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CCEEMMEENNTTOO YY SSUUSS APAPLILICCACACIIOONNEESS
Dra. Ing. Rosaura Vásquez A.
Cementos Pacasmayo S.A.A.
1. CEMENTO HIDRAÚLICO
Material inorgánico finamente dividido que,
amasado con agua, forma una pasta que fragua y
endurece en virtud de reacciones y procesos de
hidratación y que, una vez endurecido, conserva
su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.
• Fragua y endurece por reacción química con el
agua (hidratación del cemento).
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2. CEMENTOS PORTLAND: TIPOS
2.1 CEMENTOS PORTLAND:
Clinker + Yeso + CALIZA (máx. 5%)
2.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:
Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL
3. CEMENTOS PORTLAND: TIPOS Y APLICACIONES
TIPO I: De uso general.
TIPO II: De uso general, especific. cuando se desea:. moderada resistencia a los sulfatos o. moderado calor de hidratación.
TIPO III: Alta resistencia inicial.
TIPO IV: Bajo calor de hidratación.
TIPO V: Alta resistencia a los sulfatos.
4. CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:
Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL
ADICIÓN MINERAL:
Materiales inorgánicos que se incorporan al cemento o al concreto, con el fin de mejorar sus propiedades.
PRINCIPALES ADICIONES:a) Puzolanasb) Escoria de Alto Horno c) Fillers
4.1 TIPOS
CEMENTOS PORTLAND PUZOLÁNICOS
1. Cemento Portland Puzolánico Tipo IP:Producido mediante molienda conjunta de clinker y puzolana (contenido de puzolana:15% - 40%)
2. Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo I(PM): Producido mediante molienda conjunta de clinker y puzolana (contenido de puzolana < 15%).
CEMENTOS PORTLAND DE ESCORIA
1. Cemento Portland de Escoria Tipo IS:Producido mediante molienda conjunta de clinker y escoria (contenido de escoria: 25% - 70%).
2. Cemento Portland de Escoria Modificado Tipo I(SM): Producido mediante molienda conjunta de clinker y escoria (contenido de escoria < 25%).
CEMENTO PORTLAND COMPUESTO TIPO ICo
Cemento Portland obtenido por pulverización conjunta de clinker Portland, materias calizas y/o inertes hasta un máximo de 30%.
4.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: APLICACIONES
CEMENTO TIPO APLICACIONES
PORTLAND I Uso general
PORTLAND PUZOLÁNICO IP, I(PM) Uso general
PORTLAND DE ESCORIA IS, I(SM) Uso general
PORTLAND COMPUESTO ICo Uso general
Cementos adicionados propiedades especiales:
• Moderada resistencia a los sulfatos (MS)• Moderado calor de hidratación (MH)
• Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
5. CEMENTOS PORTLAND.ESPECIFICACIÓN DE LA PEFORMANCE
. Requisitos de performance física de los cementos.
. No existen restricciones a la composición química del cemento o de sus constituyentes.
TIPOS:Tipo GU: Uso general.Tipo HE: Alta resistencia inicial.Tipo MS: Moderada resistencia a los sulfatos. Tipo HS: Alta resistencia a los sulfatos.Tipo MH: Moderado calor de hidratación. Tipo LH: Bajo calor de hidratación.
Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
II. COMPUESTOS QUÍMICOS
DEL CEMENTO
1 . C OM P O S IC IÓ N Q U ÍM I C A D E L C L I N K E R
SiO 2 : 1 6 - 2 6
% Al2 O 3 : 4 - 8
% F e2 O 3 : 2 - 5
% C aO : 5 8 - 6
7 % M gO : 1 -
5 %
N a 2 O + K 2 O : 0 - 1 %
SO 3 : 0 ,1 - 2 ,5 %
M n 2 O 3 : 0 - 3 ,0
% TiO 2 : 0 - 0 ,5
% P 2 O 5 : 0 - 1
,5 % P xC : 0 ,5 -
3 ,0 %
1.1 Cálculo potencial de Bogue
Permite calcular la composición mineralógica del clinker a partir del análisis químico.
C3S = (4,071 x %CaO) - (7,600 x %SiO2) - (6,718 x%Al2O3) - (1,430 x %Fe2O3) - (2,852 x %SO3)
C2S = (2,867 x %SiO2) - (0,754 x %C3S)
C3A = (2,650 x %Al2O3) - (1,692 x %Fe2O3)
C4AF = 3,043 x %Fe2O3
2. FASES MINERALES (COMPUESTOS) DEL CLINKER
DESIGNACIÓN FÓRMULA ABREVIATURA
Silicato tricálcico
Silicato dicálcico
Aluminato tricálcico
Ferroaluminato
tetracálcico
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
CaO MgO
C3S
C2S
C3A
C4AF
FASES MINERALES DEL CLINKER
3. COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO
a) S i l i ca t o t r i c á l c i co (C3S):
• Fase denominada “alita”.
• Constituye del 50% al 70% del clinker.
• Se hidrata y endurece rápidamente.
• Responsable, en gran parte, del inicio del fraguado.
• Aporta resistencia a corto y largo plazo (a mayor porcentaje de C3S mayor resistencia).
b) S i l i ca t o d i c á l c i co (C2S):
• Fase denominada “belita”.
• Constituye del 15% al 30% del clinker.
• Se hidrata y endurece lentamente.
• Contribuye al incremento de la resistencia a edades mayores de 7 días.
Belita (C2S)
Alita (C3S)
c) A lu m in a t o t r i c á l c i c o (C3A):
• Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker.
• Libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento.
• Contribuye al desarrollo de las resistencias muy tempranas y al fraguado del cemento.
• Vulnerable a la acción de los sulfatos: forman producto expansivo (etringita).
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d) Ferr o a l u m in a t o t e t r ac á l c i co (C4AF):
• Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker.
• Se hidrata con rapidez pero contribuye muy poco a la resistencia.
• Su formación reduce la T de clinkerización.
e) S ul f a t o d e c a l c i o :
• Yeso: CaSO4.2H2O
• Anhidrita: CaSO4
• Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su molienda, para controlar el fraguado:
controla la hidratación del C3A.
• Ayuda a controlar la contracción por secado y puede influenciar la resistencia.
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3.1 Influencia de los compuestos en las propiedades del cemento
FASE VELOCIDAD DE HIDRATACIÓN
CALOR DE HIDRATACIÓN
DESARROLLO DE RESISTENCIA
C3S
C2S
C3A
C4AF
Rápida
Lenta Muy
rápida
Rápida
Alto (120 cal/g)
Bajo (62 cal/g) Muy
alto (207 cal/g)
Moderado (100
cal/g)
Rápido y prolongado
Lento y muy prolongado
Muy rápido y de corta duració n
Lento y poco significativo
III. REQUISITOS DEL CEMENTO
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1. REQUISITOS QUÍMICOS
a) Óxido de magnesio (MgO):
Cristaliza como Periclasa, con incremento de volumen, originando grietas que fisuran al concreto.
b) Trióxido de azufre (SO3):
Forma equivalente de expresar los sulfatos presentes en el cemento.
c) Pérdida por ignición:
Una elevada pérdida por ignición es índice de la hidratación o carbonatación del cemento producida por un almacenamiento incorrecto y prolongado.
El envejecimiento del cemento d is m i n u y e l a re s i st e n c i a y a u m e nt a l o s ti e m po s d e fr a g u a d o .
d) Residuo insoluble:
Índice de la transformación de óxidos en compuestos.
Ensayo con el que se puede verificar, de ser el caso, siun cemento Portland ha sido adulterado.
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e) Álcalis (Na2O + K2O):
La reacción álcali-agregado se produce entre determinados agregados reactivos y los álcalis del cemento, formándose un gel que absorbe agua, se dilata y genera presiones internas que fisuran el concreto.
Los problemas de expansión debidos a la reacción álcali- agregado se pueden evitar o controlar utilizando:
. Ce m e n t o s P o r tl a n d d e b a j o c o n t e ni d o d e á l c a l is :Álcalis equivalentes: (Na2O + 0,658 K2O) < 0,60 %
. Ce m e n t o s P o r tl a n d a d i c i o n a d o s (Opción R) .Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
Concreto con presencia de gel de reacciónálcali-sílice (RAS)
Fisuración característica por reacción álcali-sílice
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2. REQUISITOS FÍSICOS
a) Resistencia a la compresión:
Se determina llevando a la rotura especímenes cúbicos de 50 mm de lado, preparados con mortero consistente de una parte de cemento y 2,75 partesde arena estándar, dosificados en masa (a/c=0,485).
Los cubos se curan un día en su molde y luego son retirados de su molde e inmersos en agua de cal hasta su ensayo (3, 7 y 28 días).
b) Tiempo de fraguado:
F r ag u a d o : Condición alcanzada por una pasta, mortero o concreto de cemento cuando han perdido plasticidad a un grado arbitrario.
Se determina observando la penetración de una aguja en la pasta de cemento:
Ensayo del tiempo de fraguado en pasta usando la aguja de Vicat
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c) Expansión en autoclave:
Un espécimen prismático (25 mm de sección transversal
cuadrada y 250 mm de longitud), curado 24 horas en cámara húmeda, se coloca en una autoclave, a una T y P especificadas. Luego se mide la expansión producida.
Determina la posibilidad de una expansión potencial causada por la hidratación tardía de la CaO libre, o del MgO, o de ambos, presentes en cantidades excesivas en el cemento Portland.
d) Resistencia a los sulfatos:
El concreto expuesto a concentraciones perjudiciales de sulfatos, debe elaborarse con cementos resistentes a sulfatos:
• Cementos de moderada resistencia a los sulfatos:- Cemento Portland Tipo II.- Cementos Portland adicionado Tipo MS.
• Cementos de alta resistencia a los sulfatos:- Cemento Portland Tipo V.- Cemento Portland adicionado Tipo HS.
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Deterioro del concreto por ataque de sulfatos
• Origen: del suelo; aguas superficiales, subterráneas;materias primas del concreto.
• Reacciones que producen expansión:
SO4-2 + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4 . 2H2O + 2(OH)-
YesoVolumen > 100%
SO4-2 + C3A + H2O C3A.3CaSO4 .32H2O
EtringitaVolumen > 200%
Agrietamiento debido al ataque por sulfatos
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e) Calor de hidratación:
Calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua (hidratación del cemento es proceso exotérmico).
En estructuras de gran volumen, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes:crean esfuerzos perjudiciales que fisuran el concreto.
. Los cementos con bajos contenidos de C3A y C3Sgeneran bajo calor de hidratación.
. El incremento de: finura del cemento, contenido de cemento y T de curado aumentan calor de hidratación.
Cemento portland Tipo II, de moderado calor de hidratación:
Suma (C3S + C3A) ≤ 58 %.
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IV. NORMATIVIDAD
- 5 normas sobre especificaciones,- 1 norma de muestreo e inspección,- 1 norma sobre terminología,- 4 normas sobre adiciones,- 4 normas sobre aditivos,- 45 normas sobre métodos de ensayo.
Las Normas Técnicas Peruanas (NTP)guardan armonía con las Normas ASTM.
1. NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES
1.1 CEMENTOS PORTLAND:NTP 334.009:2005
1.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:NTP 334.090:2007
1.3 CEMENTOS PORTLAND. ESPECIFICACIÓN DE LA PERFORMANCE: NTP 334.082:2008
1.4 CEMENTO DE ALBAÑILERÍA:
NTP 334.069:1998
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CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS FÍSICOS
REQUISITOS FÍSICOSNORMA ASTMNORMA TÉCNICA PERUANA
Tipo IASTM C 150NTP 334.009
Tipo IIASTM C 150NTP 334.009
Tipo VASTM C 150NTP 334.009
Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082
IP, I(PM), ICoASTM C 595NTP 334.090
Resistencia a compresión3 días, kg/cm2, mín.7 días, kg/cm2, mín.28 días, kg/cm2, mín.
120190
280*
100170280*
80150210
100170
280*
130200250
Tiempo de fraguado, min. Inicial, mín.Final, máx.
45375
45375
45375
45420
45420
Expansión en autoclave,%, máximo. 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
Resistencia a los sulfatos,% máximo de expansión. ---- ---- 0,04* (14 días) 0,10 (6 meses) 0,10* (6 meses)
Calor de hidratación,7 días, máx, kJ/kg28 días, máx, kJ/kg
--------
290*----
--------
--------
290*330*
*Requisito opcional.
CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS QUÍMICOS
REQUISITOS QUÍMICOSNORMA ASTM NORMATÉCNICA PERUANA
Tipo IASTM C 150NTP 334.009
Tipo II
ASTM C 150NTP 334.009
Tipo VASTM C 150NTP 334.009
Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082
Tipo IP, I(PM)ASTM C
595NTP 334.090
Tipo ICoNTP 334.090
Óxido de magnesio (MgO), máx, %
6,0 6,0 6,0 ---- 6,0 6,0
Trióxido de azufre (SO3), máx, %
3,5 3,0 2,3 ---- 4,0 4,0
Pérdida por ignición, máx, %
3,0 3,0 3,0 ---- 5,0 8,0
Residuo insoluble, máx, %
0,75 0,75 0,75 ---- ---- ----
Aluminato tricalcico(C3A), máx, %
---- 8 5 ---- ---- ----
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Álcalis Equivalentes(Na2O + 0,658 K2O), máx, %
*Requisito opcional.
0,6* 0,6* 0,6* ---- ---- ----
20
Cemento Portland Tipo IConforme a la NTP 334.009 / ASTM C150
Pacasmayo, 06 de marzo del 2009
COMPOSICIÓN QUÍMICA CPSAARequisito
NTP 334.009 / ASTM C150
MgO
SO3
Pérdida por Ignición
Residuo Insoluble
% 2.5 Máximo 6.0
% 2.6 Máximo 3.0
% 2.6 Máximo 3.0
% 0.60 Máximo 0.75
PROPIEDADES FISICAS CPSAARequisito
NTP 334.009 / ASTM C150
Contenido de Aire
Expansión en Autoclave
Superficie Específica
Densidad
%
%
cm2/g
g/mL
4 Máximo 12
0.21 Máximo 0.80
3800 Mínimo 2800
3.14 NO ESPECIFICA
Resistencia Compresión :
Resistencia Compresión a 3días
Resistencia Compresión a 7días
Resistencia Compresión a 28días (*)
MPa (kg/cm2)
MPa(kg/cm2)
MPa(kg/cm2)
24.5 (250)29.6 (302)35.0 (357)
Mínimo 12.0 (Mínimo 122) Mínimo 19.0(Mínimo 194)
Mínimo 28.0 (Mínimo 286)
Tiempo de Fraguado Vicat :
Fraguado Inicial
Fraguado Final
min
min
119 Mínimo 45
268 Máximo 375
Liderando la fabricaciónde cementos especializados.
CEMENTO TIPO I:
De uso general en la construcción.
Para obras que no requieren propiedades especiales.
CEMENTO TIPO V:
Para obras que requieran alta resistencia a los sulfatos.
CEMENTO ANTI SALITRE MS:
Moderada resistencia a los sulfatos.
Para estructuras en contacto con ambientes y suelos húmedos-salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.
CEMENTO EXTRA FORTE:
De uso general en la construcción.
Para columnas, losas, cimentaciones y obras no expuestas a suelos
húmedos-salitrosos.
CEMENTO ANTI SALITRE MS:
Moderada resistencia a los sulfatos.
Para estructuras en contacto con ambientes y suelos húmedos salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.
Resistente a los sulfatos
Reacciones de deterioro por ataque de sulfatos:
1. SO4-2 + Ca(OH)2 CaSO4.2H2O + (OH)-
2. CaSO4 + C3A Etringita
El efecto de las adiciones en el cemento implica:
- remoción del Ca(OH)2 por rx. con la adición.- reducción de la permeabilidad;- dilución del contenido de C3A.
Resistente a la acción del agua de mar(presencia de sulfatos y cloruros)
• Cementos portland con adición de escoria (resistentes a sulfatos y cloruros) mejores que los cementos de muy bajo C3A (resistentes a sulfatos).
• Cementos portland con: 5% [ C3A [ 10%(Fuente: Comite Euro-Internacional del Concreto, 1992).
• Cementos con C3A hasta de 10% si a/c [ 0,4.(Fuente: ACI 318-02).
REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A SOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOS
Exposición a sulfatos
Sulfatos soluble s en agua (SO4) e n e l suelo, % e n peso
Sulfato (SO4) disuelto en el agua,
ppmTipo de Ce mento
Concreto con agregado de pe so normal, re
lación agua/mate riale sce me ntosos
Concre to con agre gado de pe
so normal y ligero,
re siste ncia a compre sión
mínima, f'c, kg/cm²
Insignificante 0,00 ≤ SO4 < 0,10 0 ≤ SO4 < 150 Sin restricción en el tipo ---- 175 (17)
Moderada 0,10 ≤ SO4 < 0,20150 ≤ SO4 < 1500;
agua marinaII, IP(MS), IS(MS), MS 0,50 280 (28)
Severa 0,20 ≤ SO4 ≤ 2,00 1500 ≤ SO4 ≤ 10000 V, IP(HS), IS(HS), HS 0,45 315 (31)
Muy severa SO4 > 2,00 SO4 > 10000[V, IP(HS), IS(HS), HS]
+ puzolana o escoria 0,45 315 (31)
Fuente: ACI 318S-08.
Liderando la fabricaciónde cementos especializados.
FECHA DE ENVASADO
CEMENTO FRESCO