30/03/2014 1 Por Ing. Ricardo Castellanos Araujo TEMA No. 3 MATERIALES CONGLOMERANTES (CEMENTANTES) 1 Materiales Adhesivos Materiales adhesivos o ligantes: son capaces de unir entre si otros materiales por medio de una transformación física y/o química Aglomerantes: reacción física por evaporación de disolventes o enfriamiento (arcillas, asfalto, siliconas, resinas, pinturas) Conglomerantes: reacción química llamada fraguado. 2 Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado marzo 2013)
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30/03/2014
1
Por Ing. Ricardo Castellanos Araujo
TEMA No. 3
MATERIALES CONGLOMERANTES (CEMENTANTES)
1
Materiales Adhesivos
Materiales adhesivos o ligantes: son capaces de unir entre si otros materiales por medio de una transformación física y/o química
Aglomerantes: reacción física por evaporación de disolventes o enfriamiento (arcillas, asfalto, siliconas, resinas, pinturas)
2 Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado marzo 2013)
Materiales silíceos o alumino-silíceos que por sí solos poseen poco o ningún valor cementante
Dividido finamente y en presencia de agua, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos con propiedades cementantes http://www.lomanegra.com.ar/img/cp.pdf (visiitado marzo 2013) 5
Cemento hidráulico
Es un material inorgánico finamente pulverizado que al agregarle agua tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad.(2)
Al reaccionar el cemento con el agua (1) se produce una reacción exotérmica
Al calor producido se le llama “calor de hidratación”
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Tipos de cementos
Cemento natural: calcinación a baja temperatura de calizas arcillosas.
Cemento artificial: calcinación de piedra caliza, arcillas y otros compuestos químicos en una determinada proporción, en un proceso industrial controlado (2).
Cemento hidráulico producido por la pulverización de clinker mezclado con yeso (3% máximo), que cumple con requisitos químicos de la ASTM C-150
Clinker: es un alúmino silicato de calcio que se obtiene por calentamiento en hornos giratorios a 1300 ºC, de una mezcla de piedra caliza y arcilla finamente molidos
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Composición química del cemento Portland
SUSTANCIAS QUÍMICAS
Cal (CaO)
Sílice (SiO2)
Alúmina (Al2O3)
Oxido de hierro (Fe2O3)
Oxido de magnesio (MgO)
Trióxido de sulfuro (SO3)
Álcalis (K2O + Na2O)
Agua y bióxido de carbono (H2O + CO2)
COMPUESTO Silicato tricálcico (3CaO,SiO2) o “alita” se abrevia
S3C o C3S
Silicato dicálcico (2CaO,SiO2) o “belita” se
abrevia S2C o C2S
Aluminato tricálcico (3CaO,Al2O3) se abrevia
A3C o C3A
Aluminoferrito tetracálcico (4CaO,Al2O3,Fe2O3) o
“celita” se abrevia AF4C 16 Tomado de ASTM C-150- 04
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Compuestos beneficiosos
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COMPUESTO CONTRIBUCION AL
CEMENTO Silicato tricálcico (3CaO,SiO2) o
“alita” se abrevia S3C o C3S
Silicato dicálcico (2CaO,SiO2) o
“belita” se abrevia S2C o C2S
Son los principales compuestos del clinker al hidratarse
forman los silicatos hidratados de calcio que son los
responsables de la resistencia mecánica del cemento.
Normalmente, el C3S aporta resistencia a corto y
mediano plazo, y el C2S a mediano y largo plazo
Aluminato tricálcico
(3CaO,Al2O3) se abrevia A3C o
C3A
Compuesto que se hidrata con mayor rapidez,
propiciando mayor velocidad en el fraguado y en el
desarrollo del calor de hidratación en el concreto.
Determina la velocidad de endurecimiento
Aluminoferrito tetracálcico
(4CaO,Al2O3,Fe2O3) o “celita” se
abrevia AF4C
Contribuye poco a la resistencia del concreto y reduce la
temperatura de formación del clinker, ayudando por
tanto a la manufactura del cemento.
Compuestos perjudiciales
Límite máximo de 0.6% de álcalis, óxidos de sodio (Na2O) y de potasio (K2O), para evitar reacción álcali – agregado.
Límite máximo de puzolanas o cal= 5% para evitar disminución de resistencia.
Valores mayores al 5% lo convierten en cemento mezclado (ASTM C-595 o ASTM C 1157)
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CONCRETERA MIXTO LISTO, S.A. DE C.V.
La reacción álcali-agregado
puede producir una expansión
anormal y agrietamiento del
concreto.
Se manifiesta a largo plazo ( 3 ó
más años)
Reacción álcali - agregado
Tipos de cemento Portland
Tipo I: sin características especiales ni ajustes específicos.
Tipo II: moderado calor de hidratación y resistencia a los sulfatos. Se ajusta el C3A
Tipo III; alta resistencia rápida. Se usa alto contenido de C3S
Tipo IV: bajo calor de hidratación. Se usa alto contenido de C2S y moderado C3A
Tipo V; alta resistencia a los sulfatos. Se ajusta un bajo contenido de C3A
Portland con inclusores de aaire IA, IIA, IIA
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Características y usos del cemento Portland tipo I
Uso normal
Es de uso general, utilizado en concretos que no estén sometidos al ataque de factores agresivos.
Pavimentos, pisos, edificios de concreto armado, puentes, estructuras para vías férreas, tanques y depósitos de agua, tuberías, mampostería y otros productos de concreto prefabricado.
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Características y usos del cemento Portland tipo II
Moderado calor de hidratación y moderada resistencia a a los sulfatos
Se usa cuando se deben tomar precauciones contra el ataque moderado de sulfatos.
Este cemento genera menos calor de hidratación que el tipo I,
Se emplea en estructuras de volumen considerable, como en pilas de gran masa, presas o muros de contención de gran dimensión.
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Características y usos del cemento Portland tipo III
Endurecimiento rápido
Proporciona resistencias elevadas a edades tempranas. Química y físicamente similar al cemento tipo I, excepto que sus partículas se han molido finamente.
Se emplea cuando se tenga que poner rápidamente en servicio la estructura.
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Características y usos del cemento Portland tipo IV
Bajo calor de hidratación
Desarrolla resistencia a una velocidad inferior a la de otros tipos de cemento, mantiene en un valor mínimo la cantidad y velocidad de generación de calor provocada por la hidratación.
SE usa en estructuras de concreto masivo, como presas de gravedad grandes.
Características y usos del cemento Portland tipo V
Alta resistencia a los sulfatos
La resistencia la adquiere aún más lento que el cemento tipo I.
Se emplea en concretos expuestos a acciones severas de sulfatos
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Características y usos del cemento Portland inclusores de aire
Tipos IA, IIA y IIIA
Producen concretos con resistencias mejoradas contra la acción de la congelación- deshielo y contra la descamación provocada por la aplicación de productos químicos para remover hielo o nieve.
Se utiliza en construcciones sometidas a ciclos de hielo y deshielo
El agua puede filtrar dentro del concreto a través de fisuras o discontinuidades.
Cuando el agua se congela, pasa por un cambio de volumen, que produce presión que puede agrietar el concreto.
Las burbujas de aire permiten que el agua cambie de estado, sin presionar internamente al concreto endurecido
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Cementos Portland mezclados ASTM C-595
Portland mezclado: fabricados con clinker de cemento portland combinado con escoria, puzolana, o ambos.
Tipo IS: Portland de escoria de alto
Tipo I (SM): Portland de escoria modificado
Tipo S-cemento de escoria para su uso en combinación con cemento portland y cal
Tipo IP: Portland-puzzolana
Tipe P: Portland-puzzolana para uso cuando se necesitan altas resistencias a edad temprana.
Tipo I(PM): Portland-puzzolana modificado
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Cementos Hidráulicos fabricados bajo norma ASTM C-1157
Desde 1992 existe la Norma ASTM C-1157, como especificación estándar para el desempeño de cementos hidráulicos
Aplicable a cementos hidráulicos para aplicaciones generales y especiales. Portland mezclados o cementos hidráulicos compuestos
Es una especificación para dar los requisitos de rendimiento. No hay restricciones en la composición del cemento, ni en el uso de adiciones minerales.
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Aclaración
ASTM C-150 define el Cemento Portland
ASTM C-595 define el Cemento Portland mezclado; pero limitado a mezclas con puzzolana y/o escoria.
ASTM C-1157 redefine el concepto de cemento mezclado: dos o más ingredientes inorgánicos que contribuyan a las propiedades del cemento, con o sin otros ingredientes y adiciones minerales (también llamados cementos compuestos)
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Tipos de cementos según C-1157
Tipo GU (general use): uso general en la construcción
Tipo HE (high early strenght): alta resistencia a temprana edad
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Tipo MS (moderate sulfate resistance): resistencia moderada a los sulfatos.
Tipo HS (high sulfate resistance): alta resistencia a los sulfatos
Tipo MH (moderate heat of hidratation):moderada generación de calor de hidratación.
Tipo LH (low heat opf hidratation): bajo calor de hidratación
Son mezclas de cemento hidráulico coon materiales plastificantes (tales como caliza o cal hidratada), junto con otros materiales introducidos para mejorar una o más propiedades.
Cemento de mampostería (albañilería) ASTM C-91
Cemento de mortero ASTM C1329
http://notasdeconcretos.blogspot.com/2011/04/cementos-de-albanileria-masoneria.html (visitado marzo 2013)
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Cementos de mampostería y cementos de mortero
Cemento de mampostería
Cemento de mampostería: cemento hidráulico fabricado para su uso en morteros para la construcción de mampostería o en acabados, que contiene material plastificante (generalmente Cal) para mejorar el rendimiento
http://es.scribd.com/doc/74629261/Microestructura-Del-Cemento#download (visitado marzo 2013)
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Relación agua cemento
Cantidad de agua, en peso, relacionada con la de cemento, también en peso
Simbología: a/c
Afecta a la resistencia de la pasta, pues interviene en la interrelación entre los productos de hidratación de las distintas partículas de cemento.
Cuando se utiliza una baja relación a/c, la interrelación es mucho más estrecha y, es de esperar que la resistencia sea superior a cuando se utiliza una alta relación a/c donde las partículas se encuentran más alejadas
http://www.lomanegra.com.ar/img/cp.pdf (visitado marzo 2013) 40
28 días 43 publiespe.espe.edu.ec(visitado marzo 2013)
Influencia de las adiciones minerales
Las adiciones minerales (diferentes a los aditivos) son compuestos naturales o artificiales que se incorporan al cemento o directamente al hormigón con el objeto de mejorar el comportamiento del cemento u hormigón en estado fresco y/o endurecido.
ACTIVAS: tienen la capacidad de hidratarse y formar compuestos SCH de manera similar a los formados en la hidratación del clinker portland.
45 http://www.lomanegra.com.ar/img/cp.pdf (visitado marzo 2013)
Adiciones minerales inactivas
Filler calcáreo: mineral compuesto básicamente por carbonato de calcio que, por su facilidad de molienda, se adiciona al cemento o se muele en forma conjunta con el clinker portland
Puede encontrarse en el mercado cementos con distintos tipos de adiciones
Es el producto resultante de la deshidratación del mineral “aljez”, reducido a polvo.
El aljez o “piedra de yeso” es
un mineral compuesto de sulfato
de calcio hidratado (CaSO4 2H2O)
Endurece en contacto con el aire
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Aljez
El aljez en estado puro es de incoloro o blanco, pero con las impurezas debidas a la arcilla, óxido de hierro, sílice (óxido de silicio), y caliza en pequeñas proporciones toma un color amarillo, gris o rojizo.
ASTM C-28: especificaciones estándar para pastas de yeso
ASTM C-471: ensayos químicos al yeso y productos de yeso
ASTM C-473: ensayos físicos a paneles de yeso
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Normas relativas al yeso
ASTM C-61: especificaciones para cemento de yeso Keene´s (yeso anhidro que da un acabado fuerte, resistente al agrietamiento, que contiene aluminio de potasio para acelerar el fraguado)
Patentado en 1838
Se utiliza para rellenar grietas en paredes o reparar revestimientos muy deteriorados
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3.3 Cal
Todas las formas físicas en las que pueden aparecer el óxido de calcio (CaO)
Se obtiene de la calcinación de la piedra caliza que es básicamente carbonato de calcio CaCo3
http://es.wikipedia.org/wiki/Cal (visitado marzo 2013)
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Ciclo de la Cal
Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado
Cal aérea: compuesta principalmente de óxido e hidróxido de calcio (CaOH2) y magnesio, que endurece lentamente al aire por acción del CO2 de la atmósfera
Cal grasa: contiene un máximo de 5% de óxido de magnesio. Al apagarse da una pasta fina blanca, untuosa y blanda (mientras permanezca en sitios húmedas y fuera del contacto del aire)
63 Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado
marzo 2013)
Tipos de Cal
Cal magra: contiene mas de un 5% de óxido de magnesio. Al añadir agua forman una pasta gris poco trabajable y desprende más calor que las cales grasas.
Cal hidráulica: contiene arcillas y alúmina (20%) que durante la cocción se transforman en silicatos y aluminatos cálcicos. Después de amasadas con agua endurecen al aire
64 Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado marzo 2013)
ASTM C-207: especificaciones de cal hidratada para mampostería
ASTM C-821: especificación estándar de cal para usar con puzzolana
ASTM C-997: especificación estándar de cal rápida y cal hidratada para estabilización de suelos
Normas ASTM
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ASTM C-1489: especificación estándar para masilla de cal para propósitos estructurales
ASTMA C-1707: especificación estándar de cal hidráulica puzolánica para usos estructurales
ASTM C-110: métodos estandarizados de pruebas físicas para cal hidratada y piedra caliza
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Bibliografía y referencias
Saad, Miguel A. [1983] Tratado de Construcción, EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. de C.V., México
D.F., México, decimocuarta impresión
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Villarino Otero, Alberto. Ciencia y tecnología de los Materiales. http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado marzo 2013)
http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA04.htm (visitado marzo 2013)
http://www.lomanegra.com.ar/img/cp.pdf (visiitado marzo 2013)
Norma Mexicana NMX C-414 ONNCE 2004 www.incyic.com/normas (visitado marzo 2013)
http://notasdeconcretos.blogspot.com/2011/04/cementos-de-albanileria-masoneria.html (visitado marzo 2013)
http://perso.wanadoo.es/jjreina/divulgacion/100tifica/articulos/cemento/cemento.htm (visitado marzo 2013)
http://es.scribd.com/doc/74629261/Microestructura-Del-Cemento#download (visitado marzo 2013)
publiespe.espe.edu.ec(visitado marzo 2013)
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema6.Yesos.Escayolas.pdf (visitado marzo 2013)