Cementos Especiales

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CEMENTO PJOLPAIGO 
o&peccal 
UN CEMENTO DE EMPLEO UNIVERSAL 
* 
Trabajo presentado en e) N . ° 8 de la Revista de 
la Cámara Chilena de la Construcción 
por el Sr. Helmuth Rechmeier A. 
Ingeniero - Químico de 
Cemento Cerro Blanco de Polpaico S. A. 
Cemento Polpaico 
Un Cemento de Empleo 
Especial 
Universal 
La construcción civil e industrial moderna 
requiere para su consumo cada vez más de 
una gama más amplia de propiedades de los 
cementos para sus distintas aplicaciones y 
usos. Esta tendencia ha traído como conse-
cuencia la demanda por cementos especiales, 
o sea, cementos que tengan las mejores cua-
lidades y propiedades para un determinado 
tipo de obra. Esto lo comprueba la normali-
zación de cementos de los distintos países. 
En Estados Unidos se conocen 5 tipos de ce-
mentos Portland, cementos puzolánicos y ce-
mentos de escorias. En Alemania existen los 
c e m e n t o s Port land, cementos puzolánicos, 
Port land férricos, cementos de Altos Hornos 
y cementos sobresulfatados. Estos tipos de ce-
mentos se han subdividido en las tres cate-
gorías de resistencias Z 275, Z 375 y Z 475. 
En Francia, se han normalizado más o menos 
32 distintos tipos de cementos. 
El avance de la ciencia y de la técnica ha 
permitido el desarrollo de cementos especia-
les con propiedades óptimas para cada uso 
con el objeto de satisfacer las exigencias cada 
vez más específicas de los distintos consumi-
dores. 
Estas exigencias se ref lejan muy bien en 
los cinco tipos de cementos que f iguran en la 
norma ASTM С 150: 
Tipo I: Para uso general en hormigones 
donde no hay ninguna exigencia especial. 
Tipo II: Para uso en hormigones que están 
expuestos a un ataque moderado de sulfatos, 
o donde el desarrollo de calor de fraguado 
debe ser moderado. 
Tipo III: Para el uso, donde se necesitan 
altas resistencias iniciales. 
Tipo IV: Para usos, donde se requiera bajo 
calor de hidratación. 
Tipo V: Para uso en obras que necesitan 
alta resistencia contra ataque de aguas co-
rrosivas. 
Entonces, además de las resistencias, debe 
considerarse: 
1) El desarrollo de calor de fraguado. Es-
te factor es fundamentalmente importante en 
hormigones de grandes masas, como ser re-
presas, fundamentos para máquinas pesadas 
y en losas o pavimentos de gran extensión. 
En el hormigón de grandes masas el calenta-
miento produce una expansión de él y el en-
fr iamiento disparejo puede producir tensiones 
internas tan altas que lleven al hormigón a 
su destrucción. En los pavimentos, una retrac-
ción adicional por enfriamiento produce el 
agrietamiento de ellos. 
2) La resistencia química. Es sabido que 
los cementos comúnmente no resisten los ata-
ques de sales corrosivas —sulfatos— y de 
aguas corrosivas —aguas blandas o aguas con 
un gran contenido de anhídrido carbónico—. 
Los sulfatos atacan el aluminato tricálcico del 
cemento y las aguas blandas actúan sobre la 
cal hidratada, que se forma al f raguar el 
cemento. 
Estos casos son más frecuentes de lo que 
se cree, pues en muchas ocasiones debe cons-
truirse en zonas donde hay sales corrosivas o 
aguas blandas. Así tenemos las innumerables 
obras marít imas que están directamente en 
contacto con el agua del mar, o construidas 
a la orilla del mar, donde las arenas están 
saturadas de sulfatos y donde los vientos que 
sopian desde mar adentro, están saturados 
con sales del mar, que se depositan sobre los 
hormigones. Estas sales, con las lluvias que 
las disuelven, penetran en el hormigón y lle-
van a la larga a su destrucción. El peligro 
de estas sales corrosivas existe también en 
cualquier región donde se encuentran mine-
rales de sales solubles como yeso y /o salitre. 
En todos estos casos es necesario antes de 
iniciar una obra, hacer el análisis del suelo, 
para verificar si éste contiene agentes corro-
sivos. 
El ataque de aguas blandas puede produ-
cirse en regiones montañosas, donde se cons-
truyen represas para captar aguas de des-
hielo. 
Los tipos I, II, IV у V de la norma ASTM 
son cementos especiales que satisfacen en 
mayor o menor grado estas exigencias. Fal-
taría, tal vez, un cemento especial con ba ja 
retracción que sería especialmente apropiado 
para la construcción de caminos. Kühl en su 
libro "Zementchemie" es de opinión que bas-
ta con tener cuatro tipos de cementos, cada 
uno de los cuales debe tener como propiedad 
especial: 
1) Alta Resistencia mecánica, o 
2) Baja retracción, o 
3) Bajo desarrollo de calor, o 
4) Resistencia química contra ataques de 
agentes corrosivos. Sin embargo, ninguno de 
estos 4 tipos debe por ello, carecer de las 
otras cualidades en forma normal. 
Por lo anterior, Kühl propone la elabora-
ción de cuatro tipos de cemento, a saber: 
Tipo I : Un cemento de alta resistencia me-
cánica, sobre todo alta resistencia inicial. 
Tipo II: Un cemento con baja retracción. 
Este cemento es el indicado para la construc-
ción de carreteras. 
Tipo II I : Un cemento con ba jo desarrollo 
de calor, destinado a la construcción de re-
presas, y otras obras de grandes masas. 
Tipo IV: Un cemento de alta resistencia 
química contra a taques de aguas corrosivas. 
Es in teresante observar que la exigencia de 
K ü h l ей m u y anter ior a la existencia de la 
exigencia de la norma ASTM, lo que demues-
t ra que las necesidades de la construcción en 
las distintas par tes del mundo son análogas y 
t ienen las mismas exigencias, en lo que se 
re í iere a calidades y propiedades de los ce-
mentos. 
Pa ra una fábr ica de cemento siempre sig-
nifica un problema elaborar y a lmacenar una 
g ran var iedad de cementos. Por otra par te , 
las construcciones modernas requieren ce-
mentos especiales para las distintas obras. Por 
ello la fábr ica de Cemento Cerro Blanco de 
Polpaico S. A., estudió la posibilidad de ela-
borar un solo tipo de cemento que reuniera 
la mayor par te de las propiedades de los cua-
tro tipos (I, II, IV у V) de cementos de la 
norma ASTM. 
Los conocimientos científicos sobre la com-
posición potencial de los cementos y la in-
f luencia de ella en las distintas cualidades, 
y los últ imos adelantos en la Tecnología de 
la producción de cementos, como ser en la 
preparación de los crudos, la separación por 
fuerza centr í fuga en hidrociclones, la f lota-
ción para el iminar lo indeseable, la mezcla 
controlada cient íf icamente y en la calcinación 
del cl inquer usando el horno más moderno 
del mundo, controlado electrónicamente, per-
mit ieron a los ingenieros y técnicos de Ce-
mento Cerro Blanco de Polpaico S. A., des-
arrol lar el cemento Polpaico "Especial" y 
que es un cemento que reúne prác t icamente 
todos los requisitos de 4 tipos de cementos 
de la norma ASTM С 150. 
Como i lustración damos a continuación un 
cuadro con las exigencias de los tipos I, II, 
IV у V comparadas con las cualidades del 
cl inquer del cemento Polpaico "Especial". 
EXIGENCIAS QUIMICAS DE LOS DISTINTOS TIPOS ASTM (EN PORCENTAJES) 
Si03 AL03 F203 MgO so» c .s c,s СзА 
mín. máx. máx. máx. máx. máx. mín. máx 
I 5,0 3,0 — — .— 
II 21,0 6,0 6,0 5,0 2,5 — — 8,0 
IV — . 6,5 5,0 2,3 35 40 7,0 
V — — 4,0 2,3 — — 5,0 
P. Esp. 22,3 3,9 4,9 1,5 0,8 70 11 2,0 
EXIGENCIAS FISICAS DE LOS DISTINTOS TIPOS ASTM 
I и IV V Р. Esp. 
Blaine T°M° mín. 2800 2800 2800 2800 3400 cmVgr. 
Blaine mín. 2600 2600 2600 2600 3200 cm°/gr. 
Expansión en Autocl. máx. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,02 % 
Mín.: F raguado inicial 0,45' 0,45' 0,45' 0,45' 3,00 (horas) 
Máx. : F raguado f inal 10 10 10 10 6,00 (horas) 
Res. a Compresión 3 días 86 72 — — 110 kg /cm-Res. a Compresión 
7 )> 150 129 57 107 170 kg /cm 2 
28 )» 250 250 143 215 280 kg/cm" 
Res. a Tracción 3 " 11 9 — — kg/cm 2 
7 » 20 18 13 18 29 kg /cm 3 
28 я 25 23 21 23 33 kg/crr r 
Calor de h idra tac ión 7 >> 70 47 cal /gr . 
28 80 65 cal /gr . 
En los requisi tos químicos se nota que el 
cl inquer cumple con todas las especificacio-
nes de los cuatro tipos, salvo el contenido de 
C:íS y C2S en el tipo IV. Esta exigencia t iene 
por objeto man tener ba jo el desarrollo de 
calordel cemento. 
Sin embargo, en el cemento Polpaico Es-
pecial se ha logrado este f in con un agregado 
puzolánico que ba ja considerablemente el des-
arrollo de calor de este cemento, sin b a j a r 
apreciablemente las resistencias. Como es sa-
bido, el C3S es el compuesto que contr ibuye 
más en las resistencias hasta los 28 días. 
Ba jando el C„S, lógicamente t ienen que dis-
minui r las resistencias, lo que se re f le ja en 
la r eba ja de las exigencias ASTM de 250 
kg /cm 2 a los 28 días en el tipo I; a 143 k g / 
cn r en el tipo IV. Como dijimos, usando un 
agregado puzolánico, se puede b a j a r el des-
arrollo de calor de f r aguado y man tener las 
resistencias, lo que da a este cemento una 
gran ven ta ja sobre los cementos del tipo IV 
de la ASTM. 
Explicaremos ahora brevemente las carac-
terísticas más impor tantes del cemento Pol-
paico Especial. 
El cemento Polpaico Especial per tenece a 
los mundia lmente conocidos cementos Port-
land-puzolánicos. Se fabr ica en el país según 
la norma Indi tecnor 2-30-93 ECH y es con-
trolado y aprobado por el Inst i tuto Oficial 
de Control IDIEM. 
Los cementos Por t l and puzolánicos se ela-
boran normalmente con más o menos 70% de 
cl inquer de cemento Por t l and y yeso y apro-
x imadamente un 30% de puzolana. El clin-
quer que se emplea para fabr icar el cemento 
Por t l and puzolánico "Polpaico Especial", per-
tenece ahora, igual que el cl inquer del ce-
mento Polpaico 400, al m u y conocido clin-
quer de cemento Por t land, tipo Fer ra r i . El 
Profesor Küh l dice sobre los cementos Fe-
r r a r i en su libro "Zementchemie", Tomo II, 
página 670: "Los cementos Fe r ra r i reúnen 
en sí la mayor par te de las propiedades, que 
se requieren de los cementos especiales para 
los distintos usos, por lo que se puede con-
cordar con Ferrar i , cuando él poster iormente 
los denomina "Cementos Universales". 
El análisis potencial del cl inquer del ce-
mento Polpaico Especial es el s iguiente: 
C3S 70% 
C,S 11% 
C.A 2 % 
Ci AF 15% 
Como se ve, el contenido de C3A es tan ba jo 
que no tiene ninguna inf luencia en las pro-
piedades del cemento. 
Los cementos para obras especiales, nor-
malmente se fabr ican sólo contra pedido y 
con un fue r t e sobreprecio sobre el cemento 
común y corriente. Es un caso único que se 
fabr ique un cemento universal sin sobrepre-
cio sobre los cementos corrientes. 
En estas condiciones, sería un error econó-
mico y de Ingeniería, no usar un cemento tal, 
en obras que están expuestas a la acción de 
sales o aguas corrosivas, o donde se requiere 
un bajo desarrollo de calor de fraguado. 
Cabe mencionar que los cementos del tipo 
Fer ra r i son los cementos con más b a j a re-
tracción de f raguado, que alcanza a más o 
menos la mitad de la retracción de los cemen-
tos comúnmente conocidos. 
Por esta razón, se recomienda su uso en 
cualquier hormigón, donde es de importancia 
contar con una ba ja retracción. 
Las resistencias mecánicas que se pueden 
obtener con cemento Polpaico Especial, se 
indican en el cuadro siguiente: (Resultados 
de hormigones en cubos de 20 x 20 x 20 cm.) : 
Razón a / c 1 día 3 días 7 días 28 días 90 días ; 
0,4 72 176 267 400 515 
0,5 55 136 203 310 400 
0,6 43 106 161 ! 240 310 I 
0,7 32 79 120 ; 180 232 1 
kg/cm 2 
kg/cm 2 
kg/cm 2 
kg/cm 2 
Del cuadro anter ior se deduce que un hor-
migón vibrado con 270 kg. de cemento Pol-
paico Especial por m" con una dosis de agua 
de 135 lts/m : l , o sea, con una razón a / c de 0,5 
alcanza a los t res días 136 kg/cm 2 , a los 7 
días 203 y a los 28 días 310 kg/cm 2 . 
Las variaciones que se presentan en la ca-
lidad del cemento, gracias a los modernos mé-
todos de elaboración y al estricto control en 
cada fase de producción, son del orden de 
más o menos 5 %, de manera que, teniendo 
un buen control en la obra, las resistencias 
por f luctuaciones en el cemento pueden va-
r iar a los 7 días de 191 a 216 kg/cm 2 , mar -
gen que permi te ampl iamente decimbrar a 
los 7 días. Las resistencias a los 28 días pue-
den, por la misma razón, f luc tuar en t re 292 
y 328 kg/cm 2 . 
De especial importancia es el hecho, de 
que la f lexotracción en los cementos Por t l and 
puzolánicos es más alta que en los cementos 
Por t land corrientes. Es así como con cemen-
to "Polpaico Especial" con agregados "Arr ip" 
se obtienen fáci lmente resistencias a la f lexo-
tracción de a l rededor de 60 kg/cm 2 a los 28 
días en vigas de hormigón de 15 x 15 x 60 cm. 
con cargas aplicadas en los tercios (ASTM 
С 78-59). 
Este hecho ha sido comprobado por ensa-
yes efectuados en Alemania, comparando las 
resistencias a la tracción de cementos Por t l and 
puros con las de cementos puzolánicos, lle-
gándose a los siguientes resul tados: 
RESISTENCIA A LA TRACCION ( k g / c m 2 ) 
3 días | 7 días | 28 días [ 
Cemento Por t l and 
Por t l and puzolánico con 20% de puzolana 
Por t l and puzolánico con 33% de puzolana 
24,5 ¡ 29,7 ! 30,9 | kg /cm 2 
• 30,7 | 37,5 | 44,5 | kg 2 cm/ 
37,7 | 37,4 : 49,9 j kg /cm 2 
Por otra parte , la puzolana aumenta la 
plasticidad del hormigón y produce hormi-
gones completamente impermeables , sin que 
sea necesario usar aditivo alguno para lograr 
este objeto. 
El desarrollo de calor de f raguado del ce-
mento "Polpaico Especial" es el s iguiente: 
3 días 48 cal /gr . 
7 días 56 
28 días 68 
Calcularemos, a continuación, qué tempe-
ra tu ra podemos esperar en el centro de un 
hormigón colocado por e jemplo en una re-
presa, donde supondremos rigen condiciones 
adiabáticas, o sea, ba jo condiciones teóricas, 
en las que no hay disipación de calor. 
Pa ra este cálculo necesitamos el calor es-
pecífico del conjunto de los compuestos del 
hormigón, o sea, la cant idad de calor que se 
necesita para elevar en un grado la tempe-
ra tura del hormigón. Tomaremos como base 
para este cálculo: 
Calor específico de los distintos compuestos 
del hormigón: 
Cemento 0,201 cal /gr . 
Ripio 0,220 
Arena 0,220 
Agua 1,00 
Para simplificar el cálculo del calentamien-
to del hormigón, convert imos las cant idades 
de agregados y del cemento en cant idades de 
agua equivalente. 1 kg. de cemento con el 
calor específico de 0,201 cal /gr . es equivalen-
te a 0,201 kg. de agua con el calor específico 
de 1,00 cal /gr . o por otro lado, 4,97 kg. de 
cemento son equivalente a 1 kg. de agua. 
1 kg. de ripio con el calor específico de 
0,220 es equivalente a 0,220 1. de agua, o 
por otro lado, 4,55 kg. de ripio son equiva-
lentes a 1 litro de agua. La misma cifra es 
válida para la arena. 
Si suponemos que se elabora un hormigón 
con la siguiente composición: 
2030 kg. de ripio y arena, 
250 kg. de cemento, y 
135 litros de agua, 
el equivalente de agua para este hormigón 
sería: 
2060 kg. de ripio y arena x 0,22 = 453 1. 
250 kg. de cemento x 0,201 = 50,5 1. 
135 1. de agua = 135 1. 
Equivalente de agua del hormigón: 638,5 1. 
Si el cemento "Polpaico Especial" desarro-
lla 48 cal/g. o Kcal/kg. a los tres días, el ca-
lor total desarrollado a los tres días por los 
250 kg. de cemento será de 12.000 Kcal. Este 
calor alcanza para calentar un m3 de hormi-
gón o su equivalente de agua en 18,7°. A los 
7 días se habrían desarrollado 14000 Kcal, 
io que elevaría la temperatura en más o me-
nos 22,5°C y a los 28 días llegaríamos a un 
desarrollo de calor de 17000 Kcal, lo que sig-
nificaría un aumento de temperatura de más 
o menos 26,6°C. Part iendo de una tempera-
tura de 20°C de los distintos compuestos, lle-
garíamos a una temperatura de 46,6°C en el 
interior del hormigón. 
Normalmente, en los hormigones de gran-
des masas, no se t rabaja con dosificaciones 
de cemento superiores a 250 kg/m3 , lo que 
significa, en condiciones adiabáticas, un au-
mento de temperatura de unos 27°C. Como 
en la práctica nunca se t rabaja en forma 
adiabática y siempre hay trasmisión de calor, 
no es de ninguna manera peligroso este des-
arrollo. 
Se puede, por lo tanto —usando este ce-
mento—, construir represas sin tener que re-
currir a larefrigeración de los hormigones, 
que es un procedimiento caro. 
La composición química del clinquer em-
pleado para la elaboración del cemento Pol-
paico Especial, es la siguiente: 
Si02 22,3 % 
ALO, 3,9% 
Fe203 4,9% 
CaO 67,2% 
MgO 1,3% 
Na20 0,04% 
K=0 0,04% 
Este análisis muestra que el cemento "Pol-
paico Especial" cumple también con las exi-
gencias de la norma ASTM sobre "Low alcali 
cements". Es especialmente importante este 
hecho en zonas donde puede tener lugar una 
reacción de los álcalis del cemento con cier-
tos agregados, produciéndose según el grado 
de la sensibilidad de los agregados, grietas 
más o menos profundas. 
Es interesante, además, una cualidad nor-
malmente poco conocida de estos cementos: 
Se pueden elaborar hormigones, usando aguas 
salobres o agua de mar, resultando no sólo 
un hormigón igual, sino superior en resis-
tencias a los hormigones elaborados con agua 
potable. Este hecho es de suma importancia 
en la zona norte donde en muchas regiones 
escasea el agua potable. La única precaución 
que hay que tomar en estos casos es de ase-
gurarse de que la armadura del hormigón es-
té completamente cubierta y protegida por 
el hormigón para evitar la corrosión del fie-
rro. 
A continuación daremos un resumen de las 
cualidades del cemento "Polpaico Especial": 
Tino: Port land puzolánico. 
Norma Inditecnor: 2 - 30 - 93 ECH. 
Resistencia a la Compresión: 3 días 7 días 
Exigencia de la norma: — 250 
Resistencias obtenidas en ensayos oficiales: 400 500 
Tipo de clinquer: Ferrar i , resistente a sulfatos. 
Tipo de la puzolana: Puzolana Riolítica, vitrificada de alta reactividad. 
Proporción: 70% clinquer y yeso: 30% puzolana. 
Finura (sup. específica según Blaine) : 3400 cmVgr. 
Tiempo de f raguado: inicial 3 horas, f inal 6 horas. 
Resistencias a la compresión: (cubos 20 x 20 x 20 cm.). 
28 días 
350 
600 
kg/cm2 
kg/cm2 
Razón a /c 1 día 3 días 7 días 28 días 90 días 
0,4 72 176 267 400 515 
0,5 55 136 203 310 400 
0,6 . 43 106 161 240 310 
0,7 32 79 120 180 232 
kg/cm2 
kg/cm 2 
kg/cm2 
kg/cm 2 
Resistencias a la flexotracción con agregados de arena y ripio: "Arrip". 
Viguetas 15 x 15 x 60 cm., carga aplicada en los tercios. (ASTM С 78-59). 
Razón a /c 0,50 
7 días: 40 kg/cm2 28 días: 60 kg/cm2 
Resistencia a sulfatos: excelente 
Desarrollo de calor f raguado: 3 días 48 cal/grs. 
7 días 56 cal/grs. 
28 días 68 cal/grs.