UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTEUNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTECAJAMARCACAJAMARCA

TECNOLOGIA DEL CONCRETOTECNOLOGIA DEL CONCRETO

Período 20011-1 Período 20011-1

EL CEMENTO

Conceptos básicos

El cemento es el ingrediente activo que interviene en menor cantidad, sin embargo es el que define las tendencias del comportamiento

La mayoría de beneficios que obtenemos del concreto provienen del cemento y la mayoría de problemas ..................

PROPORCIONES TIPICAS EN VOLUMEN ABSOLUTO DE LOS

COMPONENTES DEL CONCRETO

Aire = 1 % a 3 %

Cemento = 7 % a 15 %

Agua = 15 % a 22 %

Agregados 60 % a 75 %

Aditivos = 0.1 % a 0.2 %

! también !

Conceptos Básicos sobre el Conceptos Básicos sobre el comportamiento del cementocomportamiento del cemento

Pese a intervenir en tan pequeña proporción su efecto es determinante en el concreto.

La mayoría de beneficios en el concreto provienen del cemento.

La mayoría de problemas en el concreto provienen del cemento.

Para conocer el comportamiento del concreto hay que conocer el comportamiento del cemento

FABRICACION DEL CEMENTO Rocas : Calizas + Areniscas + Arcillas +

+ 1300ºC = Clinker Clinker + Yeso + Molienda =

!CEMENTO!

Materias Primas

Descomposición de la cal

Formación inicial de Silicato dicálcico

Formación de Silicato tricálcico

Zona de dehydration deshidratación

Zona de calcinación zone

Zona formación clinker

Zona enfriamiento

Þ C 450 800 1200 1350 1550

Temperatura

Descomposición de la arcilla

Formación de compuestos iniciales compounds

clinker

Calor

Agua libre

Esquema del proceso de fabricación del cemento

 

   

 

95%

 

     

   

5%

Minerales Varios

Componente Químico

Procedencia Usual

 

Oxido de Calcio (CaO) Rocas Calizas

Oxido de Sílice (SiO2) Areniscas

Oxido de Aluminio (Al2O3)

Arcillas

  Oxido de Fierro (Fe2O3)

Arcillas, Mineral de Hierro, Pirita

Oxidos de Magnesio, Sodio,

Potasio, Titanio, Azufre,

  Fósforo y Manganeso  

     

Oxido Componente

Porcentaje Típico

Abreviatura

CaO 61% - 67% C

SiO2 20% - 27% S

Al2O3 4% - 7% A

Fe2O3 2% - 4% F

SO3 1% - 3%  

MgO 1% - 5%  

K2O y Na2O 0.25% - 1.5%  

FORMULAS DE BOGUE (Composición Potencial) : Si Al2O3/Fe2O3 0.64 :

 C3S = 4.071CaO - 7.6SiO2 - 6.718Al2O3 - 1.43Fe2O3 - 2.852SO3

 C2S = 2.867SiO2 - 0.7544C3S

 C3A = 2.65Al2O3 - 1.692Fe2O3

 C4AF = 3.04Fe2O3

  Si Al 2O3/Fe2O3 0.64 se forma (C4AF+C2AF) y se calcula:

 (C4AF+C2AF) = 2.1Al2O3 + 1.702Fe2O3

  y en cuyo caso el Silicato Tricálcico se calcula como: C3S = 4.071CaO - 7.6SiO2 - 4.479Al2O3 - 2.859Fe2O3 - 2.852SO3

COMPOSICION DEL CEMENTO PORTLAND.  a) Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2 --> C3S--> Alita-

 Resistencia inicial (en la primera semana) y tiene mucha importancia en el calor de hidratación. b) Silicato Dicálcico (2CaO.SiO2--> C2S--> Belita).-

 Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de hidratación. c) Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3)--> C3A).-

 Con silicatos condiciona fraguado violento actuando como catalizador yeso (3% - 6%) .Responsable resistencia a los sulfatos Sulfoaluminatos expansivos. d) Alumino-Ferrito Tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3-->C4AF--Celita).-

 Velocidad de hidratación y secundariamente en el calor de hidratación. e) Oxido de Magnesio (MgO).-Componente menor, > 5% problemas expansión en la pasta hidratada y endurecida. f) Oxidos de Potasio y Sodio (K2O,Na2O-->Alcalis).-

 Reacciones químicas con ciertos agregados, solubles en agua florescencias con agregados calcáreos. g) Oxidos de Manganeso y Titanio (Mn2O3,TiO2).-

 Coloración, resistencia a largo plazo pero en menor orden.

Mecanismo de hidratación del Mecanismo de hidratación del CementoCemento

Fraguado Inicial ( Caso Junta fría )

Estado Plástico

Endurecimiento

Fraguado Final

MINUTOS HORAS DIAS

Desarrollo del calor de hidratación vs tiempo

Estructura del cemento Estructura del cemento hidratadohidratado

Poros de gel

Gel de cemento

Agua sobrante

Poros capilares

Cemento sin hidratar

a.

c.

b.

d.

Esquema de poros en los Hidratos de Silicato de Calcio en diferentes fases del proceso de hidratación

Estructura de Hidratación de la pasta vs Relación Agua/Cemento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

Relación Agua/Cemento

Por

cent

aje

Cemento Hidratado Cemento sin hidratar Poros capilares Agua de hidratación Agua Sobrante

Conceptos básicos sobre Conceptos básicos sobre relación Agua/cemento e relación Agua/cemento e

hidrataciónhidratación Para A/C alta sobra agua de hidratación y todo el cemento se hidrata.

Para A/C < 0.42 queda cemento sin hidratar

Para A/c = 0.42 no sobra agua de hidratación

Influencia en el curado!!

Resistencia en compresión vs Relación Agua/Cemento

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

Relación Agua/cemento en peso

Re

sist

en

cia

en

co

mp

resi

ón

f´c

en

kg

/cm

2

Tipos de Cemento : Los Estandard Tipos de Cemento : Los Estandard o no mezcladoso no mezclados

Tipo II : Mediana Resistencia Sulfatos, calor moderado, f´c lento.

Tipo I : Uso general, alto calor, f´c rápido

Tipo III : Alto calor, f´c muy rápido, baja resistencia sulfatos.

Tipo IV : Muy bajo calor, f´c muy lento

Tipo V : Muy resistente sulfatos bajo calor, f´c muy lento

Desarrollo de la resistencia en compresión en % de la resistencia a 28 días

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

200%

Tipo I

Tipo II

Tipo III

Tipo IV

Tipo V

28días 90días 180días 1año 2 años 5 años7días 14días 21días

Desarrollo del calor de hidratación vs tiempo para cementos estandard

0

20

40

60

80

100

120

Cal

orí

as p

or

gra

mo

de

ce

me

nto

Tipo I

Tipo II

Tipo III

Tipo IV

Tipo V

14días 28días 1 año1día 3días 7días 90días 180días

Tipos de Cemento : Los Tipos de Cemento : Los adicionados o mezcladosadicionados o mezclados

Tipo IP : Uso general, hasta 15 % a 40% puzolana. Menor calor, f´c después 28 días

Tipo IPM : Uso general, hasta 15% puzolana. Menor calor, f´c después 28 días

Tipo MS : Mediana resistencia a sulfatos, hasta 25% escoria, menor calor, f´c después 28 días Tipo ICo : Uso general, hasta 30% filler calizo. Menor calor, f´c después 28 días

Requisitos químicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripción Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIA

SiO2 , % mínimo ----- ----- 20.00 20.00

Al2O3 , % máximo ----- ----- 6.00 6.00

Fe2O3 , % máximo ----- ----- 6.00 6.00

MgO , % máximo 6.00 6.00 6.00 6.00

SO3, % máximo

Cuando C3A es menor o igual a 8% 3.00 3.00 3.00 3.00 Cuando C3A es mayor a 8% 3.50 3.50 N/A N/A

Pérdidas por ignición , % máximo 3.00 3.00 3.00 3.00

Residuos insolubles , % máximo 0.75 0.75 0.75 0.75

C3A , % máximo ----- ----- 8.00 8.00

Requisitos químicos opcionales( C3S + C3A ) , % máximo ----- ----- 58.00 58.00

Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % máximo 0.60 0.60 0.60 0.60

Descripción Tipo III Tipo IIIA Tipo IV Tipo V

Fe2O3 , % máximo ----- ----- 6.50 -----

MgO , % máximo 6.00 6.00 6.00 6.00

SO3, % máximo

Cuando C3A es menor o igual a 8% 3.50 3.50 2.30 2.30 Cuando C3A es mayor a 8% 4.50 4.50 N/A N/A

Pérdidas por ignición , % máximo 3.00 3.00 2.50 3.00

Residuos insolubles , % máximo 0.75 0.75 0.75 0.75

C3S , % máximo ----- ----- 35.00 -----

C2S , % máximo ----- ----- 40.00 -----

C3A , % máximo 15.00 15.00 7.00 5.00

[C4AF + 2(C3A)] o (C4AF + C2F) , % máximo ----- ----- ----- 25.00

Requisitos químicos opcionalesC3A , % máximo para mediana resistencia asulfatos

8.00 8.00 ----- -----

C3A , % máximo para alta resistencia a sulfatos 5.00 5.00

Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % máximo 0.60 0.60 0.60 0.60

Requisitos físicos standard ASTM C-150 para cementos

Descripción Tipo I Tipo IA Tipo II Tipo IIA

Contenido de aire en % ( máximo , mínimo ) (12,N/A)

(22,16) (12,N/A)

(22,16)

Fineza con turbidímetro en m2/Kg ( mínimo ) 160 160 160 160

Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min) 280 280 280 280

Expansión en autoclave 0.80 0.80 0.80 0.80

Resistencia en compresión en Mpa

A 3 días 12.40 10.00 10.30 8.30 A 7 días 19.30 15.50 17.20 13.80

Fraguado inicial Gillmore mínimo en minutos 60 60 60 60

Fraguado final Gillmore máximo en minutos 600 600 600 600

Fraguado inicial Vicat mínimo en minutos 45 45 45 45

Fraguado final Vicat máximo en minutos 375 375 375 375

Requisitos físicos opcionalesFraguado falso (penetración final ) % mínimo 50 50 50 50

Calor de hidratación máximo a 7 días en cal/gr 70 70

Calor de hidratación máximo a 28 días en cal/gr 58 58

Resistencia en compresión mínima a 28 días (Mpa) 27.60 27.60 27.60 27.60

Descripción Tipo III Tipo IIIA Tipo IV Tipo V

Contenido de aire en % ( máximo , mínimo ) (12,N/A)

(22,16) (12,N/A)

(12,N/A)

Fineza con turbidímetro en m2/Kg ( mínimo ) 160 160

Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min) 280 280

Expansión en autoclave 0.80 0.80 0.80 0.80

Resistencia en compresión en Mpa

A 1 día 12.40 10.00 A 3 días 24.10 19.30 8.30 A 7 días 6.60 15.20 A 28 días 20.70

Fraguado inicial Gillmore mínimo en minutos 60 60 60 60

Fraguado final Gillmore máximo en minutos 600 600 600 600

Fraguado inicial Vicat mínimo en minutos 45 45 45 45

Fraguado final Vicat máximo en minutos 375 375 375 375

Requisitos físicos opcionalesFraguado falso (penetración final ) % mínimo 50 50 50 50

Calor de hidratación máximo a 7 días en cal/gr 60

Calor de hidratación máximo a 28 días en cal/gr 70

Expansión con sulfatos a 14 días, % máximo 0.04

Las FábricasLas Fábricas

de Cementode Cemento

en elen el

PerúPerú

CementosRioja

CementosPacasmay

o

CementosLima

CementoAndino

CementosYura

CementosSur

Los Cementos Nacionales(7 Tipos y 20 productos diferentes)

 

Fabricante

Ubicación de la Fábrica Tipos de cemento que producen

Cementos Lima S.A.46%

Lima Tipo I (Sol I) Tipo IP (Atlas)Tipo II (Sol II)

Cemento Andino S.A.19%

Tarma - Junín Tipo I (Andino I) Tipo II(Andino II)Tipo V (Andino V) Tipo IPM (Andino IPM)

Yura S.A.14%

Yura - Arequipa Tipo I (Yura I) Tipo IP (Yura IP)Tipo IPM (Yura IPM)

Cemento Pacasmayo S.A.13%

Pacasmayo - La Libertad Tipo I (Pacasmayo I) Tipo II(Pacasmayo II) Tipo V (Pacasmayo V) Tipo IMS (Pacasmayo IMS) Tipo IP (Pacasmayo IP) Tipo ICo (Pacasmayo ICo)

Cementos Sur S.A.5%

Juliaca - Puno Tipo I (Rumi I) Tipo II (Rumi II) Tipo V (Rumi V)Tipo IPM

Cementos Rioja S.A.1%

Pucallpa - Ucayali Tipo I

 

Realidades del mercado del Realidades del mercado del cemento en nuestro mediocemento en nuestro medio

No se conocen a fondo las propiedades y variacionesde los cementos en el tiempo por falta de estadística.

No siempre se emplea el cemento mas adecuado parael trabajo a ejecutar, sino que se usa el disponible.

Se trabaja el concreto sin usar aditivos con las limitaciones derivadas del Tipo de cemento utilizado .

Realidades del mercado del cemento

Por la ubicación geográfica de las fábricas,se da una suerte de monopolio regional en la producción, debiendo el usuario común y corriente consumir necesariamente el cemento que se elabora en su zona, con muy poca opción de utilizar cementos de otra procedencia por el costo adicional en fletes.

El control de calidad depende exclusivamente de los fabricantes.

No es usual que suministren certificados de calidad a los consumidores medianos o pequeños, y la mayor parte del mercado no lo exige.

Realidades del mercado del cemento

No tienen la costumbre de suministrar información periódica sobre aspectos básicos, como la variación del desarrollo de la resistencia en el tiempo, uniformidad de las propiedades físicas y químicas, características de las puzolanas que emplean en los cementos mezclados, estadísticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc.

Los fabricantes tienen mucha experiencia en la elaboración y control de calidad del cemento, pero ninguno la tiene en la aplicación práctica de este material en la producción de concreto (recientemente algunos han incursionado en la industria del premezclado o productos de concreto)

Condiciones de almacenajeCondiciones de almacenaje

No es tan importante el tiempo sino como se almacena.

Prueba pasante malla 200.

Prueba pasante malla 100 (0 a 0.5%).

PRODUCCION DE CEMENTO EN EL MUNDO - Millones de toneladas

1994 1995 1996 1997

TOTAL MUNDIAL

1386,4 1441,8 1483,7 1516,0

 

China 405,0 446,0 490,0 493,0

Japon 91,6 90,6 93,6 92,2

Estados Unidos

75,9 75,3 80,5 84,0

India 61,5 68,5 75,6 81,2

Corea del Sur 51,7 49,8 56,3 59,8

Brasil 25,2 28,2 34,6 38,1

Thailandia 31,1 33,5 34,0 37,2

Turquía 30,1 33,1 35,2 36,0

Italia 33,0 33,6 33,8 34,3

Alemania 36,1 33,3 31,5 31,1

México 27,6 24,2 25,8 29,5

España 25,2 26,4 25,4 27,9

Indonesia 21,9 23,2 24,6 27,5

Rusia 37,0 36,4 28,3 26,6

Taiwan 23,4 22,8 21,6 20,7

Francia 20,0 19,7 18,3 18,4

* No comprende exportación de clinkerFUENTE: Cembureau

Consumo Anual de Cemento en Toneladas en América

7.28

1.16

40.07

7.41

7.18

3.97

99.29

26.90

0.60

4.29

0.75

4.70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Argentina

Bolivia

Brasil

Canadá

Colombia

Chile

USA

Mexico

Paraguay

Perú

Uruguay

Venezuela

Millones de Toneladas

CUANTO CEMENTO CONSUME EL PERU ?

Distribución aproximada de la producción anual de cemento en el Perú en miles de Toneladas

260180200

1,980800

Premezclado Usos varios en minasContratistas formales Concreto informalAlbañílería y acabados

Distribución aproximada de la producción anual de cemento en el Perú en porcentaje

8%5%6%

58%23%

Premezclado Usos varios en minasConcreto por contratistas Concreto informalAlbañílería y acabados

FIN