Recopilado por sergio navarro hudiel




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Calor de hidratación

El proceso de hidratación es un proceso exotérmico lo cual hace que los concretos al fraguar y endurecer aumenten de temperatura; este incremento es importante en concretos masivos, debido a que cuando ha ocurrido el fraguado y se inicia el descenso térmico, se origina contracción del material, que puede conducir a graves agrietamientos. Es el generado cuando reacciona el cemento y el agua. Dicha cantidad de calor depende de la composición química del cemento; a la taza de generación de calor la afecta la finura y temperatura de curado, así como la composición química. La alta temperatura en estructuras de gran masa puede resultar inconveniente ya que podría estar acompañada de dilatación térmica por otra parte es benéfica en tiempo frio, ya que ayuda a mantener temperaturas de curado favorable. El calor de hidratación es la cantidad de calor en calorías por gramo de cemento deshidratación, después de una hidratación completa a una temperatura dada. El calor de hidratación del cemento es aproximadamente igual a la suma de los calores de hidratación de los compuestos individuales, hidratados por separado.


compuesto


Calor liberado en cal/g



7 días

28 días

6 meses

Hidratado totalmente

C3S

110

120

120

120

C2S

20

45

60

62

C3A

185

205

207

207

C4AF

40

50

70

100


En un cemento Pórtland normal el calor de hidratación es de 80-100 calorías por gramo el aluminato tricalcico (C3A) desarrolla el mas alto calor de hidratación por lo cual se debe controlar su contenido en un cemento. Una formula aproximada para calcular el calor de hidratación es: Calor de hidratación de un gramo de cemento = 136 (%C3S)+62 (%C2S)+ 200 (%C3A) + 30 (%C4AF)

Resistencia a los sulfatos

Debido a que los sulfatos atacan el concreto endurecido porque reaccionan con el aluminato tricalcico, para formar el sulfoaluminato de calcio el cual tiene un volumen mayor que el de los dos componentes que lo originan, es conveniente desde un punto de vista controlar el contenido de C3A, la consecuencia de este aumento de volumen son la aparición de esfuerzos internos que pueden desintegrar el concreto.

Propiedades físicas y mecánicas del Cemento:

Estas permiten complementar las propiedades químicas y conocer algunos aspectos de su bondad. Estas dependen del estado en que se encuentre y son medida a través de ensayos sobre el cemento, la pasta del cemento y sobre el mortero los cuales determinan las características físicas y mecánicas del cemento antes de ser utilizado. Finura o superficie especifica Como sabemos una de las etapas del proceso de fabricación del cemento es la molienda del clinker con el yeso. La finura es una de las propiedades más importante ya que esta ligada a su valor hidráulico. Ya que la hidratación de los granos de cemento ocurre desde la superficie al interior, el área total superficial de las partículas del cemento constituye el material de hidratación. Al aumentar finura aumenta la rapidez a la que se hidrata el cemento dando una mayor retracción y por tanto es más susceptible a la fisuración. Es decir que una molienda muy fina dará lugar a cementos que endurecen rápidamente y por tanto también tienen un desarrollo más rápido de su resistencia, cuanto más fino sea un cemento este se deteriorara más rápido por la exposición a la la atmósfera. Por otro lado los cementos con granos gruesos se hidratan y endurecen lentamente y pueden producir exudación de agua por su escasa rapidez para retenerla. Se estimas que la velocidad de hidratación es de 3.5 micras en 28 días. , lo cual indica que las partículas pueden pasar varios años en hidratarse inclusive no hacerlo lo cual daría un rendimiento muy pequeño del mismo.

Firmeza Cualidad en que una pasta de cemento endurecida conserva su volumen después de fraguar. La ausencia de esta propiedad es producida por cantidades excesivas de cal libre muy quemada. Tiempo de fraguado Este termino se usa para describir el cambio del estado plástico al estado endurecido de una pasta de cemento. En la practica, cuando una cantidad de cemento se mezcla con agua se forma una pasta plástica, que se pierde a medida que pasa el tiempo, hasta que llega un momento en que la pasta pierde su viscosidad y se eleva su temperatura, el tiempo transcurrido desde la adición del agua se llama fraguado inicial del cemento e indica que el cemento esta hidratado y esta semiduro. Posteriormente la pasta sigue fraguando hasta que deja de ser deformable con carga relativamente pequeñas. Se vuelve rígida y llega al máximo de temperatura este es el tiempo de fraguado final e indica que el cemento se encuentra aun más hidratado y la pasta ya esta dura. A partir de este momento la pasta empieza el proceso de endurecimiento y la estructura del cemento fraguado va adquiriendo resistencia mecánica. Fraguado es el tiempo que una mezcla de cemento permanece en estado plástica, el tiempo suficiente para permitir un colado sin difíciles operaciones determinadas. El periodo en el cual la mezcla permanece plástica depende mas de la temperatura y del contenido de agua que del tiempo de fraguado. La prueba de fraguado se hacen con la aguja de Vicat de peso 1 Kg. Los factores que tienen mayor influencia en los tiempos de fraguado son los siguientes:

  1.  La composición química del cemento.



  1.  La finura del cemento, ya que mientras más finos los granos mayor velocidad de hidratación.



  1.  Mientras mayor sea la cantidad de agua de amasado más rápido es el fraguado.



  1.  A menos temperatura ambiente mas lentamente ocurren las reacciones de hidratación a temperaturas por debajo de –1 grado Centígrado el cemento no fragua.



  1.  A mayor temperatura ambiente más rápido ocurren las reacciones de hidratación pero los 32 grados se puede observar un efecto inverso.


Falso fraguado Rigidez prematura y anormal del cemento, que se presente dentro de los primeros minutos después de haberlo mezclado con agua. Difiere del anterior en que no despide calor en forma apreciable y, si se vuelve a mezclar la mezcla de cemento sin adición de agua se reestablece su plasticidad y fraguado normal sin perdida de resistencia y se debe a que en algunas ocasiones cuando las temperaturas en fabricas de molino son superiores a 100 °C se puede presentar deshidratación parcial o total del regulador (Retardador) del fraguado del cemento que es el yeso. Resistencia a compresión Es la propiedad que resulta mas obvia en cuanto a los requisitos para usos estructurales. Es importante tener en cuenta las causas que puedan provocar perdidas de resistencia de este material: Envejecimiento, humedecimiento, incorrecto almacenamiento. La resistencia a la tracción y compresión del cemento puzolánico es un poco menos que la del cemento corriente durante el primer año, pero no hay ningún aumento mas después de dicho periodo en el cemento corriente. Gracias a la reacción físico-química de absorción de la cal por la puzolana aumenta la resistencia mecánica a largo plazo superando el valor de resistencia del corriente con una actividad que se desarrolla durante muchos años. La resistencia de los cementos se desarrolla en períodos de tiempo relativamente largos. El crecimiento es rápido en los primeros días y después de cuatro semanas es poco importante en los cementos portland, no así en los cementos con adiciones, en los cuales, dependiendo del tipo de adición y de su contenido, el aumento de resistencia más allá de los 28 días puede llegar a ser fundamental para determinado tipo de obras.

Los porcentajes de resistencia comparados con la resistencia de 28 días, están entre 30 y 50 % a 3 días y entre 50 y 80 % a los 7 días. El aumento de resistencia es bajo después de los 28 días, en aquellos cementos que tienen porcentajes mayores de resistencia a 3 y 7 días. Por el contrario, aquellos que tienen bajos porcentajes, aumentan su resistencia en forma muy significativa en el largo plazo. Existen casos de cemento puzolánico que de 20-30 años de edad todavía la sílice de la puzolanica continua reaccionando con el hidrato de calcio del cemento con consiguiente aumento lento y continuo de la resistencia mecánica y química. Perdida por ignición Una elevada perdida por ignición es una indicación de prehidratación o carbonotación que puede ser producida por un almacenamiento incorrecto y prolongado. Normalmente la perdida de peso no excede del 2%. Peso especifico Es la relación que existe entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto de este su valor varia poco y en un cemento Pórtland normal cuando no hay adiciones distintas al yeso, suele estar comprendido entre 3.1 - 3.15 g/Cm3. en caso de los cementos con adiciones es menor ya que el contenido de clinker por tonelada es menor y su valor puede estar en el rango de 3 - 3.1 g/Cm3 dependiendo del porcentaje de adiciones del cemento. Cuando es en escoria de altos hornos puede tener 2.9. El peso especifico de un cemento no indica la calidad del mismo; su uso principal es para el proyecto de mezcla. Consistencia normal La cantidad de agua que se le agrega el cemento la comunica una determinada fluidez, la cual aumenta al incrementar el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para la cual se agrega cierta cantidad de agua esta fluidez es la que se llama consistencia normal. Es una característica complementaria de otros ensayos que tienen relación directa con la calidad del cemento como el tiempo de fraguado. Se mide por medio del aparato de vicat.

Los cementos pueden diferir entre si en cuanto al requerimiento de agua y la diferencia es aun mayor en cementos con adiciones los que requieren mas agua que los normales por su mayor superficie especifica. El contenido normal de una pasta se expresa en porcentaje de peso en seco y suele variar entre 23-33 porciento dependiendo de las características del cemento. Clasificación de los cementos De acuerdo a su composición, éstos pueden ser: Cemento Portland normal Cemento Portland Puzolánico Cemento Portland con Escoria de alto horno Cemento Portland Compuesto Cemento Portland con humo de Sílice De acuerdo a sus características especiales, éstos pueden ser: Resistente a los sulfatos Baja reactividad álcali agregado Bajo calor de hidratación Blanco Cemento Portland: El "cemento Portland" es un término genérico, que actualmente se utiliza para abarcar a un grupo de materiales que tienen la propiedad de endurecerse, como roca, poco tiempo después de ser mezclados con agua. Su nombre, Portland, recuerda a una isla del mismo nombre y en donde se encuentra una piedra caliza que endurece de la misma forma que dicho cemento. Cuando el cemento Portland se mezcla con arena y piedra triturada resulta un material llamado "concreto", mucho más resistente que el cemento Portland. Es por tanto el cemento resultante de la mezcla intima de arcillas y calizas, cocción de la mezcla y molienda del Clinker, añadiéndole finalmente regulador de fraguado.

Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de magnesio y hierro. Para retardar el proceso de endurecimiento suele añadirse yeso. Este cemento es un agente aglutinante hidráulico con una composición por peso de no menos de 95% de Clinker y de cero a cinco por ciento de un componente menor, generalmente sulfato de calcio (yeso); se admite la adición eventual de otros productos siempre que no excedan el 1% en peso del total. Puede fraguar y endurecer bajo el agua y al mezclarse con agregados y agua produce concretos o morteros. Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años. El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende calor. El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas tienen una composición natural de estos elementos en proporciones adecuadas y se puede hacer cemento con ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.
Cementos especiales Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de otros nuevos, el cemento Portland puede adquirir diversas características de acuerdo a cada uso, como el endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370 aberturas por centímetro cuadrado. Algunos de estos cementos se endurecen en un día al mismo nivel que los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que ese nivel de calor puede provocar la formación de grietas. En los grandes vertidos suelen emplearse cementos especiales de poco nivel de calor, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Portland común), suelen emplearse cementos resistentes con bajo contenido de aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar suelen utilizarse cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precise resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se emplean cementos con una composición de hasta 40% de óxido de aluminio.

Cemento Portland Normal

Si una mezcla de arcilla y caliza o marga triturada se quema a muy elevadas temperaturas en un horno rotatorio, se forma el clinker. Cuando a este clinker se le agrega una pequeña cantidad de yeso y se muele hasta formar un polvo fino, se obtiene como producto el cemento portland. Este es el tipo de cemento que más se usa en la preparación de concreto para estructuras, caminos y otros propósitos generales en los que no se requieren propiedades especiales. Adquiere su resistencia con la suficiente rapidez para la producción general de obras de concreto.

Los concretos y morteros elaborados con cementos Portland normal, son atacados por sulfatos y ácidos. Los sulfatos pueden estar presentes en tabiques de arcilla, suelos y aguas subterráneas, se encuentran en mayor cantidad en el agua de mar; los acidos pueden existir en suelos y aguas subterraneas como producto de procesos industriales o materias organicas. En esta situación puede ser necesario el empleo de cementos especiales o tomar otras medidas apropiadas. Cemento puzolánico (el porcentaje de puzolana está entre 30 y 50 %) Cemento producido con clinker portland yeso y puzolana, con la adición eventual de sulfato de calcio, lo que contribuye a aumentar las resistencias mecánicas tardías, así como la resistencia a ataques químicos. La adición de puzolana confiere características ventajosas para los cementos, tales como mayor resistencia química, menor calor de hidratación, inhibición de la reacción nociva álcalis/árido.
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