CEMENTO PÓRTLANDIntroducción El Cemento Pórtland, uno de los componentes básicos para la elaboración del concreto, debe su nombre a Joseph Aspdin, un albañil inglés quién en 1824 obtuvo la patente para este producto.Debido a su semejanza con una caliza natural que se explotaba en la Isla de Pórtland, Inglaterra, lo denominó Cemento Pórtland.Los cementos Pórtland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, esto es, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. En el curso de esta reacción, denominada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una pasta, y cuando le son agregados arena y grava triturada, se forma lo que se conoce como el material más versátil utilizado para la construcción: el CONCRETO.El clinker es la materia prima para producir el cemento, se alimenta a los molinos de cemento junto con mineral de yeso, el cual actúa como regulador del fraguado. La molienda conjunta de éstos materiales produce el cemento. Las variables a controlar y los porcentajes y tipos de materiales añadidos, dependerán del tipo de cemento que se requiera producir.El tipo de materias primas y sus proporciones se diseñan en base al tipo de cemento deseado.La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción:

CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOSTipo, nombre aplicaciónI : Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento.IA : Normal. Uso general, con inclusor de aire.II : Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un

moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación.

IIA : Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.III : Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas.IIIA : Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.IV : Bajo calor de Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación.

hidratación.V : Resistente a la acción Para uso general y además en construcciones donde existe un alto

ataquede los sulfatos. de sulfatos.

Tipo IEste tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación.Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.De 1 a 28 días realiza 1 al 100% de su resistencia relativa.

Tipo IIEl cemento Pórtland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos).Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, alcantarillados, tubos, zonas industriales etc.La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento.

Tipo III

Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda. Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.

Tipo IVEl cemento Pórtland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas.La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempoEn la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado CLINKER.

TIPO V :Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando hay exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra minimizando el contenido de C3A, pues este compuesto es el mas susceptible al ataque por el sulfato. Realiza su resistencia relativa del 65 al 85 %.

ASTM CSA COMPOSICION DE PORCENTAJES FINURAcm2 / gC3S C2S C3A C4AF

I Normal 50 24 11 8 1800II Moderado 42 33 5 13 1800III De rápido

endurecimiento60 13 9 8 2600

IV De bajo calor de hidratación

26 50 5 12 1900

V Resistencia de sulfato

40 40 4 9 1900

CEMENTOS HIDRÁULICOS MEZCLADOSEstos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción.La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados:Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS.Cemento Pórtland puzolana - Tipo IP y Tipo P.Cemento de escoria - Tipo S.Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM).Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM).

Tipo ISEl cemento Pórtland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Pórtland, o puede también molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el 70% en peso.Tipo IP y Tipo PEl cemento Pórtland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en construcciones donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de

puzolanade estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso.Tipo SEl cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. Este cemento se fabrica mediante cualquiera de los siguientes métodos:1) Mezclando escoria molida de alto horno y cemento Pórtland.2) Mezclando escoria molida y cal hidratada.3) Mezclando escoria molida, cemento Pórtland y cal hidratada.El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoriaTipo I (PM)El cemento Pórtland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Pórtland o cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr:1) Mezclando el cemento Pórtland con la puzolana2) Mezclando el cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado.El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado.Tipo I (SM)El cemento Pórtland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. Se fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos:1) Moliendo conjuntamente el clinker con alguna escoria granular de alto horno2) Mezclando escoria molida y cal hidratada3) Mezclando escoria, cemento Pórtland y cal hidratadaEl contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria.A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A, por ejemplo, cemento TIPO S-A.Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM), IS, IP y los denominados con subfijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación.La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los agregados reactivos a los álcalis.

CEMENTOS ESPECIALESCementos para Pozos PetrolerosEstos cementos, empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de clinker de cemento Pórtland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute) establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases A a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Pórtland con los aditivos adecuados para modificar el cemento.Cementos PlásticosLos cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Pórtland de TIPO I ó II durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados.Cementos Pórtland ImpermeabilizadosEl cemento Pórtland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al clinker de cemento durante la molienda final.

OTROS TIPOS DE CEMENTOSCementos de AlbañileríaEstos son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros, para construcciones de mampostería.Están compuestos por alguno de los siguientes: cemento Pórtland, cemento Pórtland puzolana, cemento

Pórtland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica y cemento natural. Además, normalmente contienen materiales como cal hidratada, caliza, creta, talco o arcilla.La trabajabilidad, resistencia y color de los cementos de albañilería se mantienen a niveles uniformes gracias a los controles durante su manufactura. Aparte de ser empleados en morteros para trabajos de mampostería, pueden utilizarse para argamasas y aplanados, mas nunca se deben emplear para elaborar concreto.Cementos ExpansivosEl cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:E-1(K) contiene cemento Pórtland, trialuminosulfato tetracálcico anhídro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar.E-1(M) contiene cemento Pórtland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.E-1(S) contiene cemento Pórtland con un contenido elevado de aluminato tricálcico y sulfato de calcio.Cemento Portland BlancoEl cemento Pórtland blanco difiere del cemento Pórtland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Pórtland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris.El cemento blanco se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, páneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo.

PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO

FINURA DEL CEMENTO (SUPERFICIE ESPECIFICA)La finura se define como la medida o tamaño de las partículas que componen el cemento; se expresa en cm²/gr lo cual llamamos superficie de contactos o superficies especificas ; esto se refleja en el proceso de hidratación del cemento ya que la mayor superficie de contacto mejor y mas rápida es el tiempo de fraguado.Es la cantidad de área expuesta al contacto con el agua en una determinada masa de cemento. Entre mas fino sea el cemento mas rápido es el contacto con el agua. Entre mayor sea la superficie de contacto mayor es la finura del cemento.En 28 días un cemento a cumplido el 90% de su hidratación, el otro 10% puede tardar años.

METODOS PARA DETERMINAR LA FINURA DEL CEMENTO PERMEAMETRO DE BLAINE.Es un aparato para determinar la superficie especifica del cemento, basado en la Permeabilidad (permisibidad que tiene una sustancia para permitir el paso de otra a través de sus poros) de una capa de cemento en cierto grado de compactación al paso del aire.El principio de este método consiste en hacer pasar una cantidad determinada de aire a través de una capa de cemento de porosidad definida. La cantidad y el tamaño de los poros existentes en dicha capa, son función del tamaño de las partículas y determinan el gasto de aire a través de la capa.El cemento se coloca en un recipiente, éste es compactado por un émbolo y mediante una pera de caucho conectada se hace pasar aire el cual al pasar mueve un liquido que se encuentra en un manometro o instalado al recipiente.

TURBIDIMETRO DE WAGNER.Consiste fundamentalmente en una fuente de luz de intensidad constante, ajustada de tal manera que produce un haz de rayos paralelos que pasan a través de una muestra de cemento en suspención y llegan a una fotocelda.La corriente generada por la fotocelda se debe medir con un Microamperímetro cuya lectura indica la medida de la Turbidez de la suspención.

FORMULA DE CARMAN .

Donde ρ = Peso específico del cemento.ε = Porosidad de la capa.A = Area de la sección transversal del estrato o capaL = Longitud de la muestra o capa..h1 = Caída de presión en la capa..h2 = Caída de presión en el medidor.K = Constante de fabricación del aparato.

Para fines prácticos se formó un método más práctico, que fue el del tamiz # 200, que consiste en pasar una masa de cemento por éste tamiz que tiene 200 abertura por una pulgada lineal, se resta dela masa inicial y el residuo es la que se llama finura del cemento. Los límites de la finura son 225 - 300 m²/kg. La finura debe ser mayor al 95%.

PESO ESPECIFICO O DENSIDAD APARENTE DEL CEMENTO :El peso específico expresa la relación entre la muestra de cemento y el volumen absoluto.ρ = m / V absoluto.Donde : m = muestra del cemento.V absoluto = Volumen de la materia sólida.El peso específico del cemento debe estar entre 3.10 a 3.15 gr/cm³ . El valor del peso específico no indica la calidad de un tipo de cemento, sino que su valor es usado para el diseño de la mezcla . Con el valor del peso específico se pueden encontrar otra características del concreto.Se puede decir a manera de conclusión de que el cemento utilizado en el laboratorio, es un cemento adicionado. Un bajo valor de densidad absoluta nos indica poca presencia del clinker y alta de yeso.

METODOS PARA DETERMINAR EL PESO ESPECIFICOPara determinar el peso específico del cemento existen cuatro métodos:1. Método De Le Chetalier.2. Método de Schuman.3. Método de Candlot.4. Método Picnómetro.Todos los métodos anteriores tienen la misma finalidad , que es determinar el volumen del líquido que desplaza una cantidad de cemento, el líquido no debe reaccionar con el cemento, los más utilizados son el De Le Chetalier y el de Picnómetro .

CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTOAl agregar agua al cemento se produce una pasta ( cemento + agua ), contiene fluídez a medida que se le va aumentando el contenido de agua.La consistencia normal es un estado de fluídez alcanzado por la pasta del cemento que tiene una propiedad optima de hidratación . Se expresa como un porcentaje en peso o volumen de agua con relación al peso seco del cemento.Wagua / Wcemento = % Consistencia Normal .Por ejemplo 30% de la consistencia significa que por cada 100gr de cemento hay que agregar el 30% de agua.El factores que influye en la consistencia normal del cemento puede ser la finura.Los que determinan la consistencia son:La viscosidad en la pasta (cemento).La lubricación en los agregados (concreto).Los valores de la consistencia normal no dependen del tipo del cemento.

EL CEMENTO PORTLAND PUZOLÁNICO:Cemento portland puzolánico es el producto resultante de la adición al cemento portland normal de material puzolánico, en un porcentaje de 15 a 50% Dicha unión puede efectuarse en el estado de clinker, para ser molidos conjuntamente, a la fineza adecuada o también directamente con el cemento, antes de ensacar o en lo,, mezcladora.Puzolana, es el material silíceo que no siendo aglomerante por si mismo -o en muy baja magnitud-contiene elementos que se combinan con la cal en presencia del agua, a temperaturas ordinarias, formando compuestos de escasa solubilidad que presentan propiedades aglomerantes.(normas del ASTM)

TIPOS DE PUZOLANASEn una primera clasificación, las puzolanas se dividen en dos grandes grupos: naturales y artificiales, estos últimos, arcillas, pizarras, etc., calcinadas. Los dos grupos, a su vez, se han clasificado atendiendo a diversos criterios. El Bureau of Reclamation, entidad norteamericana con mayor experiencia en la materia, considera los siguientes tipos:I. Arcillas y pizarras (que requieren calcinarse para ser activas):a) colinitab) montmorillonitaIl. Materiales opalinos (En los cuales la calcinación puede o no ser necesaria) .a) Tierra de diatomeas, semiopalos y pizarras.III Tobas volcánicas y pumicitas (en las cuales la calcinación puede o no ser necesaria)a) riolíticosb) andesíticosc) fenoliticos.IV Sub productos industriales:Escoria de alto horno.Ceniza volante.Humo silíceo.

FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTIAND PUZOLÁNICOpara fabricar un cemento portland puzolánico se requiere:A. La producción de cemento portland normal o de clinker.B. La puzolana de reemplazo, o adición, que puede ser: a) natural a.1. No tratada. a.2. Tratada a temperaturas elevadas. b) puzolana artificial (materia prima, arcilla, etc., tratada) .

En todos los casos la unidad de cemento portland puzolánico tendrá un menor costo que el correspondiente portland normal, por cuanto se ha reemplazado un elevado porcentaje de cemento por puzolana que tiene un costo de fabricación muy inferior. Especialmente en casos de puzolanas no tratadas.El tratamiento de las puzolanas es en ciertos casos fundamental pues, tanto su finura como la calcinación acrecientan notablemente sus propiedades.Al portland normal, se le adiciona un porcentaje en peso del 15 al 50% de material puzolánico, teniendo en cuenta el peso específico de este último. Comunmente este material se llama de reemplazamiento, para diferenciar el caso de los cementos a los cuales se le agrega una pequeña parte de puzolana como aditivo para lograr mayor docilidad y otras propiedades.Ambos materiales se pueden unir sea en clinker pasando luego juntos a los molinos para ser molidos y ensacados, o luego de producirse el cemento portland.En determinadas construcciones de magnitud, presas, etc., el cemento puzolánico se fabrica en la obra misma. Este procedimiento es recomendable en estos casos pues, permite graduar el porcentaje de puzolana de acuerdo con las características del concreto deseado.

CRITERIOS EN LA FABRICACIÓNEl cemento portland puzolánico se puede fabricar:

1) sea con el objeto de contar con un aglomerante que brinde propiedades especiales a los concretos, requeridas en determinados trabajos, o

2) para obtener un aglomerante en condiciones más económicas.

1) Criterio de propiedades específicas. En el primer caso se requiere tener en cuenta, a) Las propiedades del concreto que se desea fabricar.b) Las características de fineza de la puzolana.e) La composición del cemento portland.d) La riqueza de la mezcla.e) La granulometría del agregado.

Los factores enunciados precisan, tal vez en demasía, los parámetros del problema. Ferrari, desde un punto de vista teórico, más general, ha perfeccionado un método de dosificación que comprende la determinación de la cal que es capaz de liberar el cemento y la cantidad de óxido cálcico que podría fijar la puzolana e introduce en la relación un valor de corrección referido al porcentaje de cal que el cemento puede perder eventualmente durante la primera época de curado en agua. Feret (5), desarrolló un método basado en la determinación en los morteros de puzolana y cal la proporción de sílice y alúmina, soluble en ácido clorhídrico diluído frío. La proporción de puzolana se determina por el cociente entre el peso del porcentaje deóxido de calcio liberado por el cemento y el peso del fijado por él, durante el mismo tiempo.Empíricamente, en una primera etapa, tanto en Francia como en Italia se generalizó una mezcla de 1/3 puzolana y 2/3 de cemento.

2.-Criterio económico.Siendo el cemento portland puzolánico un aglomerante cuyo menor costo de producción depende directamente del porcentaje de material puzolánico que se agrega al cemento portland normal, es lógico que desde un punto de vista económico interese que este % sea el mayor posible, compatible con un comportamiento conveniente del cemento. La práctica ha fijado un máximo del 50%. Pero en todo caso, deben ser por ensayos sistemáticos, de carácter estadístico, los que fijen de acuerdo a principios científicos la cantidad óptima. Teniendo siempre como base los criterios expuestos en el párrafo que antecede.Propiedades y deficiencias del cemento portland puzolánicoLas características más significativas de los cementos puzolánicos se encuentran en el incremento de las condiciones de trabajabilidad y durabilidad de los concretos.1. En el concreto fresco:a) Mejora la docilidad del concreto, permitiendo su fácil puesta en obra (encofrados).b) Disminuye la exudación de las mezclas y la tendencia a la segregación.2. En el concreto endurecido: Durabilidad.a) Mejor resistencia al intemperismo.b) Resistencia a las aguas agresivas (obras de cimentación, tuberías, desagues, obras de alcantarillado).c) Menor calor de hidratación (favorable en obras másicas, cimentaciones, presas, cte.)d) Impermeabilidad es mejorada especialmente en las mezclas pobres y en las primeras edades (recomendable por ello su empleo en obras marítimas e hidráulicas) .e) En regiones de agregados reactivos con cementos de proporción de álkalis significativa, el cemento puzolánico pasa bien esta prueba. Cabe advertir que en el Perú, no se ha determinado este fenómeno.

3. En lo que respecta a las características de deformación y resistencia:a) Retracción y fluencia. Ambos fenómenos se ven acrecentados en el caso de los portland puzolánicos. El campo de variación es amplio, según sea la puzolana, cemento usado y tipo de agregado.' En todo caso no hay leyes que determinen las deformaciones del concreto.b) Las condiciones de deformación elástica del concreto son ligeramente disminuidas por los cementos puzolánicos. Aunque no se puede determinar coeficientes al respecto, dada la cantidad de parámetros incidentes.e) Las resistencias mecánicas disminuyen en los cementos puzolánicos, especialmente en los concretos ricos en aglomerantes. En las mezclas pobres, eventualmente, los cementos puzolánicos pueden acrecentar la resistencia.4.-Las obras de concreto puzolánicos exigen mayor control y curado especial y continuado para prevenir los peligros de fisuración y otras anomalías.

Una comparación del portland normal y del portland puzolánicoLos cementos mencionados, a nuestro juicio, si bien pueden usarse indistintamente en muchas obras, tienen campos propios en la construcción donde ofrecen ventajas técnicas indiscutibles que los señalan preferentemente a uno sobre otro. Sin embargo, los investigadores Davis, Kelly, Troxel y Davis (9) han

efectuado una suscinta comparación entre ambos indicando que el cemento puzolánico ofrece más comodidad para colocarse en los encofrados, produce concretos más plásticos, genera menos calor de hidratación y posibilita concretos más impermeables, pero, en contraposición requiere más agua de mezcla que los portland normales para la misma consistencia y exhibe mayor retracción durante la hidratación. Generalizando que en las mezclas ricas la resistencia a la compresión es más baja en los concretos puzolánicos pero que en los diseños pobres, luego de un cierto tiempo, los concretospuzolánicos adquieren mayor resistencia que los normales. Del balance realizado, queda la conclusión de que cada cemento tiene un campo específico óptimo y que para ser competitivos requieren de prevenciones determinadas.El desarrollo de la construcción y las puzolanasLa puzolana es uno de los materiales más antiguos en la construcción habiéndose usado combinada con los aglomerantes, cales, en obras hidráulicas por griegos y romanos.Estructuras famosas como el Coliseo y el Panteón -en Roma- se trabajaron con un material constituido por puzolana, cal y piedra. Su nombre pToviene de las primitivas canteras de material puzolánico que se encontraban en Pozzueli, junto al Vesubio. Se dice que en la edad media la calidad de la construcción desmejoró por no usarse tobas volcánicas. En nuestro siglo su uso se hizo extensivo en Europa, al constatarse las características de impermeabilidad y de resistencia a la acción de aguas dañinas, especialmente en Italia, desarrollándose los primeros cementos puzolánicos (10). 'En los Estados Unidos a partir de 1940, cuando se estableció su acción benéfica sobre la reacción alkali-agregado, se inició el estudio de los materiales puzolánicos. Sin embargo, ya en 1910-12 se le empleó en el acueducto de Los Angeles y en 1912 la prensa de Arrowrock.Posteriormente, en los últimos años, el Bureau of Reclamation la ha empleado en todos sus proyectos de prensas, explotando directamente las canteras de puzolana para unir con el cemento en las mezlcladoras La acción de la Puzolana.Le Chatelier en 1897 había ya notado que cuando el cemento portland se hidrata se libera cierta cantidad de óxido de calcio (cal hidratada) que daña la resistencia y puede ser removida por el agua. Los materiales silíceos, corno la puzolana, al ser finamente pulverizados reaccionan con dicho hidróxido de calcio forman silicato de calcio hidratado. Este elemento brinda las propiedades hidráulicas señaladas. Como expresa Bogue, la físico-química de las puzolanas, requiere de permanentes estudios para resolver sus problemas fundamentales. Sin embargo, debe mencionarse las teorías de Steopoe, Bussem y otros, que han permitido fijar orientaciones claras a las actuales investigaciones.NormasEl empleo extensivo de los cementos puzolánicos y el mejor conocimiento de su físico-química, ha llevado a la normalización de este tipo de cemento. La Sociedad Americana de Ensayos de Materiales, ha establecído desde 1958 la norma tentativa C.340-58 T, en Francia se ha homologado la nueva norma: P 15-302 sobre los portland, donde se especifican los cementos CPAZ 1601250 y CPAZ 250/315, normales pero dentro de los nuevos criterios de clasificación por resistencia y los especiales de HRIZ 315/400; con porcentajes de puzolana de 10 a 20% y de 5 a 10% respectivamente. Otros países han incorporado en sus normas este tipo de cemento o establecido especificaciones especiales.La Norma, como bien se sabe, da garantías al consumidor, permite una producción estable y facilita el diseño y proyecto de estructuras y construcciones. Los requisitos de la norma, son mínimos. La norma debe apreciarse en su conjunto. Especialmente en el caso de las resistencias mecánicas, que en muchos casos no es el único requisito de durabilidad.

En el Perú, se han fabricado algunos cementos puzolánicos. El Laboratorio de Ensayo de Materiales ha estudiado con éxito el reemplazamiento del cemento por puzolana para concretos pobres, aptos para construcciones económicas. Actualmente, estamos en el inicio de una investigación más amplia de este material.

ROBERT HERMAN BOGUE

Nacio en Massachusetts, 27 de septiembre de 1889 fue un químico y físico estadounidense.

Antes de tomar posesión en el cargo de Director del Portland Cement Association (PCA) Fellowship en 1924, se licenció en la Tufts University en 1912, el Massachusetts College (1915), y la Universidad de Pittsburgh (Doctor en Filosofía, 1920), y había adquirido la experiencia profesional como Profesor Adjunto en el Montana State College (1915-1917), un Adjunto del Mellon Institute (1917-1922), y Profesor Asociado en el Lafayette College de Easton (1922-1924).

Cuantificación de Fases del Clinker

 Descripción

En el proceso de fabricación de clinker, se sinteriza un material crudo que contiene óxidos de Ca, Si, Al y Fe. Al ser sometido este material a temperaturas de 1400 Cº , los óxidos se combinan formando los siguientes minerales artificiales:

Alita o silicato tricálcico: 3CaO.SiO2 (C3S) Belita o silicato dicálcico: 2CaO.SiO2 (C2S)

Aluminato tricálcico: 2CaO.Al2O3 (C3A)

Ferrita o ferroaluminato tetracálcico: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)

Entre éstos minerales se busca maximizar el C3S, que es el más activo hidráulicamente, y por tanto da la mayor contribución a la resistencia final del cemento. A su vez, se busca limitar la producción de C2S, menos activo, y evitar la presencia de cal libre, o CaO que no se ha combinado. Por estos motivos, es esencial mantener un control estricto sobre la composición química y mineralógica del clinker producido, para asegurar calidad estable al menor costo.

Tradicionalmente existen dos métodos para cuantificar estas fases:

Una aproximación matemática basada en el análisis elemental del clinker, mediante las fórmulas de Bogue. Este método es rápido pero no mide físicamente la cantidad de cada mineral.

Una observación y conteo mediante microscopio óptico. Es el método de referencia más confiable, pero su lentitud no permite realizarlo en un contexto de control de proceso.

FORMULAS DE BOGUE (Composición Potencial) : De vital trascendencia en el estudio de la química del clínker y el cemento. Útiles para los ingenieros civiles que deben conocer la composición potencial y centesimal, o componer

clínkers para cementos a partir de calizas y arcillas como materias primas. Evitan desarrollar la estequiometría de los compuestos del cemento, que tienen masas moleculares

altas, difíciles de trabajar, dando una sencilla relación de coeficientes. Estas fórmulas sólo són válidas para cemento Portland.

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 Al2O3/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

(En estos cementos no hay C3A por lo que la resistencia a los sulfatos es alta; el C2S se calcula igual)

Las variantes en cuanto a las proporciones de estos compuestos son las que definen los tipos de cementos que veremos mas adelante, y la importancia práctica de las fórmulas de Bogue es que permiten evaluar cual será la composición potencial probable y compararla con los valores standard para cada tipo de cemento, pudiendo estimarse las tendencias de comportamiento en cuanto a las características que nos interesan desde el punto de vista del concreto, como son desarrollo de resistencia en el tiempo, calor de hidratación, resistencia a la agresividad química etc.

ASFALTO

CONCEPTO:

El Asfalto es un producto natural o compuesto que proviene de la destilación seca de productos orgánicos vegetales. Es una mezcla de Betún con productos materiales inertes tales como Sílice, Arena, Arcilla, etc.

El Asfalto se utiliza principalmente en la pavimentación de viales.

Láminas asfálticas: Formadas por dos capas de Betún asfáltico entre las que se dispone un filtro ( Plástico, Fibra de Vidrio, etc )

Hormigón asfáltico: Mezcla de Áridos y Betún asfáltico.

ORIGEN:

Es muy conocido que el término "bitumen" se originó en Sanscrito, donde la palabra "jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la creación de alquitrán, palabra referida al alquitrán producido por resinas de algunos árboles. El equivalente en latin fue originalmente "gwitu-men" (cercano al alquitrán) y por otros "pixtu-men" (alquitrán burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen" pasada luego del francés a ingles.

Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al impermeabilizante del Arca de Noe, el cual fue preparado con y sin alquitrán y de la aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña, pintarrajeada con lodo y con alquitrán".

Aun mas confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para mortero", la nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedra y alquitrán en vez de mortero". La traducción de Moffat en 1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedras y asfalto en vez de mortero"; así como en la nueva versión oficial de la Biblia en español. Tampoco es desconocido que los términos bitumen, alquitrán y asfalto son intercambiables.

Los primeros usos del asfalto                               

En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, laminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir pos fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente depende de un numero de procesos naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material. Este producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.

Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a laminas superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no apreciaron rápidamente las excelentes propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenia el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y/o agente ligante.

Los Sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenían "nervios" de asfalto

natural.

Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que el usaba el producto para impermeabilización de los techos de sus palacios y como un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas.

Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten en dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos de asfalto natural estaban fácilmente disponibles. En consecuencia esto parece haber sido poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue hasta el fin del siglo XIX que alguno de los presentes mayores usos del asfalto fueron introducidos. Sin embargo, esto parecía haber sido algún conocimiento de carpetas alternativas en el periodo intermedio como esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1.595 proclamo el lago de asfalto que encontró en Trinidad para hacer el mejor impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del siglo XIX se intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse superficies de carreteras. El mismo provenía de depósitos naturales europeos.

Así fue como se comenzaron a utilizar productos naturales que se obtenían del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el asfalto manufacturado a partir del crudo de petróleo. Durante el siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad, no obstante lo cual a mediados del mismo, la roca asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y despues de 1.870, en USA . El aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo XIX debido a dos acontecimientos casi simultaneos: la aparición del automotor con rodado neumático -que sustituyó a la llanta maciza de caucho ideada en 1.869- y la explotacion masiva del petroleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos.

En el primer paso, el automovil obtuvo pronto el favor del público que reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte carretero comercial creó la dependencia "camion-camino" exigiendo amplias carreteras para más y mejores vehículos. En el segundo caso, el petróleo produjo importantes volúmenes de asfaltos aptos para un directo uso vial (cementos asfálticos) y asfaltos diluidos con las fracciones livianas (cut-back). Las emulsiones bituminosas de tipo aniónico aparecieron por entonces (1.905) como paliativo del polvo, mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y EE.UU. respectivamente; en Argentina las aniónicas comenzaron a producirse a mediados de la decada del '30 y las catiónicas a fines del '60. Tanta actividad volcada al campo vial hizo que se hablara de la "era del automovil y la construcción de carreteras". Los primeros trabajos asfálticos en calles y caminos fueron hechos con procesos sencillos para distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano), apareciendo luego lanzas con pico regador y bomba manual.

El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales se mecanizaron apareciendo: regadores de asfalto a presion, distribuidores de piedra, aplanadoras vibrantes, rodillos con neumáticos de presión controlada, etc. Las mezclas asfálticas en sitio cambiaron niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas moviles o fijas. Las primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado alrededor de 1.870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción. Hacia 1.900 se habia mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido, elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para acopiar asfalto, mezcladoras que permitian cargar vagones a camiones. Entre 1.930 y 1.940 se incorporan cintas transportadoras, colectores de polvo y otros aditamentos, en las décadas del 50 y 60 se desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1.970 se introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboracion, polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental: secado-cribado-proporcionado-mezclado.

En 1.910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado en tambor que hacia 1.930 fueron reemplazadas por las de mezclador contínuo, de mayor produccion. En 1.960 el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue rescatado y actualmente estas plantas (tambor mezclador) producen mezclas de gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos. Los silos para acopio de mezcla caliente forman parte de las plantas de tambor mezclador; tambien suelen

encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para independizar las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad, dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla caliente durante varios dias conservando su trabajabilidad.

La terminadora o pavimentadora asfáltica, fue introducida por Barber Greene en 1.937, despues de siete años de experimentacion, luego producidas por otras compañias con algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo original. En el campo de nuevos materiales ingresaron los aditivos: polímeros, fibras, agregados livianos , betunes sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas, microaglomerados, carpetas de reducido espesor, mezclas drenantes, mezclas o lechadas en color para pisos o como seguridad vial.

Asfaltos Naturales Los asfaltos son materiales aglomerantes de color oscuro, constituidos por complejas cadenas de hidrocarburos no volátiles y de elevado peso molecular. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados de petróleos y los naturales. Los asfaltos naturales, se han producido a partir del petróleo, pero por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles, dejando las asfálticas solamente.

Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a lagos de asfalto, como los de las islas Trinidad y Bermudas. También aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominándose rocas asfálticas, como la gilsonita. Así también se encuentran mezclados con elementos minerales, como pueden ser arenas y arcillas en cantidades variables, debiendo someterse a posteriores procesos de purificación, para luego poder ser utilizadas en pavimentación. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza.

Estos asfaltos pueden clasificarse como:

Asfaltos Nativos, sólidos o semisólidos  

1) Puros o casi puros. Asfalto del lago Bermúdez.

2) Asociados con materia mineral  Asfaltos del lago Trinidad. Asfaltos del lraq, Boeton y Selenitza. Asfaltos de roca europeos y americanos.

3) Asfaltitas duras  Gilsonita Grahamita Pez lustrosa, Manjak

El asfalto del lago Bermúdez se presenta en el lago del mismo nombre, en Venezuela. Este se ha empleado en la fabricación de asfalto emulsificado para carreteras y calles, en tejados y como impermeabilizante. Aún en nuestros días se usa como aglutinante para pisos de carreteras y como material para pavimentos. El asfalto del lago Bermúdez se refina al vapor igual que el del lago Trinidad, proceso que se analizará mas adelante. 

El asfalto del lago Trinidad se presenta en el lago de asfalto del lago de la isla Trinidad y es considerado como el depósito más importante de asfalto natural en todo el mundo. Este asfalto es bastante duro y hay que extraerlo usando maquinaria especial para dicho fin, tanto así que resulta apto para soportar el ferrocarril que sirve como medio de transporte en la zona. El asfalto del lago Trinidad contiene bastante materia mineral, algunas fácilmente visibles al microscopio, que se depositan cuando se altera la viscosidad con calor y la viscosidad de sedimentación sigue aproximadamente la ley de Stoke.

En la refinería, se calienta el asfalto crudo en grandes calderas abiertas provistas de serpentinas de vapor para expulsar el agua, y después se cuela. Este producto se conoce con el nombre de Asfalto Trinidad Refinado. El asfalto refinado se reblandece mezclándolo con un residuo líquido de petróleo que sirve de fúndente, y el producto se llama cemento asfáltico o cemento de asfalto del lago Trinidad. 

El asfalto del lago Trinidad se adapta bien a las mezclas con alquitrán de hulla para disminuir la volatilidad de éste y hacerlo más consistente y más estable a los aumentos de temperatura. Este asfalto es miscible con casi todos los demás asfaltos y betúmenes naturales, aceites vegetales y minerales, ceras, breas y alquitrán de hulla. Casi todos los usos de éste asfalto exigen una manipulación a temperatura elevada, y las mezclas con materiales bituminosos más blandos o más duros suelen hacerse a temperaturas comprendidas entre 107 y 204 °C. Este asfalto se emplea como material de pavimentación, y en la fabricación de materiales asfálticos para tejados, materiales impermeabilizantes, mástic asfáltico, revestimiento para tuberías y conductos, y para otros usos especializados. 

Los principales yacimientos de roca asfáltica están en Europa y Norteamérica, pero hay depósitos en todo el mundo. Los asfaltos de roca norteamericanos suelen componerse de arenisca o caliza o una mezcla de ambas, impregnadas con betún; los calizos se diferencian por su estructura física de los que contienen arenisca. 

Los asfaltos de roca se usan para pavimentar calles. Se mezclan uno o varios asfaltos de roca pulverizados para obtener una composición media, se extiende la mezcla, se aplica calor si es necesario, y por medio de presión se iguala la superficie. La roca pulverizada se mezcla con asfalto del lago Trinidad u otros asfaltos para obtener un mástique que es mucho más rico en betún que las mezclas de rocas. Este mástic, aplicado a una base de hormigón o de madera a una temperatura de 177 a 232 ºC, se utiliza en la fabricación de materiales para tejados, pisos y revestimientos impermeabilizadores para estanques y depósitos. Una buena parte del mástic utilizado en Estados Unidos para hacer revestimientos o pisos impermeabilizados o resistentes a los ácidos no contiene asfalto nativo de roca, sino mezclas de otros asfaltos con polvo de piedra, rocas trituradas, arena o grava. 

La gilsonita o caucho mineral, sólo se presenta naturalmente en la cuenca del río Uintah, en Utah y Colorado, Estados Unidos. Es uno de los bitúmenes naturales más puros que se conocen y se distingue fácilmente de las demás asfaltitas por su color pardo, su peso específico más bajo, su contenido fijo de carbono y poco azufre. Las calidades comerciales son; selecto, segundo (corriente) y azabache. Se distinguen por el punto de reblandecimiento y el comportamiento en los solventes derivados de petróleo. 

La gilsonita se emplea mucho en la fabricación de barnices negros mezclándola con aceites secantes y resinas, residuos de petróleo y otros asfaltos, con todos los cuales es miscible en todas proporciones. Se emplea también mucho en la fabricación de artículos moldeados termoplásticos, revestimientos para frenos, pisos de mástique, losetas asfálticas, compuestos saturantes para alambres aislados, bandas de transmisión, tejidos impregnados, pinturas para maderas y revestimientos de oleoductos. En virtud de su elevada resistencia dieléctrica, se usa en muchos compuestos eléctricos, y su color pardo hace que se utilice en tintas de imprenta, especialmente en los tipos pardos para rotograbado. 

A diferencia de casi todos los demás asfaltos naturales o de petróleos, la gilsonita se mezcla en casi todas las proporciones con ceras para formar compuestos estables. Cuando se emplea en proporciones pequeñas en mezclas de cera-asfaltos, actúa como portador e impide la separación de la cera y el asfalto. Añadiendo una pequeña proporción de gilsonita al fúndente antes de soplar el asfalto, el producto es menos grasiento o aceitoso. Cuando se añade a un asfalto oxidado, de temperatura de reblandecimiento elevada, la gilsonita reduce la penetración y el punto de reblandecimiento; pero cuando se añade a un asfalto oxidado de temperatura de reblandecimiento baja, reduce la penetración y eleva el punto de reblandecimiento. 

La grahamita es una asfaltita que se encuentra en diversos lugares de los Estados Unidos, Cuba y Sudamérica. Los yacimientos de Oklahoma se explotaron bastante durante algunos años, pero en la actualidad casi toda la grahamita empleada procede de las minas de Cuba. La grahamita se diferencia de la gilsonita y pez lustrosa en su contenido mas alto de carbono fijo y en que se hincha pero no se funde, cuando se calienta. Su coloración es mas negra que la gilsonita y la pez lustrosa.

En los últimos años, la grahamita no se ha empleado tanto. Sus usos estaban orientados para revestimiento de tuberías, fieltros para techumbres y relleno de juntas de expansión en pavimentos rígidos. En la actualidad ha sido reemplazada por asfaltos de petróleo oxidado. 

La pez lustrosa es un intermedio entre la gilsonita y la grahamita. Tiene un peso específico mas elevado y un punto de fusión mas alto. Se funde también con mas dificultad, es menos soluble en nafta de petróleo, sin embargo su solubilidad en sulfuro de carbono pasa del 95 %.Se prefiere la pez lustrosa, de la isla de Barbados (Manjak), en la fabricación de barnices y lacas a causa de su lustre y su intenso color negro. La pez procedente de Cuba es muy variable y no tiene ninguna norma especial de calidad, sin embargo es la mas conocida y utilizada de las Antillas y otros sitios. Se ofrece a veces como sustituto de la gilsonita

Composición del AsfaltoEl asfalto es considerado un sistema coloidal complejo de hidrocarburos, en el cual es difícil establecer una distinción clara entre la fase continua y la dispersa. Las primeras experiencias para describir su estructura, fueron desarrolladas por Nellensteyn en 1924, cuyo modelo fue mejorado más tarde por Pfeiffer y Saal en 1940, en base a limitados procedimientos analíticos disponibles en aquellos años.

El modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar , el cual provee de una razonable explicación de dicha estructura , en el cual existen dos fases; una discontinua (aromática) formada por dos asfáltenos y una continua que rodea y solubiliza a los asfáltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misión de homogeneizar y compatibilizar a los de otra manera insolubles asfáltenos. Los maltenos y asfaltenos existen como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.

Modelo de Composición del Asfalto

Asfaltenos Maltenos

 

>Compuestos Polares

>Hidrocarburos Aromáticos

>Peso molecular mayor 1.000Precipitan como sustancias oscuraspor dilución con parafinas de bajopunto de ebullición (pentano-heptano)

>No polares

>Hidrocarburos Alifáticos más Nafténicos y Aromáticos

>Peso molecular hasta 1.000 Medio continuo

Dispersado  Sistema Coloidal

Asfaltos Derivados de Petróleo

Los asfaltos mas utilizados en el mundo hoy en día, son los derivados de petróleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilación industrial del crudo. Representan mas del 90 % de la producción total de asfaltos. La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto y a veces casi en su totalidad. Sin embargo existen algunos petróleos crudos, que no contienen asfalto. En base a la proporción de asfalto que poseen, los petróleos se clasifican en:  Petróleos crudos de base asfáltica.  Petróleos crudos de base parafínica. Petróleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la pérdida de ductilidad. Con los crudos asfálticos esto no sucede, dada su composición.

El petróleo crudo extraído de los pozos, es sometido a un proceso de destilación en el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosene de la base asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas. En consecuencia, el asfalto es obtenido como un producto residual del proceso anterior.

El asfalto es además un material bituminoso pues contiene betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la destilación destructivo de un carbón graso, también contiene betún, por lo tanto también es un material bituminoso pero no debe confundirse con el asfalto, ya que sus propiedades difieren considerablemente. El alquitrán tiene bajo contenido de betún, mientras que el asfalto está compuesto casi enteramente por betún, entre otros compuestos. El asfalto de petróleo moderno, tiene las mismas características de durabilidad que el asfalto natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños.  

Oxidación del AsfaltoEs un proceso químico que altera la composición química del asfalto. El asfalto está contituído por una fina dispersión coloidal de asfaltenos y maltenos. Los maltenos actúan como la fase contínua que dispersa a los asfaltenos. Las propiedades físicas de los asfaltos obtenidos por destilación permiten a los mismos ser dúctiles, maleables y reológicamente aptos para su utilización como materias primas para elaborar productos para el mercado vial. Al "soplar" oxígeno sobre una masa de asfalto en caliente se produce una mayor cantidad de asfaltenos en detrimento de los maltenos, ocasionando así de esta manera una mayor fragilidad, mayor resistencia a las altas temperatura y una variación de las condiciones reológicas iniciales. 

Propiedades físicas: El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero; capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas permanentes. Componente natural de la mayor parte de los petróleos, en los que existe en disolución y que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo pesado. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se le combina usualmente. Su color varía entre el café oscuro y el negro; de consistencia sólida, semisólida o líquida, dependiendo de la temperatura a la que se exponga o por la acción de disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.

Composición química: Es de mucha utilidad un amplio conocimiento de la constitución y composición química de los afaltos, para el control de sus propiedades físicas y así obtener un mejor funcionamiento en la pavimentación. Al igual que el petróleo crudo, el asfalto, es una mezcla de numerosos hidrocarburos parafínicos, aromáticos y compuestos heterocíclicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno; casi en su totalidad solubles en sulfuro de carbono. La mayoría de los hidrocarburos livianos se eliminan durante el proceso de refinación, quedando los más pesados y de moléculas complejas. Al eliminar los hidrocarburos más ligeros de un crudo, los más pesados no pueden mantenerse en disolución y se van uniendo por absorción a las partículas coloidales ya existentes, aumentando su volumen dependiendo de la destilación que se les dé. Las moléculas más livianas constituyen el medio dispersante o fase continua. Los hidrocarburos constituyentes del asfalto forman una solución coloidal en la que un grupo de moléculas de los hidrocarburos más pesados (asfáltenos) están rodeados por moléculas de hidrocarburos más ligeros (resinas), sin que exista una separación entre ellas, sino una transición, finalmente, ocupando el espacio restante los aceites. Un concepto más amplio sobre la constitución es que el asfalto consta de tres componentes mayoritarios. El primero se describe como una mezcla de asfáltenos que son moléculas complejas de alto peso molecular, insoluble en hidrocarburos parafínicos y soluble en compuestos aromáticos como el benceno. El segundo componente descrito es una mezcla de resinas y el tercero aceite mineral. Estos tres constituyen un sistema coloidal como el explicado anteriormente. Los asfáltenos cargan con la responsabilidad de las características estructurales y de dureza de los asfaltos, las resinas le proporcionan sus propiedades aglutinantes y los aceites la consistencia adecuada para hacerlos trabajables. Los asfaltos contienen fracciones bituminosas insolubles en parafinas. Como ya se dijo, cerca del 90 al 95% del peso del asfalto esta compuesto por carbono e hidrógeno, o lo que se había denominado como hidrocarburos.

Algunos Tipos de Asfaltos.

Asfaltos oxidados o soplados: Estos son asfaltos sometidos a un proceso de deshidrogenación y luego a un proceso de polimeración. A elevada temperatura se le hace pasar una corriente de aire con el

objetivo de mejorar sus características y adaptarlos a aplicaciones más especializadas. El proceso de oxidación produce en los asfaltos las siguientes modificaciones físicas: - Aumento del peso específico. Aumento de la viscosidad.

Asfaltos sólidos o duros: Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10. Además de sus propiedades aglutinantes e impermeabilizantes, posee características de flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los ácidos, sales y alcoholes

Fluxante o aceite fluxante: Fracción de petróleo relativamente poco volátil que puede emplearse para ablandar al asfalto hasta la consistencia deseada; frecuentemente se emplea como producto básico para la fabricación de materiales asfálticos para revestimientos de cubiertas.

Asfaltos líquidos: También denominados asfaltos rebajados o cutbacks, son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300. Asfalto de curado rápido: cuando el disolvente es del tipo de la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de curado rápido y se designan con las letras RC(Rapid Curing), seguidos por un número que indica el grado de viscosidad cinemática en centiestokes. 2.Asfalto de curado medio: si el disolvente es queroseno, se designa con las letras MC(Medium Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes. Asfalto de curado lento: su disolvente o fluidificante es aceite liviano, relativamente poco volátil y se designa por las letras SC(Slow Curing), seguidos con un número que indica el grado de viscosidad cinemática medida en centiestokes. Road oil: Fracción pesada del petróleo usualmente uno de los grados de asfalto líquido de curado lento(SC).

Asfaltos emulsificados: Emulsiones asfálticas: Son parte de los asfaltos líquidos. Emulsión asfáltica inversa: emulsión asfáltica en la que la fase continua es asfalto, usualmente de tipo líquido, y la fase discontinua está constituida por diminutos glóbulos de agua en porción relativamente pequeña.

Otros tipos. Roca asfáltica: roca porosa como arenisca o caliza, que se ha impregnado con asfalto natural a lo largo de su vida geológica. Producto asfáltico de imprimación: asfalto líquido de baja viscosidad que penetra en una superficie no bituminosa cuando se aplica a ella. Pintura asfáltica: producto asfáltico líquido que a veces contiene pequeñas cantidades de otros materiales como negro de humo, polvo de aluminio y pigmentos minerales. Gilsonita: tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae.

Productos prefabricados. Para rellenos de juntas: tiras prefabricadas de asfalto mezclado con sustancias minerales muy finas, materiales fibrosos, corcho, etc., de dimensiones adecuadas para la construcción de juntas. Paneles: compuestos generalmente de una parte central de asfalto, minerales y fibras, cubierta por ambos lados con una capa de fieltro impregnado de asfalto y revestido en el exterior con asfalto aplicado en caliente.  Tablones: mezclas premoldeadas de asfalto, fibras y filler mineral, reforzadas a veces con malla de acero o fibra de vidrio. Bloques: hormigón asfáltico moldeado a alta presión.