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Capítulo 3Cemento

Introducción

El cemento es un polvo de color gris o blanco que se

comercializa empacado en sacos de 50 kg. Su nom-

bre proviene del latín cementatun. Los romanos lo llama-

ban opus cementatium (obra cementicia)

Es el material que se emplea para adherir los materiales

pétreos en la construcción de edificios y obras de ingenie-

ría civil.

También se le conoce como cemento hidráulico, denominación

que comprende los aglomerantes que fraguan y se endurecen

una vez que se mezclan con agua o estando bajo el agua.

Los principales usos del cemento en la actualidad son la ela-

boración de mortero y de concreto armado. El primero se uti-

liza desde épocas milenarias; en México se le emplea para la

fabricación de mamposterías que son la base en la construc-

ción de viviendas. El concreto armado inició su uso desde el

siglo XIX; por su resistencia es común su utilización en todo -

tipo de estructuras, incluidas las de la vivienda.

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Historia

El barro, material básico de la cerámica, podría decirse que

fue el primer “cemento” por sus características plásticas,

por ser moldeable a la forma que el artesano deseara.

Además cuando el fuego lo endurece da como resultado un

material que, aunque frágil, es aparentemente indestructi-

ble, no se corroe como el metal ni se arruina.

Los griegos y los romanos usaron un material aglutinante

como la cal hidráulica. Es decir minerales ricos en silicatos

y aluminatos de calcio.

Griegos primero y romanos después, usaron cal y cenizas

volcánicas para preparar las argamasa de sus construccio-

nes. Esta mezcla reaccionaba lentamente cuando se le

agregaba agua.

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Figura 3-1. El cemento es el materialque se emplea para adherir materialespétreos en la construcción.

La sustancia aglomerante de los romanos y casi todas las

edificaciones europeas en los primeros 17 siglos de la era

cristiana fue muy semejante, aunque la manera de prepa-

rarla se fue alterando con el tiempo.

En 1824, el inglés Joseph Aspdin, obtuvo una excelente cal

hidráulica sobre la base de una mezcla sintética de cal y

arcillas cocidas a alta temperatura Aspdín patentó el pro-

cedimiento y el nuevo material, al que llamó cemento

Portland.

En 1824, el hijo de Aspdin obtuvo un cemento de resistencia

superior cocido a mayor temperatura. Fue tan bueno que

mereció ser utilizado en la construcción del edificio del

Parlamento de Londres (1840-1852).

Tal vez Isaac Charles Johson lo industrializó en el sureste

de Inglaterra hacia 1850. En 1852, al descubrirse las pro-

piedades hidráulicas latentes en los desechos granulados

en los altos hornos, se mejoró la fórmula del cemento

portland.

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Figura 3-2. De la observación del efecto casual queproduce el polvo que desprenden las piedras calci-nadas por las fogatas, surge el material que alhacerse lodo con el agua, se petrificó atrapandodesperdicios, huesos y piedras.

La fabricación del cemento se extendió rápidamente por

Europa y Estados Unidos, en 1878 se establecieron en Ale-

mania las primeras normas de fabricación.

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Figura 3-3 Así fue descubierta la propiedad agluti-nante de la cal grasa o cal viva, al apagarse el fuegopor la lluvia, descubrieron las propiedades cemen-tantes del polvo de esas piedras.

Figura 3-4. Así se poseyó el conocimiento de la calhidráulica, es decir, cal combinada con los silicatos yaluminatos del calcio de arcilla, cuyo endurecimiento seproduce al combinarse con el agua.

A partir de este siglo se comenzó a diversificar al probar

nuevos componentes, produciéndose cada vez con mayor

calidad.

En México, esta industria tiene un alto desarrollo, actual-

mente exporta a otros países.

Componentes

Para la fabricación del cemento se requieren dos materias

primas esenciales: caliza y pizarra además, se emplean

minerales de hierro y sílice en pequeñas cantidades.

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Figura 3-5. La sustancia aglomerante de los romanos fue muy semejante al que hoy conocemos como cemento.

La caliza

Es una roca sedimentaria formada por carbonato de calcio,

muy abundante en la naturaleza.

Se encuentra superficialmente en cerros y montañas, en

depósitos de profundidad variable, que en algunos casos

llegan hasta 200 metros.

Para fabricar el cemento se le requiere en grandes volúme-

nes, pues representa 80% de las materias primas. Las

plantas que fabrican el cemento se establecen cerca de

donde se extrae la caliza, para bajar el costo del cemento

evitando largos acarreos del material.

Cuando se va explotar un cerro con caliza, el grado de

resistencia del material y el volumen determinan su utili-

dad; a través del análisis químico conocemos la calidad de

una cantera de caliza, y se considera buena la que contiene

carbonato de calcio en 95% o más. No es recomendable si

contiene menos de 90 por ciento. Se emplean explosivos

en las canteras, para extraer la materia prima. Debido a su

dureza, una voladura produce de 30 a 100 mil toneladas de

material.

La pizarra

Es una roca homogénea de color negro azulado y grano

muy fino, que se divide con facilidad en hojas planas y del-

gadas. Son arcillas constituidas principalmente por óxidos

de silicio de 45 a 65%, óxidos de aluminio de 10 a 15%, óxi-

dos de fierro de 6 a 12 por ciento y cantidades variables de

óxidos de calcio de 4 a 10 por ciento.

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Figura 3-6. Caliza

Es origen importante de álcalis. La localización de las plan-

tas que fabrican el cemento obedece a la cercanía de los

componentes, con lo cual se evitan altos costos de trans-

portación.

La pizarra constituye aproximadamente 15% de la materia

prima.

El sistema de extracción de estos minerales que son sua-

ves relativamente, es semejante al de la caliza, requiriendo

explosivos con menos potencia.

El sílice

Es una combinación del silicio con el oxígeno, y es la sus-

tancia más importante del reino mineral, muy abundante.

Al agregar arenas sílicas se obtiene el óxido de silicio que

requiere la mezcla cruda.

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Figura 3-7. Pizarra

Figura 3-8. Sílice

La hematita

Se llama así a la aportación del mineral de fierro, pudiendo

ser varios minerales de fierro o escoria de laminación. El

contenido de óxido férrico en la hematita es entre 75 y

90%. El contenido de óxido férrico en la mezcla se controla

con estos minerales, constituyendo la hematita entre el 1 y

2% de la mezcla.

El caolín

Es el silicato de aluminio. Es una arcilla utilizada para la

fabricación del cemento blanco, por su alto contenido de

alúmina.

Fabricación

El cemento portland se fabrica en cuatro etapas básicas:

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Figura 3-9. Hematita. Figura 3-10. Caolín

• Trituración y molienda de la materia prima.

• Mezcla de los materiales en las proporciones

correctas, para obtener polvo crudo.

• Calcinación del polvo crudo.

• Molienda del producto calcinado, conocido como clín-

ker, junto con una pequeña cantidad de yeso.

El proceso de fabricación del cemento empieza con la

extracción de la piedra caliza de la cantera. Esta piedra, la

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Figura 3-11. Extracción de la piedra caliza dela cantera.

principal materia prima, debe ser reducida de tamaño, lo

cual se hace en sucesivas etapas pasando del tamaño de la

roca al de un grano de harina.

Al iniciar el último paso de reducción se dosifican las otras

materias primeras, la arcilla y el mineral de hierro.

El material así preparado está listo para ingresar al horno,

donde a altas temperaturas se transforman los óxidos

naturales en un mineral artificial llamado clínker. La última

parte del proceso consiste en la molienda del clínker con un

poco de yeso natural para regular el fraguado, y cuando se

agregan aditivos y otros materiales.

El cemento ya está listo para las operaciones de ensacado

y despacho.

Tipos de cemento

• Cemento hidráulico. Es un materal inorgánico fina-

mente pulverizado, que al agregarle agua, -ya sea sólo

o mezclado con arena, grava, asbesto u otros materia-

les similares-, tiene la propiedad de fraguar y endure-

cer incluso bajo el agua, en virtud de reacciones

químicas durante la hidratación y que, una vez endure-

cido, conserva su resistencia y estabilidad.

Loscementosseclasificanconformealanormamexicanacomosigue:

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Figura 3-12. Las materias primas consisten en combinaciones de rocas calizas, margas o coquillas y pizarra, arcilla, arena o mineral de hierro.

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Figura 3-13. El proceso de fabricación del cemento.

Tipo Denominación

CPO Cemento portland ordinario

CPP Cemento portland puzolánico

CPEG Cemento portland con escoria granulada de alto horno

CPC Cemento portland compuesto

CPS Cemento portland con humo de sílice

CEG Cemento con escoria granulada de alto horno

• Cemento portland ordinario. Es el cemento producido

a base de clínker portland y usualmente contiene sulfa-

to de calcio.

• Cemento portland puzolánico. Es el conglomerante hi-

dráulico que resulta de la molienda conjunta de clínker

portland, materiales puzolánicos y usualmente contie-

ne sulfato de calcio.

• Cemento portland con escoria granulada de alto hor-

no. Es el conglomerante hidráulico que resulta de la

molienda conjunta de clínker portland, escoria granula-

da de alto horno y usualmente contiene sulfato de cal-

cio.

• Cemento portland compuesto. Es el conglomerante hi-

dráulico que resulta de la molienda conjunta de clinker

portland que usualmente contiene sulfato de calcio y

una mezcla de materiales puzolánicos, escoria de alto

horno y caliza. En el caso de la caliza, ésta puede ser

componente único.

• Cemento portland con humo de sílice. Es el conglome-

rante hidráulico que resulta de la molienda conjunta de

clinker portland, humo de sílice y, usualmente, sulfato

de calcio.

• Cemento con escoria granulada de alto horno. Es el

conglomerante hidráulico que resulta de la molienda

conjunta de clinker portland, escoria granulada de alto

horno y, usualmente, sulfato de calcio.

• Cementos resistentes a sulfatos. Se consideran

cementos con una alta resistencia al ataque de sulfa-

tos aquellos que por su comportamiento cumplen con

el requisito de expansión limitada, de acuerdo con el

método de prueba establecido.

• Cementos de baja reactividad álcali-agregado. Se

consideran cementos de baja reactividad álcali-agre-

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gado aquellos que cumplen con el requisito de expan-

sión limitada en la reacción álcali-agregado, de

acuerdo con el método de prueba establecido.

• Cementos de bajo calor de hidratación. Se consideran

cementos de bajo calor de hidratación aquellos que de-

sarrollan un calor de hidratación igual o inferior al es-

pecificado en la norma ofical mexicana.

• Cementos blancos. Se consideran cementos blancos

todos aquellos cuyo índice de blancura es igual o infe-

rior al especificado en la norma ofical mexicana.

Usos principales

En la vivienda

El cemento es un material muy útil en la construccion y a la

vez insustituible para muchos trabajos

• Mezclándolo con arena muy fina y agua se le emplea

para aplicación de lechada en las cubiertas de los te-

chos construidos con ladrillo.

• Revuelto con arena y agua se utiliza como mortero

para pegar el tabique, block o tabicón, y en cimen-

taciones, para unir la piedra. También para el apla-

nado de los muros, tanto interiores como

exteriores.

• Al mezclarlo con arena, grava y agua se obtiene el con-

creto.

El mortero se utiliza en:

• Cimientos de mampostería de piedra

• Construcción de muros de ladrillos de barro y cemento

• Registros

• Bóvedas de tabique

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• Revestimientos

• Pisos

• Colocación de mosaicos y azulejos

• Lechadas

• Piezas de construcción

• Tubería de drenaje

Entre los numerosos usos del cemento en la vivienda están:

• Pegar (juntear) la piedra, ya sea en cimentación o en

muro.

• Unión con mortero, las piezas para levantar muros (ta-

bique, tabicón, block, etc.).

• Aplanar muros y plafones con mortero (repellados, fi-

nos, serroteado rústico, etc.).

• Lechadear las cubiertas

• Fabricar block, también, mosaico, tubos de albañil, etc.

• Elaborar el concreto para losas, trabes, cimientos, etc.

Otros usos

Pero no sólo se le utiliza en la vivienda, sino también para

construir caminos, aeropuertos, puentes, fábricas, etc.

Además, la construcción de plantas de tratamiento de

aguas residuales, drenajes y acueductos se hace con este

producto.

El cemento es un excelente estabilizante de residuos tanto

municipales como industriales, que deben ser tratados

antes de ir a rellenos sanitarios.

La industria del cemento puede colaborar también para

mejorar el ambiente. Su mejor aporte en este sentido con-

siste en la utilización de los hornos de fabricación de clin-

ker para eliminar de una manera segura y definitiva una

gran cantidad de residuos. Los hornos tienen la caracterís-

tica de aceptar como combustible muchos subproductos

que tienen energía térmica (generan calor), municipales,

llantas, plásticos, finos de coque, residuos hospitalarios,

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aserrín y viruta de madera, residuos de coco, subproductos

de la industria química, cáscara de arroz, etcétera.

Características y ventajas

El cemento portland, recibió su nombre por su descubridor,

el inglés Joseph Aspdin, en 1824, debido a la semejanza

que presentaba con el color de las piedras de las canteras

de Portland, Inglaterra. Esta denominación se ha conserva-

do hasta nuestros días.

Sus propiedades adhesivas, así como cohesivas, le dan una

capacidad de aglutinar (unir) fragmentos minerales para

formar un todo compacto. El cemento tiene como principal

característica la propiedad de fraguar (endurecerse) al

contacto con el agua, en virtud de que experimenta una

reacción química con ésta.

El uso del cemento en la construcción es muy extenso y

variado, y su misma utilidad lo hace imprescindible.

La resistencia que puede adquirir el cemento depende de la

proporción de agua al mezclarlo.

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Figura 3-14. El cemento se debe almacenar en un lugar seco y evitar la hume-dad.

Figura 3-15. Se debe proteger de la lluvia.

El cemento, mezclado con arena, da por resultado el llama-

do fino de cemento para muros o pisos.

El mortero, que es la mezcla de arena con cemento, es útil

en los aplanados de muros, para unir tabique, tabicón,

block, piedra, etc.

El cemento tiene la característica de aglutinar diferentes

materiales, lo cual lo hace versátil para la construcción.

La plasticidad que adquiere el cemento al mezclarlo con

agua lo hace moldeable, es decir adopta la forma que

determinamos con el molde.

Su durabilidad lo hace ideal por su poco mantenimiento y su

resistencia: al clima, al ataque de ácidos, a la abrasión, al

impacto, etcétera.

El cemento se usa en la fabricación de mosaicos, muebles

(lavaderos), pisos de rodamiento vehicular, losas, muros,

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Figura 3-16. El uso del cemento se adapta perfectamente a los materiales que existen en la localidad o región donde se va a construir

tuberías, etcétera.

Sus derivados como el asbesto cemento, empleado para

fabricar láminas para techo, tejas, etc., tienen característi-

cas muy apreciadas en la construcción.

Durante el almacenamiento del cemento hay que evitar que

se humedezca, ya sea por efecto del medio ambiente o por

lluvia pues la humedad, provoca su fraguado. De ocurrir

esto, cuando se le desee utilizar ya estará duro o pasado.

Para protegerlo de la humedad del piso hay que apoyar los

sacos de cemento en un nivel más elevado que el de aquél.

(figura 3-14.)

Cubrir los sacos para resguardarlos de la lluvia, por medio

de un techo, plástico o cualquier material resistente al

agua, asegura la utilización del cemento. (figura 3-15.)

Además, será muy aconsejable almacenar el producto en un

lugar ventilado donde se evite la acumulación de humedad.

Al abrir un saco, es conveniente no guardar por mucho

tiempo el sobrante, pues éste reacciona con la humedad

del ambiente, inutilizándolo.

Comprar sólo el material que vamos a utilizar ayuda a

administrar nuestro gasto, pues aseguramos que no se

eche a perder por un largo almacenamiento.

El cemento y el autoconstructor

El cemento es un material útil en la construcción y a la vez

insustituible en muchos trabajos. Su facilidad de uso y

manejo lo hace ideal para el autoconstructor, su durabili-

dad y sus múltiples aplicaciones (pisos, muros, aplanados,

techos, plafones, etc. ). Se adquiere por kilogramos, sacos

(de 50 Kgs. ) o a granel, en la tlapalería, o cualquier expen-

dio de materiales, en todas las localidades de la república

mexicana. Se puede aplicar en cualquier clima, con solo

observar pequeños consejos.

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En el presente Manual para la autoconstruccion de vivienda

aprenderemos a usar adecuadamente el cemento, y con

ello podremos apreciar su sencillez y fácil manejo para

resolver cada una de las necesidades y obtener una vivien-

da cómoda.

Es importante resaltar que, para obtener las ventajas ópti-

mas del material, en cualquiera de sus aplicaciones, se

requiere respetar el sistema y método para su elaboración,

que aquí se enseña.

El agua como fraguante, para mezclar con el cemento, ten-

drá características especiales entre las que destaca su

pureza.

• Su pureza, es decir deberá estar libre de materias

orgánicas, contenido de sales, etcétera.

Control de calidad

México es un importante exportador de cemento, tanto a

los Estados Unidos de Norteamérica como a Europa y Asia.

Esto gracias al riguroso control de calidad que se logra en

la fabricación del cemento, con la aplicación de la más alta

tecnología en los laboratorios, con los diferentes instru-

mentos adaptados a las diversas fases del proceso, desde

la obtención de las materias primas hasta los productos

intermedios y los terminados.

Control químico

Con el equipo de espectometría de rayos X automático se

realiza el control de la mezcla cruda. En la composición quí-

mica se necesita un control exacto, y su eficiencia y pronti-

tud se ejecuta a cada hora, tomando muestras de las unida-

des de molienda en crudo, y modificándose las proporcio-

nes de caliza, pizarra, sílice y hematita según se requiera.

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Figura 3-17 A partir desu composición químicason calculados sus com-puestos potenciales.

Otro equipo comprueba la perfecta calcinación del polvo

crudo.

La calidad del clínker es evaluada por medio del análisis por

rayos X; a partir de su composición química son calculados

sus compuestos potenciales, como los silicatos y los alumi-

natos de calcio. En el caso de los silicatos se efectúa una

prueba por turno, es decir, cada ocho horas.

Control físico

Cada 24 horas se realizan las pruebas para determinar la

resistencia a la compresión, el fraguado inicial y final, así

como la sanidad.

La llamada prueba Blaine, que mide la finura del cemento,

se obtiene cada hora, con muestras de la planta. La unidad

de medida es cm2/ gr, que nos permite saber la superficie

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Figura 3-18. En la fabricación del cemento se aplica la más alta tecnología en los laboratorios y en las diversas fases del proceso.

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Figura 3-19. El cemento se aplica según el material (piedra, arena, confitillo,tzakab, cal, etc.), de acuerdo a una dosificación o cantidad determinada..

que ocupa un gramo de polvo.

Hay cementos, que llegan a alcanzar finuras de 3,500 a

4,000 cm2/gr.

Otros procesos para el control son a base de tamices que

miden el grado de finura. Las prensas determinan la resis-

tencia a la compresión: balanzas, parrillas donde se secan

la pruebas que se tamizan en vía húmeda; para la determi-

nación del carbonato de calcio se usan reactivos.

En la elaboración de series patrón estándar se utiliza la

prueba de absorción atómica.

Para determinar la distribución del tamaño de las partícu-

las de cemento se utiliza el equipo de sedigraph, que define

el punto de partida para dar las condiciones de operación

de las unidades de molienda.

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