02-capitulo-03-cemento

Vista previa del material en texto

IMCYC
IMCYC
Capítulo 3
Cemento
Introducción
El cemento es un polvo de color gris o blanco que secomercializa empacado en sacos de 50 kg. Su nom-
bre proviene del latín cementatun. Los romanos lo llama-
ban opus cementatium (obra cementicia)
Es el material que se emplea para adherir los materiales
pétreos en la construcción de edificios y obras de ingenie-
ría civil.
También se le conoce como cemento hidráulico, denominación
que comprende los aglomerantes que fraguan y se endurecen
una vez que se mezclan con agua o estando bajo el agua.
Los principales usos del cemento en la actualidad son la ela-
boración de mortero y de concreto armado. El primero se uti-
liza desde épocas milenarias; en México se le emplea para la
fabricación de mamposterías que son la base en la construc-
ción de viviendas. El concreto armado inició su uso desde el
siglo XIX; por su resistencia es común su utilización en todo -
tipo de estructuras, incluidas las de la vivienda.
37
Historia
El barro, material básico de la cerámica, podría decirse que
fue el primer “cemento” por sus características plásticas,
por ser moldeable a la forma que el artesano deseara.
Además cuando el fuego lo endurece da como resultado un
material que, aunque frágil, es aparentemente indestructi-
ble, no se corroe como el metal ni se arruina.
Los griegos y los romanos usaron un material aglutinante
como la cal hidráulica. Es decir minerales ricos en silicatos
y aluminatos de calcio.
Griegos primero y romanos después, usaron cal y cenizas
volcánicas para preparar las argamasa de sus construccio-
nes. Esta mezcla reaccionaba lentamente cuando se le
agregaba agua.
38
IMCYC
Figura 3-1. El cemento es el material
que se emplea para adherir materiales
pétreos en la construcción.
La sustancia aglomerante de los romanos y casi todas las
edificaciones europeas en los primeros 17 siglos de la era
cristiana fue muy semejante, aunque la manera de prepa-
rarla se fue alterando con el tiempo.
En 1824, el inglés Joseph Aspdin, obtuvo una excelente cal
hidráulica sobre la base de una mezcla sintética de cal y
arcillas cocidas a alta temperatura Aspdín patentó el pro-
cedimiento y el nuevo material, al que llamó cemento
Portland.
En 1824, el hijo de Aspdin obtuvo un cemento de resistencia
superior cocido a mayor temperatura. Fue tan bueno que
mereció ser utilizado en la construcción del edificio del
Parlamento de Londres (1840-1852).
Tal vez Isaac Charles Johson lo industrializó en el sureste
de Inglaterra hacia 1850. En 1852, al descubrirse las pro-
piedades hidráulicas latentes en los desechos granulados
en los altos hornos, se mejoró la fórmula del cemento
portland.
39
IMCYC
Figura 3-2. De la observación del efecto casual que
produce el polvo que desprenden las piedras calci-
nadas por las fogatas, surge el material que al
hacerse lodo con el agua, se petrificó atrapando
desperdicios, huesos y piedras.
La fabricación del cemento se extendió rápidamente por
Europa y Estados Unidos, en 1878 se establecieron en Ale-
mania las primeras normas de fabricación.
40
IMCYC
Figura 3-3 Así fue descubierta la propiedad agluti-
nante de la cal grasa o cal viva, al apagarse el fuego
por la lluvia, descubrieron las propiedades cemen-
tantes del polvo de esas piedras.
Figura 3-4. Así se poseyó el conocimiento de la cal
hidráulica, es decir, cal combinada con los silicatos y
aluminatos del calcio de arcilla, cuyo endurecimiento se
produce al combinarse con el agua.
A partir de este siglo se comenzó a diversificar al probar
nuevos componentes, produciéndose cada vez con mayor
calidad.
En México, esta industria tiene un alto desarrollo, actual-
mente exporta a otros países.
Componentes
Para la fabricación del cemento se requieren dos materias
primas esenciales: caliza y pizarra además, se emplean
minerales de hierro y sílice en pequeñas cantidades.
41
IMCYC
Figura 3-5. La sustancia aglomerante de los romanos fue muy semejante al que hoy conocemos como cemento.
La caliza
Es una roca sedimentaria formada por carbonato de calcio,
muy abundante en la naturaleza.
Se encuentra superficialmente en cerros y montañas, en
depósitos de profundidad variable, que en algunos casos
llegan hasta 200 metros.
Para fabricar el cemento se le requiere en grandes volúme-
nes, pues representa 80% de las materias primas. Las
plantas que fabrican el cemento se establecen cerca de
donde se extrae la caliza, para bajar el costo del cemento
evitando largos acarreos del material.
Cuando se va explotar un cerro con caliza, el grado de
resistencia del material y el volumen determinan su utili-
dad; a través del análisis químico conocemos la calidad de
una cantera de caliza, y se considera buena la que contiene
carbonato de calcio en 95% o más. No es recomendable si
contiene menos de 90 por ciento. Se emplean explosivos
en las canteras, para extraer la materia prima. Debido a su
dureza, una voladura produce de 30 a 100 mil toneladas de
material.
La pizarra
Es una roca homogénea de color negro azulado y grano
muy fino, que se divide con facilidad en hojas planas y del-
gadas. Son arcillas constituidas principalmente por óxidos
de silicio de 45 a 65%, óxidos de aluminio de 10 a 15%, óxi-
dos de fierro de 6 a 12 por ciento y cantidades variables de
óxidos de calcio de 4 a 10 por ciento.
42
IMCYC
Figura 3-6. Caliza
Es origen importante de álcalis. La localización de las plan-
tas que fabrican el cemento obedece a la cercanía de los
componentes, con lo cual se evitan altos costos de trans-
portación.
La pizarra constituye aproximadamente 15% de la materia
prima.
El sistema de extracción de estos minerales que son sua-
ves relativamente, es semejante al de la caliza, requiriendo
explosivos con menos potencia.
El sílice
Es una combinación del silicio con el oxígeno, y es la sus-
tancia más importante del reino mineral, muy abundante.
Al agregar arenas sílicas se obtiene el óxido de silicio que
requiere la mezcla cruda.
43
IMCYC
Figura 3-7. Pizarra
Figura 3-8. Sílice
La hematita
Se llama así a la aportación del mineral de fierro, pudiendo
ser varios minerales de fierro o escoria de laminación. El
contenido de óxido férrico en la hematita es entre 75 y
90%. El contenido de óxido férrico en la mezcla se controla
con estos minerales, constituyendo la hematita entre el 1 y
2% de la mezcla.
El caolín
Es el silicato de aluminio. Es una arcilla utilizada para la
fabricación del cemento blanco, por su alto contenido de
alúmina.
Fabricación
El cemento portland se fabrica en cuatro etapas básicas:
44
IMCYC
Figura 3-9. Hematita. Figura 3-10. Caolín
• Trituración y molienda de la materia prima.
• Mezcla de los materiales en las proporciones
correctas, para obtener polvo crudo.
• Calcinación del polvo crudo.
• Molienda del producto calcinado, conocido como clín-
ker, junto con una pequeña cantidad de yeso.
El proceso de fabricación del cemento empieza con la
extracción de la piedra caliza de la cantera. Esta piedra, la
45
IMCYC
Figura 3-11. Extracción de la piedra caliza de
la cantera.
principal materia prima, debe ser reducida de tamaño, lo
cual se hace en sucesivas etapas pasando del tamaño de la
roca al de un grano de harina.
Al iniciar el último paso de reducción se dosifican las otras
materias primeras, la arcilla y el mineral de hierro.
El material así preparado está listo para ingresar al horno,
donde a altas temperaturas se transforman los óxidos
naturales en un mineral artificial llamado clínker. La última
parte del proceso consiste en la molienda del clínker con un
poco de yeso natural para regular el fraguado, y cuando se
agregan aditivos y otros materiales.
El cemento ya está listo para las operaciones de ensacado
y despacho.
Tipos de cemento
• Cemento hidráulico. Es un materal inorgánico fina-
mente pulverizado, que al agregarle agua, -ya sea sólo
o mezclado con arena, grava, asbesto u otros materia-
les similares-, tiene la propiedad defraguar y endure-
cer incluso bajo el agua, en virtud de reacciones
químicas durante la hidratación y que, una vez endure-
cido, conserva su resistencia y estabilidad.
Loscementosseclasificanconformealanormamexicanacomosigue:
46
IMCYC
Figura 3-12. Las materias primas consisten en combinaciones de rocas calizas, margas o coquillas y pizarra, arcilla, arena o mineral de hierro.
47
IMCYC
Figura 3-13. El proceso de fabricación del cemento.
Tipo Denominación
CPO Cemento portland ordinario
CPP Cemento portland puzolánico
CPEG Cemento portland con escoria granulada de alto horno
CPC Cemento portland compuesto
CPS Cemento portland con humo de sílice
CEG Cemento con escoria granulada de alto horno
• Cemento portland ordinario. Es el cemento producido
a base de clínker portland y usualmente contiene sulfa-
to de calcio.
• Cemento portland puzolánico. Es el conglomerante hi-
dráulico que resulta de la molienda conjunta de clínker
portland, materiales puzolánicos y usualmente contie-
ne sulfato de calcio.
• Cemento portland con escoria granulada de alto hor-
no. Es el conglomerante hidráulico que resulta de la
molienda conjunta de clínker portland, escoria granula-
da de alto horno y usualmente contiene sulfato de cal-
cio.
• Cemento portland compuesto. Es el conglomerante hi-
dráulico que resulta de la molienda conjunta de clinker
portland que usualmente contiene sulfato de calcio y
una mezcla de materiales puzolánicos, escoria de alto
horno y caliza. En el caso de la caliza, ésta puede ser
componente único.
• Cemento portland con humo de sílice. Es el conglome-
rante hidráulico que resulta de la molienda conjunta de
clinker portland, humo de sílice y, usualmente, sulfato
de calcio.
• Cemento con escoria granulada de alto horno. Es el
conglomerante hidráulico que resulta de la molienda
conjunta de clinker portland, escoria granulada de alto
horno y, usualmente, sulfato de calcio.
• Cementos resistentes a sulfatos. Se consideran
cementos con una alta resistencia al ataque de sulfa-
tos aquellos que por su comportamiento cumplen con
el requisito de expansión limitada, de acuerdo con el
método de prueba establecido.
• Cementos de baja reactividad álcali-agregado. Se
consideran cementos de baja reactividad álcali-agre-
48
IMCYC
gado aquellos que cumplen con el requisito de expan-
sión limitada en la reacción álcali-agregado, de
acuerdo con el método de prueba establecido.
• Cementos de bajo calor de hidratación. Se consideran
cementos de bajo calor de hidratación aquellos que de-
sarrollan un calor de hidratación igual o inferior al es-
pecificado en la norma ofical mexicana.
• Cementos blancos. Se consideran cementos blancos
todos aquellos cuyo índice de blancura es igual o infe-
rior al especificado en la norma ofical mexicana.
Usos principales
En la vivienda
El cemento es un material muy útil en la construccion y a la
vez insustituible para muchos trabajos
• Mezclándolo con arena muy fina y agua se le emplea
para aplicación de lechada en las cubiertas de los te-
chos construidos con ladrillo.
• Revuelto con arena y agua se utiliza como mortero
para pegar el tabique, block o tabicón, y en cimen-
taciones, para unir la piedra. También para el apla-
nado de los muros, tanto interiores como
exteriores.
• Al mezclarlo con arena, grava y agua se obtiene el con-
creto.
El mortero se utiliza en:
• Cimientos de mampostería de piedra
• Construcción de muros de ladrillos de barro y cemento
• Registros
• Bóvedas de tabique
49
IMCYC
• Revestimientos
• Pisos
• Colocación de mosaicos y azulejos
• Lechadas
• Piezas de construcción
• Tubería de drenaje
Entre los numerosos usos del cemento en la vivienda están:
• Pegar (juntear) la piedra, ya sea en cimentación o en
muro.
• Unión con mortero, las piezas para levantar muros (ta-
bique, tabicón, block, etc.).
• Aplanar muros y plafones con mortero (repellados, fi-
nos, serroteado rústico, etc.).
• Lechadear las cubiertas
• Fabricar block, también, mosaico, tubos de albañil, etc.
• Elaborar el concreto para losas, trabes, cimientos, etc.
Otros usos
Pero no sólo se le utiliza en la vivienda, sino también para
construir caminos, aeropuertos, puentes, fábricas, etc.
Además, la construcción de plantas de tratamiento de
aguas residuales, drenajes y acueductos se hace con este
producto.
El cemento es un excelente estabilizante de residuos tanto
municipales como industriales, que deben ser tratados
antes de ir a rellenos sanitarios.
La industria del cemento puede colaborar también para
mejorar el ambiente. Su mejor aporte en este sentido con-
siste en la utilización de los hornos de fabricación de clin-
ker para eliminar de una manera segura y definitiva una
gran cantidad de residuos. Los hornos tienen la caracterís-
tica de aceptar como combustible muchos subproductos
que tienen energía térmica (generan calor), municipales,
llantas, plásticos, finos de coque, residuos hospitalarios,
50
IMCYC
aserrín y viruta de madera, residuos de coco, subproductos
de la industria química, cáscara de arroz, etcétera.
Características y ventajas
El cemento portland, recibió su nombre por su descubridor,
el inglés Joseph Aspdin, en 1824, debido a la semejanza
que presentaba con el color de las piedras de las canteras
de Portland, Inglaterra. Esta denominación se ha conserva-
do hasta nuestros días.
Sus propiedades adhesivas, así como cohesivas, le dan una
capacidad de aglutinar (unir) fragmentos minerales para
formar un todo compacto. El cemento tiene como principal
característica la propiedad de fraguar (endurecerse) al
contacto con el agua, en virtud de que experimenta una
reacción química con ésta.
El uso del cemento en la construcción es muy extenso y
variado, y su misma utilidad lo hace imprescindible.
La resistencia que puede adquirir el cemento depende de la
proporción de agua al mezclarlo.
51
IMCYC
Figura 3-14. El cemento se debe almacenar en un lugar seco y evitar la hume-
dad.
Figura 3-15. Se debe proteger de la lluvia.
El cemento, mezclado con arena, da por resultado el llama-
do fino de cemento para muros o pisos.
El mortero, que es la mezcla de arena con cemento, es útil
en los aplanados de muros, para unir tabique, tabicón,
block, piedra, etc.
El cemento tiene la característica de aglutinar diferentes
materiales, lo cual lo hace versátil para la construcción.
La plasticidad que adquiere el cemento al mezclarlo con
agua lo hace moldeable, es decir adopta la forma que
determinamos con el molde.
Su durabilidad lo hace ideal por su poco mantenimiento y su
resistencia: al clima, al ataque de ácidos, a la abrasión, al
impacto, etcétera.
El cemento se usa en la fabricación de mosaicos, muebles
(lavaderos), pisos de rodamiento vehicular, losas, muros,
52
IMCYC
Figura 3-16. El uso del cemento se adapta perfectamente a los materiales que existen en la localidad o región donde se va a construir
tuberías, etcétera.
Sus derivados como el asbesto cemento, empleado para
fabricar láminas para techo, tejas, etc., tienen característi-
cas muy apreciadas en la construcción.
Durante el almacenamiento del cemento hay que evitar que
se humedezca, ya sea por efecto del medio ambiente o por
lluvia pues la humedad, provoca su fraguado. De ocurrir
esto, cuando se le desee utilizar ya estará duro o pasado.
Para protegerlo de la humedad del piso hay que apoyar los
sacos de cemento en un nivel más elevado que el de aquél.
(figura 3-14.)
Cubrir los sacos para resguardarlos de la lluvia, por medio
de un techo, plástico o cualquier material resistente al
agua, asegura la utilización del cemento. (figura 3-15.)
Además, será muy aconsejable almacenar el producto en un
lugar ventilado donde se evite la acumulación de humedad.
Al abrir un saco, es conveniente no guardar por mucho
tiempo el sobrante, pues éste reacciona con la humedad
del ambiente, inutilizándolo.
Comprar sólo el material que vamos a utilizar ayuda a
administrar nuestrogasto, pues aseguramos que no se
eche a perder por un largo almacenamiento.
El cemento y el autoconstructor
El cemento es un material útil en la construcción y a la vez
insustituible en muchos trabajos. Su facilidad de uso y
manejo lo hace ideal para el autoconstructor, su durabili-
dad y sus múltiples aplicaciones (pisos, muros, aplanados,
techos, plafones, etc. ). Se adquiere por kilogramos, sacos
(de 50 Kgs. ) o a granel, en la tlapalería, o cualquier expen-
dio de materiales, en todas las localidades de la república
mexicana. Se puede aplicar en cualquier clima, con solo
observar pequeños consejos.
53
IMCYC
En el presente Manual para la autoconstruccion de vivienda
aprenderemos a usar adecuadamente el cemento, y con
ello podremos apreciar su sencillez y fácil manejo para
resolver cada una de las necesidades y obtener una vivien-
da cómoda.
Es importante resaltar que, para obtener las ventajas ópti-
mas del material, en cualquiera de sus aplicaciones, se
requiere respetar el sistema y método para su elaboración,
que aquí se enseña.
El agua como fraguante, para mezclar con el cemento, ten-
drá características especiales entre las que destaca su
pureza.
• Su pureza, es decir deberá estar libre de materias
orgánicas, contenido de sales, etcétera.
Control de calidad
México es un importante exportador de cemento, tanto a
los Estados Unidos de Norteamérica como a Europa y Asia.
Esto gracias al riguroso control de calidad que se logra en
la fabricación del cemento, con la aplicación de la más alta
tecnología en los laboratorios, con los diferentes instru-
mentos adaptados a las diversas fases del proceso, desde
la obtención de las materias primas hasta los productos
intermedios y los terminados.
Control químico
Con el equipo de espectometría de rayos X automático se
realiza el control de la mezcla cruda. En la composición quí-
mica se necesita un control exacto, y su eficiencia y pronti-
tud se ejecuta a cada hora, tomando muestras de las unida-
des de molienda en crudo, y modificándose las proporcio-
nes de caliza, pizarra, sílice y hematita según se requiera.
54
IMCYC
Figura 3-17 A partir de
su composición química
son calculados sus com-
puestos potenciales.
Otro equipo comprueba la perfecta calcinación del polvo
crudo.
La calidad del clínker es evaluada por medio del análisis por
rayos X; a partir de su composición química son calculados
sus compuestos potenciales, como los silicatos y los alumi-
natos de calcio. En el caso de los silicatos se efectúa una
prueba por turno, es decir, cada ocho horas.
Control físico
Cada 24 horas se realizan las pruebas para determinar la
resistencia a la compresión, el fraguado inicial y final, así
como la sanidad.
La llamada prueba Blaine, que mide la finura del cemento,
se obtiene cada hora, con muestras de la planta. La unidad
de medida es cm2/ gr, que nos permite saber la superficie
55
IMCYC
Figura 3-18. En la fabricación del cemento se aplica la más alta tecnología en los laboratorios y en las diversas fases del proceso.
56
IMCYC
Figura 3-19. El cemento se aplica según el material (piedra, arena, confitillo,
tzakab, cal, etc.), de acuerdo a una dosificación o cantidad determinada..
que ocupa un gramo de polvo.
Hay cementos, que llegan a alcanzar finuras de 3,500 a
4,000 cm2/gr.
Otros procesos para el control son a base de tamices que
miden el grado de finura. Las prensas determinan la resis-
tencia a la compresión: balanzas, parrillas donde se secan
la pruebas que se tamizan en vía húmeda; para la determi-
nación del carbonato de calcio se usan reactivos.
En la elaboración de series patrón estándar se utiliza la
prueba de absorción atómica.
Para determinar la distribución del tamaño de las partícu-
las de cemento se utiliza el equipo de sedigraph, que define
el punto de partida para dar las condiciones de operación
de las unidades de molienda.
57
IMCYC
	Capítulo 3. Cemento
	Introducción
	Historia
	Componentes
	Usos principales
	Características y ventajas
	El cemento y el autoconstructor
	Control de calidad
	Control químico
	Control físico