Tema 3: Cementos.1. Cementos: tipos

2. Fabricación de cementos

3. Cemento tipo Portland. Componentes yproductos de hidratación.

4. Adiciones. Tipos y efectos que producen.

5. Normativa, designación y aplicaciones: RC-16y Marcado CE.

6. Glosario de Términos

MATERIALES ICurso 2016-2017. Ciencia y Tecnología de la Edifica ción. C. Guadalajara

Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Cementos

• Son materiales conglomerantes obtenidos porcalentamiento hasta la clinkerización (sinterización) decarbonato cálcico, sílice y alúmina.

• Los productos obtenidos son hidráulicos (silicatos yaluminatos cálcicos que fraguan bajo el agua).

• Se muelen hasta obtener materiales en forma de polvomuy fino.

• Aunque se trata de materiales artificiales, se distinguen:

Naturales: se usan calizas margosas (arcillosas).

Artificiales: se mezclan calizas y arcillas en proporcióntal que toda la cal reaccione con los silicatos.

Tipos de Cementos• Entre los cementos artificiales, se distinguen:

• Pórtland: Constituido por silicatos cálcicos (y aluminatosen menor proporción) llamados clinker, a los que se añadeyeso tras la cocción (regulador del fraguado).

• Aluminato Cálcico: Se fabrican con caliza y bauxita(alúmina), obteniéndose aluminatos cálcicos (altaresistencia inicial)

• Siderúrgico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso y escoriade alto horno.

• Puzolánico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso ypuzolana (material silíceo que mezclado con cal y aguaproduce compuestos hidráulicos).

• Especiales: Sulforesistentes, Blancos, R. amb. Marino,etc

Proceso de fabricación del Cemento Portland

Componentes del Cemento Pórtland

• Son compuestos de óxidos de silicio, aluminio y calcio.

• Silicato tricálcico (SC3): Aporta resistencia inicial

• Silicato bicálcico (SC2): Aporta resistencia a largo plazo.

• Aluminato tricálcico (AlC3): Aporta resistencias iniciales

Acelera la velocidad de fraguado (el yeso controla suproceso de hidratación).

• Ferroaluminato tetracálcico (FAlC4): Acelera el fraguado.

Los óxidos de hierro actúan como fundentes. Dan el colorgris al cemento (no se incluyen en los cementos blancos).

Productos de hidratación del Cemento Portland

• Al entrar en contacto con agua, los componentes delcemento reaccionan (se hidratan), formando productos:

• Portlandita: Cristales de hidróxido cálcico (cal libre).

• Geles tobermoríticos: Estructuras laminares formadas porsilicatos y aluminatos cálcicos hidratados (CSH).

Entre las láminas se sitúan moléculas de agua que sepolarizan.

• Ettringita: Cristales de sulfo-aluminato cálcico en formade agujas (muy expansiva).

Pasta de cemento hidratada

Productos de la hidratación de los Cementos Pórtland

Productos de la hidratación

Portlandita

Ettringita

(P. Monteiro)

Proceso de hidratación del cemento

Proceso de hidratación del cemento

Evolución del aporte calorífico del proceso de hidratación de una pasta de cemento (Mindess y Young, 1981 en Weiss, 2002)

Fraguado e hidratación

Evolución de la microestructura

Características de los Cementos Pórtland

• Finura de molido: facilita la hidratación del cemento.

• Tiempo de fraguado: Tiempo que tarda la pasta decemento en adquirir rigidez (principio y fin de fraguado).

• PH: muy alcalino (por la presencia de portlandita).

• Retracción: debida al agua de amasado no combinada.

• Calor de hidratación: Depende de la velocidad delfraguado (componentes del cemento).

• Rigidez y Resistencia mecánica : La pasta al fraguaradquiere rigidez y, con el tiempo, resistencia (endurece).

Evolución de las propiedades mecánicas en función del grado de hidratación del cemento (Gutsch, 1995 en Altoubat y Lange, 2001).

Grado de hidratación y evolución de las propiedades mecánicas (rigidez y resistencia)

Adiciones

• Definición: Compuestos orgánicos (resinas) oinorgánicos que modifican las propiedades de losmateriales conglomeradosen estado endurecido.

• Pueden estar incorporadas al cemento (inorgánicas).

• Las adiciones pueden ser activas(reaccionan con los productos de hidratación del Clinker) variando la resistencia, o inactivas, (no aportan resistencia)

• Si tienen una elevada finura, mejoran la homogeneidad.

• Pueden reducir la durabilidad del material (pérdida delpH alcalino que inhibe la corrosión).

Adiciones de los Cementos Pórtland

• Los cementos actuales no son clinker puro.

• Todos llevan adiciones minerales (componentes quereaccionan con los productos de hidratación).

• Las más habituales son:

Filler calizo (L, LL)

Cenizas volantes (V, W))

Escorias (S)

Puzolanas (P, Q)

Humo de sílice o Microsílice (D)

Adiciones minerales• Escoria granulada de horno alto (S)se obtiene por

enfriamiento rápido en estado de fusión del mineral de hierro en un horno alto.

• Puzolanas (P, Q), son sustancias naturales (P) o industriales (Q) silíceas o silico-aluminosas. Finamente molidas, reaccionan con la portlandita y forman compuestos C-S-A-H, capaces de desarrollar resistencia.

• Esquisto calcinado (T),contiene fases del clínker, principalmente silicato bicálcico y aluminato monocálcico (hidráulico y puzolánico)

• Caliza (L, LL), molida finamente actúa como filler.

Cenizas volantes (V, W)• Se obtienen por precipitación de cenizas de hornos

alimentados con carbón pulverizado.

• Se distinguen dos tipos:

• Cenizas volantes silíceas (V) Es una puzolana industrial en forma de polvo fino constituido de sílice reactivo y alúmina partículas esféricas.

(Se utilizan en la fabricación de cementos SR y MR.)

• Cenizas volantes calcáreas (W) Es un polvo fino que tiene propiedades hidráulicas o puzolánicas. Consta esencialmente de CaO reactivo, sílice reactivo y alúmina.

Cenizas volantes (V, W)

Efecto de las Cenizas volantes I

Efecto de las Cenizas volantes II

Humo de sílice (D)• Es un subproducto de la reducción de cuarzo de

elevada pureza con carbón en hornos eléctricos de arco,para la producción de silicio y aleaciones deferrosilicio.

• Está constituido por partículas muy pequeñas con altocontenido de sílice amorfa (es muy reactivo).

• Reacciona con la portalandita produciendo gelestobermoríticos (C-S-H).

• Se utiliza en la fabricación de cementos SR y MR y enhormigones de altas prestaciones (HAP).

• Densifica la matriz de cemento (fuerte aumento deresistencia) y reduce la permeabilidad (HAP).

Humo de sílice (D)

Clasificación y designación de Cementos (RC-16)

• La Instrucción de cementos (RC-16) definedos gruposde cementosque se pueden utilizar en construcción:

• Cementos sujetos al Marcado CE:Cementos Comunes (UNE-EN 197-1)Cementos comunes resistentes a sulfatosCementos de bajo y calor de hidratación (<270 J/g)Cementos de muy bajo calor de hidratación (UNE-EN 14216)Cementos de aluminato cálcico (UNE-EN 14647)Cementos de albañilería (UNE-EN 413)

• Cementos no sujetos al Marcado CE :(RD 1313-1988).

Otros Cementos resistentes a sulfatosCementos comunes resistentes al agua de marCementos blancosCementos para usos especiales

Clasificación y designación de Cementos Comunes

• La Instrucción de cementos (RC-16) define los tipos decementos comunes que se pueden utilizar en construcción.

• Tipos de cemento: Dependen de la composiciónCEM I: Más de 95 % de clinker.CEM II: Entre 65 y 94 % de clinker (resto adiciones)CEM III: 20-64 % de clinker y 36-80 % escorias horno.CEM IV: 45-89 % de clinker y 11-55 % puzolanas.CEM V: Compuesto de clinker, escoria y puzolana.

• Clases resistentes: resistencia a compresión a los 28 días.

• Designación:Tipo de cemento/ Tipo de adición/ Clase resistente

32,5 N 32,5 R 42,5 N 42,5 R 52,5 N 52,5 R

Ejemplos de designación de cementos

CEM I 42,5 N UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO PORTLAND

CEM II / A-D 32,5 R UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO PORTLAND CON ADICIONES

CEM II / A-M (P,T) N UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO PORTLAND COMPUESTO

CEM III / B 42,5 R UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO CON ESCORIAS DE HORNO ALTO

CEM IV / A (P,V) 42,5 N UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO PUZOLÁNICO

CEM V / A (P,V) 52,5 R UNE-EN 197-1:2000 CEMENTO COMPUESTO

II / A-V 42,5 R / BC UNE 80303-3:2201 CEMENTO DE BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN

II / B-W 42,5 R / MR UNE 80303-2:2001 CEMENTO RESISTENTE AL AGUA DE MAR

II / A-D 42,5 N / SR UNE 80303-1:2001 CEMENTO RESISTENTE A LOS SULFATOS

ESP VI-1 42,5 N UNE 80307:2001 CEMENTO PARA USOS ESPECIALES

BL II / A-V 42,5 R UNE 80305:2001 CEMENTO BLANCO

CAC / R UNE 80310:1996 CEMENTO DE ALUMINATO DE CALCIO

MC 22,5 X CEMENTO DE ALBAÑILERÍA

Marcado CE de los Cementos• Los cementos comunes requieren Marcado CE (Sistema

1+ : Marcado, Declaración y Certificación).

• Los cementos especiales requieren CCRR.

• Si el cemento se utiliza para fabricar hormigón paraestructuras, debe cumplir los requisitos de la EHE.

• El RC-16 recoge la necesidad de realizar ensayos decaracterización si el cemento no posee un Distintivo decalidad reconocido dentro de la UE.

• Los ensayos no son obligatorios si tiene marcado CE,Distintivo de calidad o no es para aplicacionesestructurales.

Productos y aplicaciones de los Cementos

• Pastas: Mezclas de cemento y agua con otroscomponentes minoritarios.

(pastas de agarre, revestimientos, capas niveladoras,lechadas)

• Morteros: Cemento, agua, arena y otros componentesminoritarios.

(Revestimientos, albañilería, pavimentos …)

• Hormigones: Cemento, agua, arena, grava y otroscomponentes minoritarios. (Aplicaciones estructurales)

• Prefabricados: Productos hechos en fábrica.

(baldosas, placas, elementos estructurales, GRC …)

Recepción de los Cementos (RC-16)a) control de la documentación, incluidos los

distintivos de calidad, en su caso, y del etiquetado, según 8.1;

– se corresponden con los del cemento solicitado;– están completos– reúnen todos aquellos requisitos establecidos.

b) control del suministro mediante inspección visual, según 8.2;

– no presenta síntomas de meteorización relevante– no contiene cuerpos extraños– no presenta de manera evidente muestras de

heterogeneidad en su aspecto o en su color;c) en su caso, control mediante ensayos, conforme al

apartado 8.3

Glosario de conceptos del Tema 3•Tipos de Cemento •Filleres

•Fabricación de cemento Portland •Puzolanas

•Componentes del cemento Portland •Cenizas volantes

•Productos de hidratación •Humo de sílice (Microsílice)

•Portlandita •Clasificación de cementos (RC-16)

•Geles tobermoríticos •Cementos Comunes

•Ettringita •Cementos de albañilería

•Proceso de hidratación •Designación de cementos (RC-16)

•Fraguado •Marcado CE cementos

•Características del cemento •Aplicaciones de cementos

•Adiciones activas e inactivas •Recepción de cementos RC-16

Tema 3: Cementos.1. Cementos naturales y artificiales.

2. Fabricación de cementos

3. Cemento tipo Portland. Componentes yproductos de hidratación.

4. Adiciones. Tipos y efectos que producen.

5. Normativa, designación y aplicaciones: RC-08y Marcado CE.

6. Glosario de Términos