Cemento Portland

Vista previa del material en texto

Universidad del valle de Puebla
Abel Cordero Salgado IC43122
Ingeniería Civil 1er semestre Tecnología de materiales
Cemento Portland
Introducción
El concreto es el material más utilizado en la construcción. En gran parte, debido a sus propiedades. ¿Cómo consigue esa resistencia? ¿Por qué es tan importante el proceso de fraguado? Veamos algunas de las razones. 
Definición
Material de construcción compuesto de una sustancia en polvo que, mezclada con agua u otra sustancia, forma una pasta blanda que se endurece en contacto con el agua o el aire; se emplea para tapar o rellenar huecos y como componente aglutinante en bloques de hormigón y en argamasas.
El cemento portland es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua, endurece y conserva su resistencia y estabilidad, incluso bajo el agua. A este proceso se le conoce como hidratación.
Definición del fraguado
Conjunto de reacciones físico-químicas del cemento y del agua, como elementos constituyentes de un hormigón, que da lugar a un proceso exotérmico de endurecimiento progresivo de la pasta.
Componentes químicos
El tradicional Cemento Portland Gris es un cemento hidráulico a base de silicatos de calcio producido mediante la pulverización del clínker, que contiene silicato tricálsico (C3S), silicato dicálsico (C2S), aluminato tricálsico (C3A), ferro aluminato tetracálsico (C4AF), oxido de magnesio (MgO), Cal libre (CAO) y sulfatos de Álcalis.
Efectos de la hidratación del cemento
La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante.
La composición anteriormente relacionada va en orden de mayor a menor proporción dentro del Clinker. Todos ellos se pulverizan conjuntamente con el yeso y otras adiciones que le proporcionan características particulares en cuanto a su color, fraguado y progreso en las resistencias a la compresión. Cada uno de los constituyentes tiene diferentes comportamientos en cuanto a generación de calor de hidratación, fraguado y su reacción ante la presencia de agua. Las reacciones químicas, aunque son muy complejas las podemos describir de una manera relativamente sencilla observando el gráfico adjunto por etapas que van desde los minutos iniciales de la reacción química a los días siguientes.
La reacción química inicial la efectúa el C3S, también denominada fase Alita, que además de aportar la mayor resistencia mecánica desarrolla un mayor calor de hidratación, fragua rápido y afecta la resistencia inicial.
El C2S, denominada fase belita desarrolla su resistencia lentamente con la acción del agua, por lo cual su calor de hidratación en más bajo y su resistencia a compresión se empieza a desarrollar a los 7 días. El aporte en cuanto a resistencia mecánica de los otros componentes del clinker, como el aluminato tricálsico y el ferro aluminato tetracálsico es relativamente poco significativo. A continuación, se muestra cómo es el desarrollo de las resistencias de cada componente:
Calor de hidratación
Cada una de estas reacciones son afectadas también considerablemente con el aumento de la temperatura, de lo anterior el mayor cuidado que se requiere cuando se elaboran concretos en climas cálidos, con el fin de tener controlado el desarrollo del calor de hidratación.
En el siguiente gráfico se muestra el calor de hidratación que desarrolla cada uno de los componentes del Clinker:
Como se puede apreciar en el gráfico anterior el mayor aporte de calor a la reacción química lo hace el aluminato tricálsico y en segundo lugar el silicato tricálsico (alita), sin embargo, en los primeros 10 a 15 minutos de la reacción el aporte calorífico lo realiza el silicato tricálsico.
En el siguiente gráfico se puede evidenciar el grado de hidratación de cada uno de los componentes del Clinker en porcentaje con el trascurso de los días:
Propiedades del cemento
· Fuerza compresiva
El cemento tiene tres tipos de fortalezas: resistencia a la compresión, resistencia a la tracción y resistencia a la flexión. La resistencia del mortero de cemento y la resistencia del concreto de cemento, no están directamente relacionadas. La fuerza del cemento es simplemente una medida de control de calidad. Las pruebas de resistencia se realizan en una mezcla de mortero de cemento, no en pasta de cemento, para este fin, se fabrican cubos de mortero de arena de cemento o “cubos de cemento y concreto”.
· Calor de hidratación
El cemento reacciona tan pronto como se agrega el agua (hidratación). Durante la hidratación, el cemento genera calor. El calor de hidratación está influenciado por los ingredientes del cemento, la finura del cemento y la relación agua-cemento. Durante el hormigonado de gran volumen, el cemento crea mucho calor en el centro de la estructura de concreto. Este calor extremo puede afectar la calidad del concreto. Por otro lado, el calor de hidratación puede ser útil durante el hormigonado en clima frío.
· Finura del cemento
La finura del cemento se refiere al tamaño de las partículas del cemento que afecta el proceso de hidratación del cemento, lo que significa que afecta la tasa de ganancia de fuerza del cemento.
· Solidez
El cemento tiene una tendencia a contraerse cuando está endurecido, situación que se llama solidez del cemento. El cemento de buena solidez no se contrae después del endurecimiento.
· Consistencia
Consistencia refiere al agua requerida para producir pasta de cemento plástico para un cemento particular. Por lo tanto, se puede conocer la relación agua-cemento para una mejor trabajabilidad de la mezcla.
· Gravedad específica
La gravedad específica del cemento es necesaria para calcular la masa del volumen deseado de cemento. La gravedad específica del tipo normal de cemento es 3.15.
Propiedades del cemento
Las pruebas que se realizan son del tipo mecánico, físico y químico, y sirven para determinar las propiedades del cemento, como son:
· Resistencia a la compresión
· Sanidad
· Reactividad potencial de los agregados con los álcalis
· Consistencia normal
· Tiempo de fraguado inicial y final
¿Para qué?
Este tipo de ensayos, permiten entre otros factores, determinar:
· La habilidad de la pasta de cemento para mantener su volumen.
· El tiempo que dispone para la mezcla, transporte, colocación en obra y compactación correcta de los morteros.
· Que la mezcla cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada.
De esta manera, promovemos el desarrollo de la industria, con servicios de evaluación de la conformidad apegadas a la normatividad vigente en temas como la calidad, la eficiencia y la seguridad de insumos básicos utilizados en construcción industrial y residencial.
Conclusión
Tanto el endurecimiento y el fraguado del concreto son el resultado de procesos químicos y físicos entre el cemento y el agua, de modo tal que como se explicaba anteriormente el proceso de hidratación es de vital importancia y para poder entender los procesos químicos que determinan el fraguado del cemento, es necesario estudiar la hidratación de cada uno de los minerales de clínker por separado.
Bibliografía
Hablando de Cementos Portland | CEMEX Perú. (2020). Cemex.com.pe https://www.cemex.com.pe/-/hablando-de-cementos-portland
Tipos de Cemento | CEMEX México. (2020). Cemexmexico.com https://www.cemexmexico.com/productos/cemento
‌
Javier, O. (2017, December 5). ¿CÓMO SE PRODUCE EL PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO? Comunidad 360; Comunidad 360. https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/proceso-hidratacion-del-cemento#:~:text=Resumen%3A,convierten%20en%20un%20material%20aglutinante
Ortuño, V. (2019). Laboratorio de Cemento. CNCP. https://cncp.org.mx/laboratorio-de-cemento-2/#:~:text=M%C3%A9todos%20de%20prueba,los%20agregados%20con%20los%20%C3%A1lcalis
‌