UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL TECNOLOGÍA DEL CONCRETO MÓDULO 1 CEMENTOS TIEMPO DE PRESENTACIÓN: 2 HORAS IMPORTANCIA DEL CONCRETO 1 PIELES 2 HOJAS 3 ADOBE 4 HIELO 5 MADERA 6 ACERO 1. El CONCRETO es el material de construcción más utilizado, se estima que anualmente se produce 1m³ per cápita. 2. El Cemento Portland es fabricado casi exclusivamente para elaborar concreto. 3. La industria del cemento es de las más contaminantes. USTED ESTÁ AQUÍ PARA MEJORAR LA CALIDAD Y DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DEL CONCRETO AL MISMO TIEMPO QUE MINIMIZA SU COSTO Y SU IMPACTO AL MEDIO AMBIENTE, CON EL PROPÓSITO DE CONTINUAR CON LA EVOLUCIÓN Educación – Tecnología del concreto – Estándares de calidad MÓDULO 1: CEMENTOS, REVISIÓN: JULIO 2019 2 DEFINICIÓN El concreto es una mezcla de dos componentes, agregados y pasta, en este caso la pasta es una mezcla de cemento y agua que tiene como función unir a los agregados para formar un cuerpo sólido y monolítico. Esto ocurre mediante un proceso de endurecimiento que se da como resultado de la reacción entre el cemento y el agua llamada “reacción de hidratación”. Referencia: PCA MÓDULO 1: CEMENTOS Imagen: http://e-struc.com/blog/ 3 FORTALEZAS DEBILIDADES 1. Resiste esfuerzos a compresión. 1. Débil a los esfuerzos de tensión. 2. Adopta cualquier forma. 2. Es un material pesado. 3. Se fabrica con materiales locales. 4. No se degrada en condiciones normales. 3. Volumétricamente no es del todo estable. 5. No se afecta con la humedad. 6. No se incendia. 7. No es atacado por los insectos. 8. Es durable casi en cualquier condición ambiental (con buenos procedimientos) 4. El potencial de resistencia y durabilidad se ponen en riesgo si no se dan los cuidados adecuados a edades tempranas. No es de sorprenderse que el concreto sea el material más utilizado. Imagen: Templo de Loto en Delhi, India. Arquitecto: Fariborz Sahba, 1986 MÓDULO 1: CEMENTOS, 4 DESCUBRIMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND James Frost, patenta el cemento Británico (cemento natural). Jhon Smeaton, proceso para fabricar cal hidráulica durante la reconstrucción del Faro Eddystone 1749 1791 Joseph Aspdin, patenta el Cemento Portland y lo llama así por su color grisáceo Edgar Dobbs, patenta un cemento obtenido de la calcinación de una mezcla de caliza y arcilla. 1796 Holbeig, acuña el término de “Cemento Romano” a un material que en esencia es cal hidráulica. James Parker, patenta el cemento romano. Hecho de la calcinación de nódulos encontrados en caliza arcillosa. 1811 1818 Louis Vicat, aplica el método científico y encuentra las proporciones de arcilla y caliza para obtener “cal artificial” 1822 1824 William Aspdin y Johnson, patentan la fabricación del cemento Portland. Se incorporan nuevas mejoras al proceso de producción como el método de vía seca, el paso de la pre-calcinación y los combustibles alternativos. 1840 1900 50-70s Se crea el primer horno rotatorio que reemplazó al horno de eje vertical. Fuente: Binders for durable and sustainable concrete, Pierre-Claude Aïtcin MÓDULO 1: CEMENTOS 5 Proceso moderno de producción ETAPA TIPO DE PROCESO OBSERVACIONES Explotación de recursos Mecánico (M) Se obtiene la Materia Prima para fabricar cemento Trituración M Se da el tamaño adecuado a la materia prima Pre-Homogenización M Se realizan la selección de las cantidades apropiadas Molienda M Se obtiene Harina Cruda en proporciones adecuadas Combustión/Calcinación Químico Se obtiene el Clinker por un proceso de fundición (1450 °C) Adiciones M Se adiciona yeso y otros materiales minerales Molienda M Se obtiene el Cemento Despacho N.A. Ensacado, a granel, furgones, etc. MÓDULO 1: CEMENTOS, 6 Clinkerización Repartición de masas Harina cruda CO2 Lo CaO Alita Lf Belita Cuarzo Cuarzo- H2O Fe2O3 0 200 Liqu. Cr C12A7 Arcilla 400 600 C2(A,F) 800 MÓDULO 1: CEMENTOS Clinker CaCO3 C3A Liqu. C4AF 1000 1200 1400 Temperatura [°C] 7 Imagen: Revista CemNet.com - www.cemnet.com/Articles/story/153986/new-clinkers.html COMPUESTO Silicato Tricálcico 3CaOSiO2 Silicato Dicálcico 2CaOSiO2 Sulfato de Calcio Hidratado CaO SO3 2H2O SIMBOLO MINERAL COMPUESTO C3S Alita Aluminato Tricálcico C2S Belita Aluminato Ferrito Tetracálcico CSH2 Yeso Óxidos alcalinos 3CaOAl2O2 4CaOAl2O3FeO2 K2O, NaO, CaO MÓDULO 1: CEMENTOS SIMBOLO MINERAL C3A Aluminato C4AF Ferrita -- -- 8 Tipos de Cemento Conforme a ASTM C 150 Conforme a NMX-C-414 Tipo Clasificación Tipo Clase Resistente Especiales I Normal (Ordinario) CPO 20 B II Moderada resistencia a Sulfatos CPC 30 BRA III Alta resistencia inicial CPP 30R RS IV Bajo calor CPEG 40 BCH V Resistente a sulfatos CPS 40R (A) Con inclusor de aire CEG (MH) Moderado calor de Hidratación CPO = Cemento portland ordinario CPC = Cemento portland compuesto CPP = Cemento portland puzolánico CPEG = Cemento portland con escoria granulada de alto horno CPS = Cemento portland con humo de sílice CEG = Cemento con escoria granulada de alto horno B = Blanco BRA = Baja reactividad álcali-agregado RS = Resistente a sulfatos BCH = Bajo calor de hidratación MÓDULO 1: CEMENTOS, 9 Requisitos que debe cumplir un cemento Portland Tiempo de fraguado (ASTM C 191) Expansión por Autoclave (ASTM C 151) Finura (ASTM C 204) Contenido de aire en morteros (ASTM C 185) MÓDULO 1: CEMENTOS 10 Requisitos que debe cumplir un cemento Portland Resistencia a la compresión (ASTM C 109) MÓDULO 1: CEMENTOS 11 Requisitos opcionales que debe cumplir un cemento Portland Calor de hidratación (ASTM C 1702) Fraguado falso (ASTM C 451) Finura, T. Wagner (ASTM C 115) Resist. sulfatos (ASTM C 452) T. fraguado, Guillmore (ASTM C 266) MÓDULO 1: CEMENTOS 12 Proceso de Hidratación Rigidez Transición del fraguado Inicio de la Resistencia Mecánica Fraguado Final Fraguado Inicial Límite de la manejabilidad Adición del Agua Periodo durmiente Fraguado Endurecimiento Tiempo Referencia: The Science and Technology of Civil Engineering Materials, J. F. Young, S. Mindess, R.J. Gray, A. Bentur pag. 205 MÓDULO 1: CEMENTOS 13 Proceso de Hidratación Referencia: Apuntes curso de microestructura Uiversité d´Sherbrooke MÓDULO 1: CEMENTOS, REVISIÓN: JULIO 2017 14 Tipos de Fraguado MÓDULO 1: CEMENTOS 15 Preguntas rápidas de Repaso: 1. ¿Quién y en qué año se patentó el cemento portland y por que fue nombrado así? 2. Mencione en orden 4 de los 8 procesos principales de la producción de cemento portland. 3. ¿Cuáles son las fases principales del Clinker? 4. Mencione tres adiciones al Clinker para formar cementos de diferente tipo. 5. ¿Qué caracteriza al cemento Tipo II según ASTM C 150? 6. Defina fraguado del cemento. 7. A qué se debe el fenómeno de Fraguado Falso. MÓDULO 1: CEMENTOS, REVISIÓN: JULIO 2017 16
