CEMENTO PORTLAND CEMENTO PORTLAND DEFINICION GENERAL INGENIERIL COMPONENTES PRINCIPALES Caliza (carbonato de cálcio CaCO3). Arcillas (SiO2, Al2O3, Fe2O3). Correctores Yeso CEMENTO PORTLAND I.C.P.C = Industria Colombiana de Producción del Cemento. ICONTEC = Instituto Colombiano de Normas Técnicas. C.C.C.S.R = Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistente. ASOCRETO = Asociación Colombiana de Productores de Concreto. CEMENTO PORTLAND FABRICACION DEL CEMENTO PROCESO HUMEDO PROCESO SECO PROCESO DE FABRICACION ETAPAS PRINCIPALES Explotación de la materia prima Preparación, dosificación y molienda molienda. . Homogenización Almacenamiento en silos Clinkerización Enfriamiento Adiciones finales y molienda Empaque y distribución COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO Silicato tricalsico : 3CaOSiO2 Abrev. C3S Abrev. Silicato dicalsico : 2CaOSiO2 Abrev.. C2S Abrev Aluminio tricalsico : 3CaOAl2O3 Abrev.. C3A Abrev Ferroaluminato tetracalcico : 4CaOFe2O3Al2O3 Abrev.. C4AF Abrev COMPOSICION QUIMICA FASES DEL CEMENTO ALITA : C3S BELITA BELITA: : C2S ALUMINATO ALUMINATO: : C3A FERRITO FERRITO: : C4AF COMPOSICION BOUGUE:: BOUGUE C3S C3A : 51 51,,86 % : 6,0 % POTENCIAL SEGUN C2S : 21 21,,08 % C4AF : 10, 10,65 % COMPOSICION QUIMICA LlMITES DE COMPOSICION CEMENTO PORTLAND TIPO 1 ÓXIDO CONTENIDO (%) CaO 60 – 67 SiO2 17 – 25 Al2O3 3–8 Fe2O3 0,5 – 6,0 MgO 0,1 – 4,0 Álcalis 0,2 – 1,3 SO3 1–3 DE UN COMPOSICION QUIMICA COMPOSICION DE UN CEMENTO PORTLAND TIPICO COLOMBIANO CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 Otros : 62 % : 21 % : 4,5 % : 3,5 % : 1,0 % K2O : 0,4 % Na2O: 0,1 % SO3 : 2,0 % MgO : 1,0% HIDRATACION DEL CEMENTO FENOMENOS COMPLEJOS ANALISIS DE LA PASTA DE CEMENTO CEMENTO:: Sol+Ag+Poros Compuestos anhidros + Agua Compuestos hidratados + Gel Cristales Gel envolvente o gel inestable Agua:: gel Agua Absorción de agua por los cristales Gel estable De acuerdo con las reacciones químicas, la hidratación de los compuestos de cemento es EXOTERMICA.. EXOTERMICA REACCIONES DE HIDRATACION DEL CEMENTO HIDRATACION DEL CEMENTO 3 días de edad edad:: C3S, C3A. 7 días de edad edad:: C3S. 28 días de edad edad:: C3S, C2S. > 28 días días:: C2S. Espacios Vacios Vacios:: Gel, hidróxido de calcio y agua CALOR DE HIDRATACION REACCIÓN CEMENTO Y AGUA AGUA.. Cantidad de calor en calorías por gramo, de un cemento deshidratado, dispersado por una hidratación completa a una temperatura dada dada.. Calor de hidratación de 1gr de cemento cemento:: 136(%C3S) + 62(%C2S) + 200(%C3A) + 309(%C4AF) Cemento Normal: 80 – 120cal/gr CALOR DE HIDRATACION METODO PARA MEDIRLO Determinar el calor de solución de cemento deshidratado e hidratado en una mezcla de acido nítrico y fluorhidrico fluorhidrico.. La diferencia entre los dos valores representa el calor de hidratación hidratación.. NTC 117 ASTM C-168 DEPENDE DE DE:: Composición química del cemento = ∑calores de hidratación individuales de los componentes del cemento, hidratados por separado separado.. Temperatura de curado Finura del cemento Para efectos prácticos no importa el calor total de hidratación, si no la velocidad de desarrollo del calor calor.. Según Bouge Bouge:: ½ calor se libera en uno y tres días ¾ en 7 días 83 – 91 % en 6 meses CARACTERISTICAS DE LOS COMPUESTOS DE CEMENTO PROPIEDAD C3S C2S C3 A C4AF Contribución Resistencia Buena (Poca edad) Buena (Mayor edad) Pobre Pobre Intensidad de reacción Media Lenta Rápida Rápida Calor desarrollado Medio Pequeño Grande Pequeño Resistencia a los sulfatos Buena Buena Pobre Media Fraguado rápido Lento Muy rápido Lento Resistencia rápido Lento Muy rápido Lento Estabilidad Química Buena Muy Buena Mala Buena PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS PESO ESPECIFICO Densidad : Peso / volumen 3,10 – 3,15 No hay adiciones distintas al yeso. 3,00 – 3,10 Cementos con adiciones. 2,9 gr / cm3 PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS METODOS PARA DETERMINAR EL PESO ESPECIFICO 1. Método de Le Chatelier. Icontec 221 2. Método de Schuman. 3. Método de Candlot. 4. Método del picnómetro. SUPERFICIE ESPECIFICA (FINURA) Área superficial de las partículas contenidas en un gramo del material. Medida: cm2/g. METODOS PARA DETERMINAR LA FINURA 1. Directos - Tamizado: Icontec 226, 50g, Tamiz No 200, Se determina el % Retenido. - Icontec 294, 1g, Tamiz No 325, % retenido. Métodos directos > 10 10% % Ensayos de Tiempo de Fraguado y resistencia 2. Indirectos TURBIDIMETRO DE WAGNER WAGNER:: Icontec 597 597,, Se hace pasar una fuente de luz constante a través de la muestra de cemento en suspensión que choca con una fotocelda elástica. La corriente generada mide la turbidez de la suspensión de cemento. PERMEAMETRO DE BLAINE Se hace circular aire a través de una capa de cemento, para medir su permeabilidad al aire. INFLUENCIA DE LA FINURA La finura influye directamente sobre: - Velocidad de hidratación - Tiempo de fraguado - Costo de producción - Resistencias - Exudación - Retracción - Cantidad de yeso requerido - Manejabilidad de las mezclas - Indica calidad del cemento. PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS CONSISTENCIA NORMAL Determinada fluidez alcanzada al agregarse una cierta cantidad de agua. % agua : 23 – 33 % METODOS PARA DETERMINAR CONSISTENCIA NORMAL LA APARATO DE VICAT- Icontec 110. Penetración: 10mm ± 1mm despues de 30 seg de soltar la aguja. FRAGUADO DEL CEMENTO TIEMPO DE FRAGUADO INICIAL TIEMPO DE FRAGUADO FINAL FALSO FRAGUADO FRAGUADO RELAMPAGO Estos tiempos dan una ideal del tiempo disponible para mezclar, transportar, colocar, vibrar y afinar los concretos y morteros, así como transitar sobre ellos y para mojarlos por curado. FRAGUADO DEL CEMENTO FACTORES QUE INFLUYEN TIEMPOS DE FRAGUADO: SOBRE LOS Composición química del cemento. Finura del cemento. Agua de amasado. Temperatura ambiente, por debajo de -1 oC No fragua. Por encima de los 32 oC se observa un efecto inverso. ESTABILIDAD DE VOLUMEN En circunstancias normales los morteros y los concretos se contraen al endurecer. 2 o 3 primeros meses de hidratación del cemento. Concretos normales: 0,015 % FACTORES QUE AFECTAN AFECTAN:: Composición Química. Finura. Cantidad de agua de mezcla. Proporción de los elementos de la mezcla Tiempo transcurrido. ENSAYO DE EXPANSION DE AUTOCLAVE Norma Icontec 107 Fabricación de una barra de pasta de cemento. Se introduce en un horno llamado autoclave a 216OC y a una presión de 20.8Kg/cm2 la diferencia de longitudes antes y después del ensayo determina la expansión del cemento estudiado. % expansion no > a 0.8% RESISTENCIA MECANICA Se utiliza el mortero como solución intermedia entre la pasta y el concreto. RESISTENCIA A LA COMPRESION - ARENA NORMALIZADA ASTM arena de Otawa, RILEM - PROPORCION DE MEZCLA Algunos países 1:3 ASTM, ICONTEC 220: 1: 2,75 Entre 1:2 y 1:3,5 la resistencia varia en un porcentaje no mayor al 7% - RELACION AGUA CEMENTO ASTM : 0,485 RESISTENCIA MECANICA Desde el punto de vista ingenieril existen las siguientes resistencias: Tensión , La diferencia del prom No > a 15% , agua consistencia normal Flexión, agua para Fluidez de 110+5%, la diferencia del prom NO>de 10 % Compresión: agua min A/C: o.485, mesa de flujo % fluidez 100-115%, NO > 15% de diferencia del prom, RESISTENCIA MECANICA TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND CEMENTO PORTLAND TIPO 1 Usos generales. Es el que mas se emplea para usos estructurales cuando no se requieren las propiedades especificadas para los otros 4 tipos de cemento. CEMENTO PORTLAND TIPO 1-M Destinado a obras de hormigón en general al que no se le exigen propiedades especiales pero tiene resistencia Superiores al del Tipo 1. CEMENTO PORTLAND TIPO 2 Usos generales y cuando se prevé una exposición moderada al ataque de sulfatos o cuando se requiere un moderado calor de hidratación. Adquiere resistencia con mas lentitud que el tipo 1, pero alcanzan las mismas resistencias. Se limita el contenido de C3A y C3S CEMENTO PORTLAND TIPO 3 Alta resistencia inicial. Se desarrolla una resistencia en 7 dias igual a la de los 28 días por concretos con tipo 1 y 2. Tiene un desprendimiento de calor grande. No se usa para concretos masivos. Se aumenta el contenido de C3A y C3S y se muele mas fino. C3A: 15% mala resistencia a los sulfatos C3A: máx. 8% resistencia moderada a los sulfatos C3A: máx. 5% alta resistencia. CEMENTO PORTLAND TIPO 4 Bajo calor de hidratación. 80% del tipo 2, 65% del tipo 1, 55% del tipo 3, después de la primera semana de hidratación. Se limita el contenido de C3A y C3S La resistencia aumenta con lentitud. Se usa para concretos masivos. Es un cemento especial y se fabrica sobre pedido. CEMENTO PORTLAND TIPO 5 Resistencia a los sulfatos sulfatos.. Estructuras hidraulicas expuestas en aguas con alto contenido de alcalis alcalis.. Estructuras expuestas al agua de mar mar.. Se minimiza el contenido de C3A. Es un cemento especial y se fabrica sobre pedido.. pedido TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND CEMENTO PORTLAND BLANCO Blancura mayor al 85 85% % la cantidad de óxido férrico no supera el 1%, más agua que los cementos normales, tiempo de inicio de fraguado es menor CEMENTO PORTLAND CON INCORPORADORES DE AIRE AIRE.. VALORES TIPICOS DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE CEMENTO COMPOSICION QUIMICA EN % CEMENTO FINURA cm2/g RESISTENCIA A LA COMPRESION 1 DIA 28 DIAS 90 DIAS min. 2800 100 100 100 13 min. 2800 75 90 100 9 8 máx. 4000 190 110 100 50 5 12 min. 2800 55 75 100 37 4 9 min. 2800 65 85 100 C3S C2S C3A C4AF Tipo I 48 27 12 8 Tipo II 40 35 5 Tipo III 62 13 Tipo IV 25 Tipo V 38 RESISTENCIA RELATIVA APROX DEL CONCRETO SEGÚN EL TIPO DE CEMENTO PORTLAND Impactos ambientales
