Materiales innovadores. Superconductores y materiales de ...
Tema_4_-_Cemento_-_Aditivos materiales
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El CementoUnidad I
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HISTORIA DEL CEMENTO
La historia del cemento es la historia
misma del hombre en la búsqueda de
un espacio para vivir con la mayor
comodidad, seguridad y protecciónposible.
Desde que el ser humano supero la
época de las cavernas, ha aplicado
sus mayores esfuerzos a delimitar su
espacio vital, satisfaciendo primerosus necesidades de vivienda y
después levantando construcciones
con requerimientos específicos.
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HISTORIA DEL CEMENTO
Fue en la Antigua Grecia cuando empezaron a usarse tobas volcánicas extraídas de la
isla de Santorini, los primeros cementos naturales.
En el siglo I a. C. se empezó a utilizar el cemento natural en la Antigua Roma, la
bóveda del Panteón es un ejemplo de ello.
En el siglo XVIII John Smeaton construye la cimentación de un faro en el acantilado de
Edystone (Inglaterra), empleando un mortero de cal calcinada. Isaac Johnson, en
1845, obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla
calcinada a alta temperatura.
En el siglo XX surge el auge de la industria del cemento, debido a los experimentos de
los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán Michaélis, que logran cemento
de calidad homogénea.
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Es el material aglomerante más importante de los empleados en la
construcción, que mezclado con agregados pétreos (grava y arena),
crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de endurecer alreaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia.
DEFINICION
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COMPONENTES
SILICE (SiO2)
ALUMINA (Al2O3)
CAL (CaO)
MAGNESIA (MgO)
ANHIDRIDO CARBONICO (CO2)
OXIDO DE HIERRO (Fe2O3)
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VOCABULARIO
ASTM.-
Son siglas de la norma técnica americana significa “American Society For Testing
Of Materials“ (Asociación Americana De Pruebas De Materiales ).
CLINKER.-
Fases donde después de la extracción y homogenización de la materia prima
(caliza y arcilla )esta mezcla es llevada a zonas de precalentamientos y hornos
produciendo un material pre-crudo, para posteriormente adicionar el yeso.
PUZOLANA.-
Materia prima silícea que puede agregarse en el proceso de clinkerización para
obtener un cemento especial con propiedades particulares.
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VOCABULARIO
ASTM:
Son siglas de la norma técnica americana significa “American Society For Testing
Of Materials “ (Asociación Americana De Pruebas De Materiales).
CLINKER:Fases donde después de la extracción y homogenización de la materia prima
(caliza y arcilla) esta mezcla es llevada a zonas de precalentamientos y hornos
produciendo un material pre-crudo, para posteriormente adicionar el yeso.
PUZOLANA:Materia prima silicea que puede agregarse en el proceso de clinkerización para
obtener un cemento especial con propiedades particulares.
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PROPIEDADES GENERALES
• Buena resistencia al ataque químico.
• Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario.
• Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. Conversión interna.
• Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad.
• Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico.
• Está prohibido el uso de cemento aluminoso en hormigón pretensado. La vida
útil de las estructuras de hormigón armado es más corta.
• El fenómeno de conversión (aumento de la porosidad y caída de la resistencia)
puede tardar en aparecer en condiciones de temperatura y humedad baja.
• El proyectista debe considerar como valor de cálculo, no la resistencia máximasino, el valor residual, después de la conversión, y no será mayor de 40 N/mm2.
• Se recomienda relaciones A/C ≤ 0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los
recubrimientos (debido al pH más bajo).
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Clases de Cemento:
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Para la obtención del Cemento Natural Lento, se calcinan rocascalizas a una temperatura comprendida entre 1200º y 1400ºC.Es de color gris, con un contenido de Arcilla comprendido entreel 21% y el 25%.Inicia su fraguado transcurridos unos 30 minutos después desu aplicación, y acaba después de varias horas.El empleo del Cemento Natural Lento es cada vez másreducido, porque sus propiedades y características han sido
superadas por los Cementos Artificiales.
Cemento Natural Lento
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El Cemento Natural Rápido es un conglomerante de bajaresistencia mecánica, resultante de la trituración, cocción yreducción a polvo de Margas Calizas. Por su alto contenido enArcilla (del 26% al 40%), su aspecto y color es terroso, de color
amarillento y rojizo. Comienza a fraguar entre 3 y 5 minutosdespués de amasado, y acaba antes de 50 minutos.Se utiliza en forma de pasta para usos similares a los del Yeso; porser muy arcillosos no liberan Cal Hidratada durante el fraguado y
endurecimiento, con lo cual son muy resistentes al Agua y establesen ambientes húmedos.Con el Cemento Natural Rápido no se pueden fabricar Morteros yHormigones, pues además de su escasa capacidad deaglomeración, la rapidez del fraguado no da tiempo de amasar.
Cemento Natural Rápido
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PROCESO DE OBTENCIÓN DEL CEMENTO
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CLASIFICACION DEL CEMENTO
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Es un cemento hidráulico producidomediante la pulverización del clinker,un compuesto que se forma trascalcinar caliza y arcilla, y diversostipos de silicatos de calcio.
CEMENTO PÓRTLAND
COMPOSICIÓN:
• 64% óxido de calcio•
21% óxido de silicio• 5,5% óxido de aluminio• 4,5% óxido de hierro• 2,4% óxido de magnesio• 1,6% sulfatos• 1% otros materiales, entre los cuales
principalmente agua.
CLINKER
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Es el producto que se obtiene de la pulverización de una mezcla de clínquer y sulfato
de calcio con agua (yeso hidratado).
A partir de este cemento se logran otros tipos de cemento.Cuando el cemento portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de
características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y
endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su
resistencia característica. El proceso de solidificación se debe a un proceso químico
llamado Hidratación mineral.Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el
cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este
material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios
CEMENTO PÓRTLAND
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Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más
yeso. De uso general en todas las obras de ingeniería donde no se
requiera miembros especiales. De 1 a 28 días realiza 1 al 100% de
su resistencia relativa.
CEMENTO PÓRTLAND – TIPO I
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PORTLAND TIPO II
El cemento Tipo II adquiere resistencia mas lentamente que el Tipo I, pero alfinal alcanza la misma resistencia. Las características de este Tipo de cementose logran al imponer modificaciones en el contenido de Aluminato y el Silicatodel cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos, zonas industriales. realiza del75 al 100% de su resistencia.
CEMENTO PÓRTLAND – TIPO II
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PORTLAND TIPO V
Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando hayexposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las
estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y al agua
de mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V es el mas susceptible al
ataque por el sulfato. Realiza su resistencia relativa del 65 al 85 %.
CEMENTO PÓRTLAND – TIPO V
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Cemento Portland Puzolánico Tipo IP:Para usos en construcciones generales de concreto. Elporcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre15% y 40%.
Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo IPM:Cemento Portland Puzolánico modificado para uso en construccionesgenerales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana es menorde 15%.
CEMENTO PUZOLÁNICO
Es el producto que se obtiene de la molienda conjunta
del clínquer, puzolana y yeso. La Puzolana es el materialsílico-aluminoso que, aunque no posee propiedadesaglomerantes por si solo, las desarrolla cuando estáfinamente dividido y en presencia de agua, por reacciónquímica con el hidróxido de calcio, a la temperatura
ambiente.c
CEMENTO PUZOLANICO
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Es el producto que se obtiene de la mezcla conjunta de clínquer, escoriabásica granulada de alto horno y yeso. La escoria básica granulada, es elproducto que se obtiene por enfriamiento brusco de la masa fundida nometálica, que resulta en el tratamiento de mineral de hierro, en un alto
horno.
CEMENTO SIDERÚRGICO
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CEMENTO CON AGREGADO A
Es el producto que se obtiene de molienda conjunta con clínquer, agregado tipo A y
yeso. El agregado tipo A es una mezcla de sustancias, compuestas por un materialcálcico-arcilloso, que ha sido calcinado a temperatura superior a 900 ºC, y otros
materiales a base de óxidos de silicio, aluminio y fierro. Si contiene menos del 30%
del agregado tipo A se llama Cemento Portland Tipo A, y si tiene entre 30 y 50% se
llama Cemento Tipo A.
CEMENTO CON AGREGADOS
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Sus aplicaciones y usos sonilimitados.Se emplean en:
APLICACIONES
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FABRICAS DE CEMENTO
1. CEMENTOS LIMA: Fábrica: Atocongo – Lima Proceso: secoCombustible: Carbón Capacidad instalada de clinker(TM):
1 100 000, 2 580 000Tipos: Pórtland tipo I Marca Sol
Pórtland puzolanico tipo IP Marca súper cemento atlas
2. CEMENTO ANDINO: Fábrica: Condorcocha – Tarma Proceso: secoCombustible: Carbón Capacidad instalada de clinker(TM):
460 000, 600 000Tipos: Pórtland tipo I
Pórtland tipo IIPórtland tipo V
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FABRICAS DE CEMENTO
3. CEMENTOS YURA: Fábrica: Yura - Arequipa Proceso: secoCombustible: Petróleo Capacidad instalada de clinker(TM):
260 000, 410 000Tipos: Pórtland tipo I
Pórtland puzolanico tipo IP
Pórtland puzolanico tipo IPMCemento de albañilería, marca estuco Flex
4. CEMENTO SUR: Fábrica: Coracoto – Juliaca Proceso: húmedo
Combustible: Carbón Capacidad instalada de clinker(TM):92 000, 63 000Tipos: Pórtland tipo I, marca RUMI
Pórtland puzolanico tipo IP, marca INTIPórtland tipo IIPórtland tipo V
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FABRICAS DE CEMENTO
5. CEMENTOS PACASMAYO: Fábrica: Planta Pacasmayo – La Libertad Proceso: secoCombustible: Carbón Capacidad instalada de clinker(TM):
150 000, 690 000Tipos: Pórtland tipo I
Pórtland puzolanico tipo IPPórtland tipo IIPórtland tipo VPórtland MS-ASTM C-1157
TIPOS DE CEMENTO FABRICADOS EN
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TIPOS DE CEMENTO FABRICADOS ENPACASMAYO-LA LIBERTAD
Para acabados , tarrajeo y techo; también es utilizado para bases y columnas.
Aplicaciones
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Se utiliza cuando se necesita una moderada resistencia a la humedad, (baños, zona
de jardines, etc.)
Aplicaciones
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Para zonas tropicales.
Aplicaciones
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Para zonas donde el calor sea intenso , ya que en zonas como esta el cemento tiende
a expandirse.
Aplicaciones
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Acabados y tarrajeos
Aplicaciones
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Para zonas donde se necesite una alta resistencia a los sulfatos, ejem. : zonas de
playa.
Aplicaciones
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Cementos especiales
• Cemento Portland de escoria de alto horno:
El cemento que contiene escoria de alto horno se obtiene por lapulverización conjunta de una mezcla de clinker Portland y escoriagranulada de alto horno, con la adición eventual de sulfato de calcio. Elcontenido de escoria granulada de alto horno debe estar comprendidoentre 25% y 65% en peso del total.
El cemento Portland de escoria modificado tiene un contenido de escoriagranulada menor que el 25%.
La escoria granulada de alto horno, es el subproducto del tratamiento deminerales de hierro en el alto horno, que para ser usada en la fabricaciónde cementos, debe ser obtenida en forma granular por enfriamiento
rápido y además debe tener una composición química conveniente
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Cementos de mezcla
• Concreto
• Mortero
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Concreto
Las mezclas de concreto contienen arena, piedrapicada, cemento y agua. Los concretos seutilizan para hacer columnas, vigas,
fundaciones, etc.
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Mortero
Los morteros o pegas contienen sólo arena,agua, cemento y en algunos casos cal. Los
morteros generalmente se utilizan para hacer
frisos y pegar bloques, ladrillos y cerámicas.
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AditivosUnidad I
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Definición
Los aditivos pueden definirse como sustancias químicas o minerales que seagregan a la mezcla de concreto, mortero o pasta de mortero, con la
finalidad de modificar una o varias de sus propiedades.
La norma ASTM C-123, las define como material diferente del agua, de los
áridos y del cemento, que se emplea como un componente del concreto o el
mortero. Las dosis en las que se utilizan los aditivos, están en relación a unpequeño porcentaje del peso de cemento, con las excepciones en las
cuales se prefiere dosificar el aditivo en una proporción respecto al agua de
amasado.
El éxito al usar los aditivos depende mucho de la forma de uso y de la
acertada elección del producto apropiado. Se ha progresado mucho en estecampo y es conveniente que los usuarios se informen ya que la eficacia
depende en gran parte de esto.
Aditivos
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Existen la clasificación que va de acuerdo a los tipos de materiales
constituyentes o a los efectos característicos en su uso: como la clasificaciónhecha por el comité 212 del ACI.
1. Aditivos acelerantes.
2. Aditivos reductores de agua y que controlan el fraguado.
3. Aditivos para inyecciones.
4. Aditivos incorporadores de aire.5. Aditivos extractores de aire
6. Aditivos formadores de gas.
7. Aditivos productores de expansión o expansivos.
8. Aditivos impermeables y reductores de permeabilidad.
9. Aditivos pegantes (también llamados epóxicos). Aditivos químicos para reducir la expansión debido a la reacción entre los
agregados y los alcalies del cemento.
12. Aditivos inhibidores de corrosión.
13. Aditivos fungicidas, germicidas o insecticidas.
14. Aditivos colorantes.
Clasificación de Aditivos
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• Incrementar la trabajabilidad sin
aumentar el contenido de agua.
• Disminuir el contenido de agua sin
modificar su trabajabilidad.• Reducir o prevenir asentamientos de
la mezcla.
• Crear una ligera expansión.
• Modificar la velocidad y/o el volumen
de exudación.
• Reducir la segregación.
• Facilitar el bombeo.
Concreto Fresco
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• Disminuir el calor de hidratación.
• Desarrollo inicial de resistencia.
• Incrementar las resistenciasmecánicas iníciales del concreto.
• Incrementar la durabilidad delconcreto.
• Disminuir el flujo capilar del agua.
• Disminuir la permeabilidad de loslíquidos.
•
Mejorar la adherencia concreto-acero de refuerzo.
• Mejorar la resistencia al impacto yla abrasión.
Concreto Endurecido
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La eficiencia de un aditivo depende defactores tales como: tipo, marca y cantidad
del material cementante; contenido deagua; forma, granulometría y proporción delos agregados; tiempo de mezclado y
temperatura del concreto.
Empleo de un Aditivo
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NORMA ASTM – C 494
Clasificación de los Aditivo
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Funciona por efecto de ladispersión de las partículas
de cemento, se traduce enmayores resistencias con lamisma cantidad de cementoo importantes ahorros decemento para las mismasresistencias.
Tipo A : Reductor de Agua
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Actúa en el concreto como agentede fraguado extendido de forma
controlada. Se dosifica para lograr
un fraguado extendido, de hasta 30
horas.
Tipo A : Reductor de
Agua
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Actúa en el concreto como
agente de fraguado extendido
de forma controlada. Sedosifica para lograr un
fraguado extendido, de hasta
30 horas. Se utiliza
principalmente en climas
cálidos.
Tipo B : Retardador de Fraguado
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TIPO C: Acelerante de Fraguado
El aditivo actúa mediante una
reacción química con el
cemento, acelerando el tiempo
de fraguado y la resistencia ala compresión axial a
temprana edad. Estos aditivos
son compatibles con agentes
inclusores de aire, ciertos
aditivos superplastificantes yciertos aditivos reductores de
agua convencionales.
Tipo C : Acelerante de Fraguado
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Características y Beneficios
• Reduce el tiempo de fraguado inicial una hora aproximadamente
• Mejora la trabajabilidad y produce un concreto más denso.
• Minimiza el sangrado y la segregación.
• Mejora el desarrollo de resistencia a la compresión a edades
tempranas.
TIPO C: Acelerante de Fraguado Tipo C : Acelerante de Fraguado
TIPO D R d t d A
Ti D R d t d A
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TIPO D: Reductor de Agua yRetardante
Acción físico-química con el cemento, favoreciendo la hidratación
de las partículas de éste, reduciendo el agua de la mezcla y
plastificando la masa del concreto.
El uso del aditivo reductor de agua y retardante, provee al concreto
de una plasticidad y fluidez adecuada mejorando las
características del concreto tanto en estado plástico comoendurecido.
Tipo D : Reductor de Agua yretardante
Ti D R d t d A
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Principales Aplicaciones
• Concreto colocado en climas cálidos.
• Concreto que se transporta a distancias largas.
• Concreto que requiere alta trabajabilidad: bombeo y colados en
estructuras estrechas.
• El aditivo se puede utilizar como reductor de agua y retardante y
como fluidificante.
Tipo D : Reductor de Agua yretardante
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TIPO E: Reductor de Agua y
Acelerante
Resulta de la combinación de compuestos acelerantes y
reductores de agua. Mejora las propiedades plásticas yde endurecimiento del concreto tales como la
trabajabilidad, resistencia a la compresión y a la flexión.
Tipo E : Reductor de Agua y
acelerante
Ti E R d d A
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Características y Beneficios
• Reduce el tiempo de fraguado inicial
• Desarrolla alta resistencia a edad temprana, por lo que permite
un tiempo más corto para descimbrar.
• Aumenta la densidad del concreto.
• Minimiza la tendencia al sangrado y a la segregación.
Tipo E : Reductor de Agua yacelerante
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Se recomienda para concreto pretensado o postensado. Es
también muy compatible con agentes inclusores de aire,
impermeabilizantes integrales y muchos otros aditivos. Sin
embargo, cada material debe ser agregado al concreto por
separado.
Tipo F : Reductor de Alto Rango
Tipo G : Súper reductor de agua y
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Para concretos de alta
trabajabilidad (bombeo,
estructuras estrechas o armadomuy denso) Formulado
específicamente para extender el
tiempo de trabajabilidad del
concreto fluido a temperaturas de
hasta 54º C.
Tipo G : Súper reductor de agua yretardador