CLASE UNIDAD 2 - MATERIALES CEMENTICIOS ppt[Compatibility Mode] (1)

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- Tecnología del Hormigón -
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
DOCENTE: Ing. M. Fernanda Carrasco
Ingeniería Civil 
MATERIALES 
CEMENTICIOS
U N I D A D 2
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CEMENTO PORTLAND
- Es un conglomerante hidráulico obtenido como producto en una 
fábrica, que contiene al clinker portland 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 agua.
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MATERIAS PRIMAS
Fuente de 
óxido de calcio
(CaO)
Fuente de 
sílice (SiO2)
Fuente de otros 
componentes
Fe2O3
Al2O3
Clinker 
Portland
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MATERIAS PRIMAS
Cal, CaO Hierro, Fe2O3 Sílice, SiO2 Alúmina, Al2O3
Yeso o Sulfato de 
Ca
Desechos 
industriales
Polvo de humo de 
horno de 
fundición
Silicato de calcio Mineral de 
aluminio*
Anhidrita
Aragonita* Arcilla* Roca calcárea Bauxita Sulfato de calcio
Calcita* Mineral de hierro* Arcilla* Roca calcárea Yeso*
Polvo del horno de 
cemento
Costras de 
laminado*
Ceniza volante Arcilla*
Roca calcárea Lavaduras de 
mineral
Greda Escoria de cobre
Creta Cenizas de pirita Caliza Ceniza volante*
Arcilla Esquisto Loess Greda
Greda Marga* Granodiorita
Caliza* Lavaduras de 
mineral
Caliza
Mármol Cuarcita Loess
Marga* Ceniza de arroz Lavaduras de 
mineral
Coquilla Arena* Esquisto*
Esquisto* Arenisca Escoria
Escoria Esquisto* Estaurolita
Escoria
Basalto
Nota: Muchos subproductos industriales tienen potencial como materia prima para la producción de cemento portland. 
* Las fuentes más comunes
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
VIDEO
http://www.lomanegra.com/wp-
content/uploads/2018/03/files_Videos_produccion-cemento-esp-
1.mp4
http://www.lomanegra.com/wp
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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ASPECTO DEL CLINKER
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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FABRICACIÓN DEL CEMENTO
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PLANTAS DE CEMENTO EN EL PAIS
https://www.afcp.org.ar/distribucion-geografica
https://www.afcp.org.ar/distribucion-geografica
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COMPOSICÓN MINERALÓGICA
Compuesto Fórmula química Formula 
abreviada
Forma 
impura
(%)
Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S Alita 30-70
Silicato bicálcico 2CaO.SiO2 C2S Belita 10-40
Aluminato 
tricálcico
3CaO.Al2O3 C3A Celita 0-15
Ferroaluminato 
tetracálcico
4CaO.Al2O3. Fe2O3 C4AF 5-20
Sulfato de calcio 
dihidratado
CaOSO4.2H2O CSH2 Yeso 6-7
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FASES DEL CLINKER
Belita
Alita
Celita
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CONSTITUYENTES SECUNDARIOS 
• Óxido de Magnesio (MgO)
• Óxido de calcio o cal libre (CaO)
• Álcalis (Na2O y K2O)
• Trióxido de azufre (SO3)
• Cloruros (Cl-)
• Otros óxidos menores (titanio, fósforo)
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PASTA DE CEMENTO HIDRATADA 
www.cementlab.com
http://www.cementlab.com
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HIDRATACIÓN DE LOS SILICATOS
La hidratación de los silicatos de calcio del cemento origina dos 
compuestos: el silicato de calcio hidratado (S-C-H) y el 
hidróxido de calcio (CH) 
2 C3S + 6H → C3S2H 3 + 3CH 
2 C2S + 4H → C3S2H 3 + CH
Silicato Agua SCH CH Calor [KJ/mol]
C3S 24 % 61 % 39 % 114
C2S 21 % 82 % 21 % 43
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HIDRATACIÓN DE LOS SILICATOS
Estado de la 
reacción
Procesos químicos Importancia en el hormigón
Dilución Hidrólisis inicial y 
disolución de iones
Período durmiente Continua la disolución de 
iones y escasa formación 
de S-C-H
Determina el fraguado inicial
Aceleración Formación inicial de los 
productos de hidratación
Determina el fraguado final y 
la velocidad de 
endurecimiento
Desaceleración Continúa la formación de 
los productos de 
hidratación
Determina la resistencia 
inicial
Período estacionario Lenta formación de los 
productos de hidratación
Determina la ganancia de 
resistencia inicial
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EVOLUCIÓN DEL CALOR EN C3S
La hidratación de los silicatos presenta 5 estados bien definidos:
Estado 1: Dilución
Estado 2: Inducción o 
durmiente
Estado 3: Aceleración
Estado 4: Desaceleración
Estado 5: Estacionario
6
4
2
0.1 1
Tiempo, horas
C
al
or
de
hi
dr
at
ac
ió
n,
ca
l/g
.h Estado 5Estado 4Estado 3Estado 21
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HIDRATACIÓN DE C3A
En ausencia de yeso se producen instantáneamente cristales 
hexagonales denominados hidrogranates 
C3A + 6H → C3AH6
Esto produce el fraguado instantáneo o flash set y obliga a usar 
yeso como modificador del fraguado
En presencia de yeso se produce ettringita que cubre la superficie
del C3A y dificulta el progreso de la hidratación. 
C3A + 3CSH2 + 26 H → C3A. 3CS.32H
Cuando no existe suficiente disponibilidad de iones sulfatos 
la ettringita se convierte en monosulfoaluminato
2C3A + C3A. 3CS.32H + 4 H → 3 (C3A. CS.12H)
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EVOLUCIÓN DEL CALOR EN C3A
La hidratación del aluminato de calcio 2 picos bien definidos:
Pico 1: Formación de 
ettringita
Pico 2: Conversión de 
ettringita en 
monosulfoaluminato
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HIDRATACIÓN DE C3A
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HIDRATACIÓN DE C4AF
En presencia de yeso y CH se forman sulfoaluminatos que 
incorporan en su composición iones Fe
C4AF +4CSH2 + 4CH + 56 H → 2C6A0.5F0.5S2H34
En ausencia de yeso la hidratación del C4AF no produce el 
fraguado instantáneo.
La presencia de CH facilita la incorporación de iones Fe a los 
sulfoaluminatos
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EVOLUCIÓN DEL CALOR DE HIDRATACIÓN
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DESARROLLO MICROESTRUCTURAL DEL GRANO DE CEMENTO
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HIDRATACIÓN DEL CEMENTO
La hidratación de cemento portland es muy compleja ya que los 
compuestos del clinker tienen distintas velocidades de hidratación y 
se producen numerosas competencias e interferencias entre los 
distintos compuestos.
La hidratación del cemento varía en función de: 
• las proporciones de componentes en el cemento
• la finura 
• la temperatura
• la relación agua/cemento
• la presencia de adiciones y aditivos
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S-C-H : NATURALEZA DEL AGUA
El agua contenida en la pasta de cemento se clasificada en tres 
grupos, en función de las fuerzas que la une:
- agua combinada en los productos de hidratación, también 
llamada agua no evaporable o químicamente combinada, 
- agua adsorbida por medio de fuerzas superficiales sobre las 
partículas del gel, también conocida como agua de gel. El agua 
entre las capas (agua adsorbida) se mantiene en la pasta hasta que 
se produce un fuerte secado. 
- agua libre presente en los poros capilares, denominada también 
como agua capilar. 
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MODELO DE ISHAI
Basado en el modelo de Powers, las diferencias fundamentales entre ellos es la 
clasificación del agua en la pasta endurecida. Distingue cuatro tipos de agua
Tipo I: agua presente en el gel y en los 
poros capilares que resulta ser el agua 
capilar de Powers
Tipo II: agua que se encuentra 
adsorbida sobre la superficie del 
C-S-H en láminas de una o dos 
moléculas
Tipo III: agua adsorbida entre 
cristales adyacentes y unidas 
más fuertemente que el agua Tipo 
I y II
Tipo IV: agua intracristalina o zeolítica que se encuentra unida fuertemente al sólido y no 
puede ser removida durante el secado normal. Este último tipo de agua no ha sido 
considerada en el modelo de Powers
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POROSIDAD CAPILAR vs. α
Poros capilares
Poros del gel
Productos de hidratación
Cemento sin hidratar
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Grado de hidratación, α
w
/c
 =
 0
.5
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ADICIONES MINERALES
- Material sólido, que se incorpora al clinker para su molienda 
conjunta, o al cemento finamente molido, en proporciones que 
por lo general exceden el 5% en peso.
- Admiten clasificaciones según su forma de obtención y su 
actividad; de la siguiente manera:
- Físicamente activas
- Fisicoquímicamente activas
-Hidráulicamente inactivas
-Hidráulicamente activas
- Cementantes
- Puzolánicas
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ADICIONES FISICAMENTE ACTIVAS
• Se denominan en general filler
• Provienen de la trituración de 
rocas
• Son en general, cristalinas y el 
efecto fundamental es acelerar 
las reacciones de hidratación de 
los componentes del cemento 
portland
• No interactúan químicamente 
con el cemento
Cuarzo molido
Difractograma (DRX)
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente inactivas
• Se denominan en general filler
• Provienen en general de la 
trituración de rocas
• Son en general cristalinas y el 
efecto fundamental es acelerar las 
reacciones de hidratación de los 
componentes del cemento 
portland
• Forman compuestos no hidráulicos 
al reaccionar con el cemento
Filler calcáreo
Difractograma (DRX)
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente activas 
PUZOLANAS
• Se denominan puzolanas
• Provienen en general de la 
trituración de rocas volcánicas o 
de cenizas
• Son amorfas y los efectos 
fundamentales son acelerar las 
reacciones de hidratación de los 
componentes del cemento 
portland e interactuar con los 
compuestos del cemento para 
formar S-C-H
Puzolana
Difractograma (DRX)
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente activas 
PUZOLANAS NATURALES
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente activas 
CENIZAS VOLANTES
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente activas 
AUTOPUZOLÁNICAS
• Se denominan en general 
adiciones cementantes
• Provienen en general del brusco 
enfriamiento de escorias y cenizas
• Son pseudocristalinas y los 
efectos fundamentales son 
acelerar las reacciones de 
hidratación de los componentes 
del cemento portland, interactuar 
con los compuestos del cemento 
para formar S-C-H y formar S-C-H 
a partir de su propia hidratación
Escoria de alto horno
0
20
40
60
80
100
120
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2 θ CuKα
In
te
ns
id
ad
, c
ue
nt
as
Difractograma (DRX)
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ADICIONES FISICOQUÍMICAMENTE ACTIVAS
Hidráulicamente activas 
AUTOPUZOLÁNICAS
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ADICIONES MINERALES 
Composición Química
Cemento 
portland
Escoria de 
alto horno
Puzolana Filler 
calcáreo Cuarzo
SiO2, % 22.19 35.50 76.87 10.63 99.99
Al2O3, % 4.08 12.52 9.80 1.20 - - -
FeO3, % 3.16 0.54 3.58 0.78 - - -
CaO, % 62.74 38.96 5.50 47.16 - - -
MgO, % 0.58 9.88 0.51 0.39 - - -
K2O, % 1.15 0.43 - - - 0.34 - - -
Na2O, % 0.00 0.07 1.41 - - - - - -
SO3, % 2.48 0.54 - - - 0.16 - - -
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CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS
Cementos para uso general según la Norma IRAM 50000
Tipo de cemento Nomenclatura Composición 
g/100g
Clinker + sulfato 
de calcio
Puzolana 
(P) oCV
Escoria 
(E)
“Filler” 
Calcáreo (F)
Componentes 
minoritarios
Cemento portland 
normal
CPN 100 - 95 0 - 5
Cemento portland 
con filler calcáreo
CPF 94 - 75 6 - 25 0 - 5
Cemento portland 
con escoria
CPE 94 - 65 6 - 35 0 - 5
Cemento portland 
compuesto
CPC 94 - 65 Dos o más, con 6 ≤ (P y/o) + E + 
F) ≤ 35 y con F ≤ 25
0 - 5
Cemento portland 
puzolánico
CPP 85 - 50 15 – 50 0 - 5
Cemento de alto 
horno
CAH 65 - 25 36 - 75 0 - 5
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CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS
Cementos para uso vial con TAR según la Norma IRAM 50002
Tipo de cemento Nomenclatura Composición 
g/100g
Clinker + sulfato 
de calcio
Puzolana 
(P) o CV
Escoria 
(E)
“Filler” 
Calcáreo (F)
Componentes 
minoritarios
Cemento portland 
normal
CPN 100 - 95 0 - 5
Cemento portland 
con filler calcáreo
CPF 94 - 80 6 - 20 0 - 5
Cemento portland 
con escoria
CPE 94 - 80 6 - 20 0 - 5
Cemento portland 
compuesto
CPC 94 - 80 Dos o más, con 6 ≤ (P + E + F) 
≤ 20
0 - 5
Cemento portland 
puzolánico
CPP 85 - 80 15 – 20 0 - 5
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REQUISITOS FÍSICOS DE LOS CEMENTOS
Cementos para usos generales Norma IRAM 50000 /50002
Requisito Unidad Mínimo Máximo Método de 
ensayo 
Finura
Material retenido sobre
el tamiz IRAM 75 µm g/100g - 15 IRAM 1621
Superficie específica m2/kg 250 - IRAM 1623
Constancia de volumen Expansión en Autoclave % - 0,8 IRAM 1620
Tiempo de fraguado inicial
Categoría 30
Categoría 40
Categoría 50
Min
75
60
45
-
-
-
IRAM 1619
Contracción por secado* a 28 días de la lectura inicial % - 0,15
IRAM 1761Requerimiento de agua % por masa de cemento * g/100g - 64,0
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REQUISITOS MECANICOS DE LOS CEMENTOS
Cementos para usos generales Norma IRAM 50000 /50002
Categoría
Resistencia a la compresión (MPa) (*) Método de
ensayo
2 d 7 d 28 d
30 - mín. 16 mín. 30 máx. 50
IRAM 162240 mín. 10 - mín. 40 máx. 60
50 mín. 20 - mín. 50 -
(*) En todos los casos, los valores de resistencia obtenidos a los 28 d deberán ser mayores que los obtenidos a los 2
d y a los 7 d.
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PROPIEDADES FISICAS DE LOS CEMENTOS
-Calor de hidratación
-Consistencia normal
-Otras
¸Densidad absoluta
¸Resistencia a los sulfatos
¸Falso fraguado