CEMENTO PÓRTLAND ESTUDIO DE MATERIALES II 1

Transcripción

1 CEMENTO PÓRTLAND ESTUDIO DE MATERIALES II 1

2 CEMENTOS HIDRÁULICOS Se denominan ligantes hidráulicos a aquellos productos cementicios que tienen la propiedad de endurecer en forma estable al ser mezclados con agua, y el cemento Pórtland es el más importante de estos productos artificiales. Los ligantes hidráulicos constituyen los elementos básicos de las estructuras mecánico resistentes utilizadas en toda variedad de construcciones ESTUDIO DE MATERIALES II 2

3 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 3

4 Obras de hormigón. Torres Petronas 452 m- Kuala Lumpur, Malasia Torre Kuala Lumpur- 421 m ESTUDIO DE MATERIALES II 4

5 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 5

6 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 6

7 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 7

8 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 8

9 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 9

10 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 10

11 Obras de hormigón. ESTUDIO DE MATERIALES II 11

12 Cementos - CEMENTOS SIMPLES Y COMPUESTOS - CEMENTOS SIMPLES: CAL, YESO - CEMENTOS COMPUESTOS: CEMENTO PÓRTLAND Ø CO 3 Ca + calor = CO 2 +CaO CaO + H 2 O = Ca(OH)2 Ca(OH) 2 + CO2 = CO 3 Ca + H 2 O ESTUDIO DE MATERIALES II 12

13 UN POCO DE HISTORIA El cemento "Portland" tiene sus orígenes en la cal u óxido de calcio, a partir del cual y luego de cientos de años de estudios empíricos y científicos, se llega a lo que hoy se conoce como cemento. A través de la historia de los pueblos egipcios, griegos y romanos, se utilizó la cal como ligante en sus construcciones. En la América Prehispánica los Aztecas la emplearon también en la fabricación de tabiques y techos armados con caña y bambú. En 1824, un albañil Inglés llamado Joseph Aspdin, patentó un producto que él llamó cemento Pórtland, pues al endurecerse adquiría un color semejante al de una piedra de la isla Pórtland en Inglaterra. En 1838, este cemento se utilizó por primera vez en una construcción de importancia en uno de los túneles construidos bajo el río Támesis en Londres. David Saylor, un técnico norteamericano, fue el primero en fabricar cemento en América, así nacía en 1850 la industria cementera en Norteamérica. El uso del cemento Pórtland continuó extendiéndose hasta convertirse en el material de construcción más utilizado en el mundo. ESTUDIO DE MATERIALES II 13

14 - CONSTITUCION CALIZA (CO 3 Ca) ARCILLA (SiO 2 y Al 2 O 3 ) CLINKER DE CEMENTO PORTLAND YESO CEMENTO PORTLAND ESTUDIO DE MATERIALES II 14

15 - CONSTITUCION - Los cementos Pórtland son el resultado de moler finamente una mezcla dosificada de clinker + yeso + 1 o 2 adiciones minerales. - Como yeso se engloban distintos minerales que aportan CaSO 4 para regular el fraguado. Su contenido es del 3 al 5 %. - El tamaño medio de un grano de cemento está normalmente entre 10 a 20 µm. ESTUDIO DE MATERIALES II 15

16 - FABRICACION 1- Extracción y molienda de la materia prima 2- Homogeneización de la materia prima. - Por vía húmeda. - Por vía seca. 3- Producción del clinker. 4- Molienda del cemento. ESTUDIO DE MATERIALES II 16

17 VIDEO FABRICACION CP ESTUDIO DE MATERIALES II 17

18 Como se entrega el Cemento Pórtland ESTUDIO DE MATERIALES II 18

19 Horno rotatorio para manufactura del clinker. ESTUDIO DE MATERIALES II 19

20 - Producción del Cemento. Clinker de cemento portland. Este clinker tiene tamaño de 20 mm. Yeso, fuente del sulfato. Se muele juntamente con el clinker. ESTUDIO DE MATERIALES II 20

21 - COMPONENTES POTENCIALES DELCLINKER NOMENCLATURA SIMPLIFICADA: 1915: RANKIN Y WRIGHT proponen las abreviaturas: C=CaO; S=SiO 2 ; A=Al 2 O 3 ; F=Fe 2 O 3 ; H=H 2 O; M= MgO para denominar en forma abreviada respectivamente al y; creando así una nomenclatura particular para la industria del cemento. Silicato tricálcico : SC 3 o Alita Silicato dicálcico: SC 2 o Belita Aluminato tricálcico: AC 3 o Celita Ferroaluminato tetracálcico: FAC 4 o Felita ESTUDIO DE MATERIALES II 21

22 - PROCESO DE PRODUCCION DEL CLINKER Sección Vista del horno Proceso de nodulación Reacción de clinkerización ESTUDIO DE MATERIALES II 22

23 - PROCESO DE PRODUCCION DEL CLINKER (continuación) Sección Vista del horno Proceso de nodulación Reacción de clinkerización ESTUDIO DE MATERIALES II 23

24 - Compuestos del Cemento hidratados. Silicato tricálcico + Agua =Silicato de Calcio hidratado +Hidróxido de calcio Silicato Dicálcico + Agua = Silicato de Calcio hidratado Aluminato Tricálcico Aluminato Tricálcico +Hidróxido de calcio + Yeso + Agua =Trisulfoaluminato de calcio hidratado o (etringita) + etringita + Agua Monosulfoaluminato de calcio Compuestos Potenciales Pasta endurecida de CP Aluminato tricálcico + Hidróxido de calcio + Agua Aluminato de calcio hidratado Ferroaluminato tetracálcico + Agua + Hidróxido de calcio =Ferroaluminato de calcio hidratado ESTUDIO DE MATERIALES II 24

25 - PROCESO DE HIDRATACION ESTUDIO DE MATERIALES II 25

26 - PROCESO DE HIDRATACION Cemento anhidro: Vc = 1 Cemento hidratado: Vch = 2 HIDRATACION DEL CLINKER La reacción química fundamental de la hidratación del clinker es la de los silicatos de calcio (C 3 S y C 2 S)con el agua, que da como productos Hidratos de Silicato de Calcio e Hidróxido de Calcio: CS + H 2 O --> CSH + Ca(OH) 2 Poros del Gel = 0,28 Vch A los hidratos de silicato de calcio (CSH) se los denomina gel de cemento Cemento anhidro Bajas Resistencias Cemento con hidratación incipiente Altas Resistencias Cemento con hidratación avanzada Alta a/c Baja a/c Edad = 0 Edad = horas Edad = meses ESTUDIO DE MATERIALES II 26

27 - Micrografías de los Compuestos del Cemento hidratados. ESTUDIO DE MATERIALES II 27

28 - Micrografías de una Pasta de Cemento endurecida (500 y 1000 X) ESTUDIO DE MATERIALES II 28

29 - Principales Compuestos en la Pasta de Cemento (en volúmenes). 8% 10% 18% 55% ESTUDIO DE MATERIALES II 29

30 - Reactividad de los Compuestos del Cemento (en por ciento). ESTUDIO DE MATERIALES II 30

31 - CLASIFICACION CEMENTOS PARA USO GENERAL (IRAM ) - Cº Portland Normal [ CPN ] - Cº Portland con Filler [ CPF ] - Cº Portland con Escoria [ CPE ] - Cº Portland Compuesto [ CPC ] - Cº Portland Puzolánico [ CPP ] - Cº Portland de Alto Horno [ CAH ] Para estructuras de hormigón simple, armado o pretensado que no requieran propiedades especiales puede usarse cualquiera de estos cementos Pórtland. CEMENTOS ESPECIALES (IRAM ) - Cº de Alta Resistencia Inicial [ ARI ] - Cº Moderadamente Resistente a los sulfatos [ MRS ] - Cº Altamente Resistente a los sulfatos [ ARS ] - Cº de Bajo Calor de Hidratación [ BCH ] - Cº Resistente a la Reacción Alcali Agregado [RRAA] - Cº Blanco Para estructuras que presenten características o especiales condiciones de exposición, podrá requerirse el uso de cementos con propiedades específicas. ESTUDIO DE MATERIALES II 31

32 - CLASIFICACION CEMENTOS PARA USO GENERAL (IRAM ) La definición de cemento que figura en la Norma IRAM dice: "Conglomerante hidráulico obtenido como producto en una fábrica de cemento, Que contiene al clinker Pórtland como constituyente necesario. Es un material inorgánico finamente dividido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua". Y en la misma Norma se da la definición de clinker de cemento Pórtland: "Producto que se obtiene por cocción hasta fusión parcial (clinquerización) de mezclas íntimas, denominadas crudos, preparadas artificialmente y convenientemente dosificadas a partir de materias calizas y arcillas, con la inclusión de otros materiales que, sin aportar elementos extraños a los de composición normal del cemento, facilitan la dosificación de los crudos deseada en cada caso". ESTUDIO DE MATERIALES II 32

33 CEMENTOS PARA USO GENERAL (IRAM ) ESTUDIO DE MATERIALES II 33

34 - CATEGORIAS DE RESISTENCIAS DE LOS CEMENTOS Categoría Resistencia a compresión a edad de: (MPa) 2 días 7 días 28 días CP 30 - Mín a 50 CP 40 Mín a 60 CP 50 Mín 20 - Mín 50 CP-40 y CP-50 para elaborar hormigones de clase superior a H-20 Resistencia medida sobre Mortero Normal IRAM 1622 ( a/c=0.50, arena/cemento=3) ESTUDIO DE MATERIALES II 34

35 - REQUISITOS FÍSICOS Y MECÁNICOS REQUISITOS UNIDAD MÍN MÁX. MATERIAL RET. # 75 MICRO. % SUPERFICIE ESPECÍFICA Individual mínima Cm 2 /g EXPANSION EN AUTOCLAVE % TIEMPO DE FRAGUADO inicial Final RESISTENCIA MIN. A FLEXIÓN 7 dias minutos horas MPa 3,5 28 días 5,5 RESISTENCIA MÍNIMA A COMPRESIÓN SEGÚN SEA CP30 CP40-CP50 ESTUDIO DE MATERIALES II 35

36 - PRINCIPALES CRITERIOS DE SELECCIÓN TRABAJABILIDAD RESISTENCIA MECÁNICA DURABILIDAD OTROS (p. Ej. Color) ESTUDIO DE MATERIALES II 36

37 - CRITERIO DE SELECCIÓN : TRABAJABILIDAD Si se requiere: mayor cohesión en la mezcla, menor exudación, mejor bombeabilidad, mayor retención de agua. Se recomiendan los cementos con adiciones, especialmente con filler calcáreo. ESTUDIO DE MATERIALES II 37

38 - CRITERIO DE SELECCIÓN : RESISTENCIA MECÁNICA La resistencia depende de: la relación a/c la resistencia del cemento. Para la de 28 días guiarse por la categoría de Resistencia (CP30 CP40 CP50) y no por Tipo Normal. Un cemento con adiciones, presenta un nivel y desarrollo de resistencia, comparable a uno sin adiciones, si se lo diseña correctamente. Los cementos con adiciones activas (puzolanas, escorias), tienen ganancia de resistencia mas acentuada después de los 28 días, si se prevé condiciones adecuadas para hidratación sostenida. ESTUDIO DE MATERIALES II 38

39 - CRITERIO DE SELECCIÓN : DURABILIDAD Los cementos están diseñados para garantizar que sus componentes no producirán per se, fenómenos deletéricos en el hormigón. En casos de agresión externa, la durabilidad depende del recubrimiento de la armadura. El tipo de cemento juega un papel secundario. ESTUDIO DE MATERIALES II 39

40 - CRITERIO DE SELECCIÓN : DURABILIDAD Casos que afectan la durabilidad - Corrosión del Acero - Ataque por sulfatos - Congelación y deshielo - Fisuración Térmica de hormigones Masivos. - Reacción Álcali-Agregado - Hormigones Impermeables ESTUDIO DE MATERIALES II 40

41 - REQUISITOS BÁSICOS DE DURABILIDAD ESTUDIO DE MATERIALES II 41