan fácilmente bombeables lográndose ahorros en presión de bombeo y mantenimiento de los equipos debido a un menor desgaste respecto de los estándares obtenidos cuando se utilizaba sólo CPN. Por otro lado, también se lograron ahorros de cemento en mezclas pobres donde no ha sido necesario adicionar una gran cantidad de cemento para mejorar la bombeabilidad de la mezcla. INFLUENCIA DEL CPC SOBRE EL ESTADO ENDURECIDO DEL HORMIGÓN Sin dudas el parámetro de control más sencillo y por otro lado más valorado por el mercado- es la resistencia a compresión del hormigón, sin embargo en los últimos años comenzó a incrementarse la preocupación por cuestiones de durabilidad, resultando estas últimas fundamentales en obras de ingeniería. A continuación se indicará la influencia del CPC sobre algunas propiedades del hormigón en estado endurecido: Resistencia Mecánica: En otros trabajos [1][2][3][4] se explicaron los diferentes mecanismos de hidratación de las adiciones minerales y su influencia sobre el desarrollo de resistencia. También es necesario indicar que el fabricante de cemento posee la tecnología adecuada para obtener una evolución de resistencia que se adapte a las necesidades del mercado. En ese sentido, tal cual lo muestra la figura N 3, los hormigones elaborados con CPC presentan una evolución de resistencia en condiciones normalizadas de curado que se asemeja bastante a la obtenida históricamente con algunos CPN. No obstante es necesario indicar que cuando la temperatura de curado disminuye, la evolución de resistencia mostrada por el CPC resulta un poco inferior a la lograda por el CPN sometido a condiciones similares, por lo cual se recomienda aumentar los tiempos de desencofrado en otoño-invierno. 50 Resistencia a Compresión [MPa] CPC40 CPN40 (10 %) Edad [días] Figura N 3: Influencia del tipo de cemento en la resistencia de hormigones de similar CUC, proporciones de agregados y asentamiento. Fuente: Centro Técnico LOMA NEGRA,

5 Desarrollo de Temperatura: Este aspecto resulta importante cuando se construyen elementos masivos. El CPC es un cemento que combina la acción de adiciones minerales activas e inactivas (o cuasi-activas) y una alta superficie específica (del orden de 400 a 450 m 2 /kg). Si se lo compara con un CPN que puede fabricarse a partir de un 90 a 100 % de clinker + yeso con la posible adición de hasta un 10 % de escoria granulada de alto horno con una superficie específica bastante inferior (generalmente de 300 a 350 m 2 /kg) resulta bastante obvio que la fase clinker del CPC se hidratará más rápidamente que la misma fase del CPN por lo cual generará un mayor calor de hidratación que en parte se compensa con el menor calor generado por la fase que posee adiciones. Esto hace que en general el CPC presente un calor de hidratación del mismo orden o superior al CPN. Es por esto que al igual que el CPN- no se recomienda el uso de CPC en hormigones masivos, salvo que un estudio racional de comportamiento térmico[9] donde se considere el hormigón y la estructura a construir indique la factibilidad de su utilización. Durabilidad: Como se mencionó anteriormente, en obras de ingeniería la durabilidad es la propiedad más importante del hormigón. Sin embargo, no resulta una propiedad sencilla de evaluar por lo cual habrá que estudiar en profundidad el medio al cual estará sometida la estructura a fin de establecer los requisitos fundamentales que deberá cumplir el hormigón. Los reglamentos indican ciertos requerimientos mínimos que debe cumplir el hormigón que se colocará en la estructura en función del grado de agresión estimado del medio. Entre las propiedades más importantes que contribuyen con la durabilidad se destacan la permeabilidad (aire, agua y cloruros), corrosión, resistencia al ambiente marino, resistencia a los sulfatos, reacción álcali-agregado y susceptibilidad a la fisuración. a) Permeabilidad: esta propiedad depende fundamentalmente además de los agregados- de la calidad de la pasta cementicia, destacándose la influencia de la relación a/c (agua/cemento en masa). En un segundo plano se puede mencionar la influencia del tipo de cemento o material cementicio utilizado. En este aspecto, claramente, la influencia será diferente para cada CPC en particular dependiendo del contenido y combinación de adiciones minerales utilizadas. En el caso del CPC40 marca LOMA NEGRA no se aprecian valores de permeabilidad al aire, penetración de agua o permeabilidad a los cloruros que indiquen que este cemento tenga un comportamiento diferencial respecto del CPN por lo cual a diferencia del CAH40 ó CPE ó CPP que presentan un mejor desempeño- se puede afirmar que su comportamiento es similar o del mismo orden de magnitud. b) Carbonatación: el hormigón es un material fuertemente alcalino (ph 13) que protege las armaduras contra la corrosión. Sin embargo con el paso del tiempo, el contacto del Ca(OH) 2 (hidróxido de calcio formado como subproducto durante la hidratación del cemento pórtland) con el CO 2 (dióxido de carbono) del aire producen CaCO 3 (carbonato de calcio) de menor alcalinidad. Esta carbonatación superficial del hormigón puede penetrar en el hormigón con una velocidad que depende de la concentración de CO 2 del ambiente y la porosidad, permeabilidad y tortuosidad del hormigón. En el caso del CPC no se encuentran diferencias respecto del comportamiento mostrado por hormigones similares con CPN o CPF, entendiendo que solamente la utilización de un hormigón correctamente diseñado, con una baja relación a/c asegura una adecuada durabilidad. c) Corrosión de armaduras: sin dudas una de las principales causas de corrosión es la despasivación de armaduras debido a la carbonatación antes explicada. Sin embargo existen otras posibles causas como la penetración de cloruros. En este punto varios trabajos [2] muestran que la

6 difusión de iones cloruro en el hormigón depende de su porosidad y, consecuentemente, la influencia del tipo de cemento no es muy clara. En forma similar a lo indicado para la velocidad de carbonatación, se recomienda la utilización de un hormigón de baja relación a/c. d) Resistencia al ambiente marino: la resistencia del hormigón a la exposición directa al agua de mar o ambiente marino depende fuertemente de la calidad del hormigón, del contenido de AC 3 del clinker y la composición del CPC. En el caso del cemento CPC de LOMA NEGRA, si bien el clinker posee un AC 3 suficientemente bajo, la durabilidad ante el ataque directo del agua de mar no será superior respecto de otro hormigón de características similares elaborado con CPN, recomendándose en esos casos la utilización de CAH o CPP. e) Resistencia a los Sulfatos: en este aspecto, las pruebas no muestran mayores diferencias de comportamiento respecto del CPN, sin embargo en general no se recomienda la utilización de CPC en estructuras que estarán simultáneamente sometidas a un ataque fuerte de sulfatos y a bajas temperaturas permanentes debido al posible riego de formación de un compuesto expansivo denominado taumasita [2][6]. De cualquier modo, en presencia de una alta concentración de sulfatos se recomienda la utilización de cementos del tipo CPN (ARS) o CPE (ARS), CAH (ARS) ó CPP (ARS) según el grado de agresión. f) Reacción álcali-agregado: en otros trabajos [7] se informan algunos criterios de aceptación de agregados o conjuntos cemento-agregado. El CPC40 marca LOMA NEGRA no garantiza el cumplimiento de la condición especial RRAA (resistente a la reacción álcali-agregado), sin embargo algunos estudios realizados [8] muestran que la utilización de CPC40 disminuye la expansión en barras de mortero respecto del CPN cuando el agregado utilizado es calificado como potencialmente reactivo. g) Tendencia a la fisuración: esta depende fundamentalmente de la dosificación utilizada, las dimensiones del elemento estructural, su exposición ante las condiciones atmosféricas y su grado de protección y curado. Existen varias causas de fisuración, incluso en diferentes estados y edades del hormigón. Las fisuras más habituales en estado fresco del hormigón son las fisuras de retracción plástica y las que se pueden producir en estado endurecido son las de alabeo térmico y contracción por secado en losas y pavimentos o por efectos térmicos en hormigones masivos. Como ya se mencionó anteriormente, el uso de CPC aumenta la tendencia a la fisuración plástica en aquellos hormigones expuestos (típico en losas, pisos y pavimentos) no obstante la aplicación de adecuadas técnicas de protección y curado, y pequeñas adaptaciones sobre la dosificación minimizan este riesgo a los valores acostumbrados con CPN (se recomienda la lectura del artículo: Fisuras de Retracción Plástica disponible en tecnica/trabajos publicados). En cuanto a la fisuración por contracción por secado, la tendencia es menor debido a la menor demanda de agua mostrada por los hormigones elaborados con CPC y no se encuentran diferencias de comportamiento ante la tendencia al alabeo de losas. CONCLUSIONES El CPC40 resulta una muy buena alternativa para la industria del hormigón elaborado, debido a su excelente comportamiento en estado fresco (menor demanda de agua, mayor mantenimiento de la trabajabilidad en el tiempo, mejor bombeabilidad) y la obtención de adecuados niveles de resistencia con eventuales reducciones en el CUC y, consecuentemente, del costo de hormigones de similares características respecto de otras alternativas. Adicionalmente se recomienda en obras convencionales o de ingeniería donde el hormigón de la estructura no estará sometido a condiciones especialmente agresivas en forma similar al CPN.

7 BIBLIOGRAFÍA [1] E. Becker, CEMENTO PÓRTLAND - Características y Recomendaciones de Uso, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [2] E. Becker, CEMENTO PÓRTLAND CON FILLER CALCÁREO Propiedades y Recomendaciones de Uso, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [3] E. Becker, CEMENTO PÓRTLAND PUZOLÁNICO - Características y Recomendaciones de Uso, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [4] E. Becker, CEMENTO DE ALTO HORNO - Características y Recomendaciones de Uso, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [5] E. Becker, Fisuras de Retracción Plástica, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [6] Thaumasite Txpert Group, The Thaumasite Form of Sulfate Attack: Risks, Diagnosis, Remedial Works and Guiance on New Construction. [7] E. Becker, REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE, Introducción al Conocimiento y Recomendaciones, publicación de LOMA NEGRA C.I.A.S.A. [8] A. Ruiz y C. Fava, Cementos con Adiciones y su Relación con la Reacción Álcali-Sílice (RAS), XIV Reunión Técnica AATH, Olavarría, Pcia. Buenos Aires, Argentina. [9] P. Corallo, C. Fava y E. Becker, Desarrollo de Calor en Hormigones Estructurales Influencia de Distintos Parámetros, XIV Reunión Técnica AATH, Olavarría, Pcia. Buenos Aires, Argentina.