Materiales Aglomerantes

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CLASE Nº 7CLASE Nº 7

AGLOMERANTES

UNIDAD IUNIDAD I Características y Propiedades Características y Propiedades

de los Materialesde los Materiales

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AGLOMERANTESAGLOMERANTES

Los aglomerantes son materiales capaces de mantener juntos a otros materiales sin reaccionar con ellos. Debido a esto, los materiales formados por un aglomerante y uno o más materiales aglomerados se denominan materiales compuestos. Ejemplos de este tipo de materiales son el hormigón, el asfalto y la madera aglomerada.En un material compuesto se pueden identificar claramente las diferentes fases que lo componen, como se puede ver en la imagen adjunta.

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TIPOS DE AGLOMERANTESTIPOS DE AGLOMERANTES

Dependiendo del proceso mediante el cual un aglomerante endurece y adquiere resistencia, se tienen:Aglomerantes térmicos: estos aglomerantes adquieren resistencia por enfriamiento, por ejemplo el cemento asfáltico y el azufre.Aglomerantes polimérico: estos aglomerantes adquieren resistencia mediante reacciones de polimerización, como sucede con las resinas epóxicas (materiales sintéticos).Aglomerantes aéreos e hidráulicos: los aglomerantes aéreos endurecen en contacto con el aire y los hidráulicos en presencia de agua. A este tipo de aglomerante pertenecen la cal, el cemento y el yeso.Las reacciones de fraguado de los aglomerantes poliméricos e hidráulicos son exotérmicas, es decir, liberan calor, lo que se debe considerar cuando se trabaja con ellos, para evitar fisuración de los materiales finales o estructuras.

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ASFALTOASFALTO

Producto sólido o semisólido de color negro o pardo oscuro, cuyos elementos constituyentes son betunes o hidrocarburos y que se obtiene de depósitos naturales o de la refinación del petróleo.Con el calor se reblandece y con el frío solidifica. El punto de reblandecimiento depende del tipo de asfalto, variando entre 40 y 120ºC.Químicamente el asfalto es un hidrocarburo, y físicamente tiene dos grandes componentes:

- asfaltenos (sólidos quebradizos).- maltenos (aceites pesados).

De la proporción de estos componentes resulta las diversas propiedades y usos del asfalto. Dentro de sus propiedades podemos citar viscosidad, punto de reblandecimiento, etc.

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ASFALTOASFALTO

La viscocidad es una característica primordial para los asfaltos y es el grado de solidez que tiene la mezcla.Se mide por ensayo de penetración, donde se dispone una aguja de 1mm2 cargada con 100grs sobre el asfalto durante 5 segundos a 25ºC, midiendo su penetración en décimas de milímetros o centistokes.

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ASFALTOASFALTO

Existen cinco categorías de asfaltos comerciales:a) Asfaltos naturales de elevada pureza. Llamados

generalmente betunes naturales y se usan en la fabricación de lacas e impermeabilizantes.

b) Asfaltos naturales impuros. Contienen arcillas y minerales, con similares aplicaciones al anterior.

c) Asfaltos de petróleo. Llamados asfaltos artificiales, constituyen el grueso de los asfaltos usados en el mundo, sobretodo en pavimentación.

d) Asfaltos para techumbres. Llamados asfaltos soplados, se obtienen por oxidación del residuo del petróleo mediante el uso de aire caliente, aplicándose como impermeabilización en techos.

e) Asfaltos “cracking”. Se obtienen por descomposición térmica del petróleo, aplicándose como alquitrán para carreteras.

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APLICACIONES DEL ASFALTO

• Pavimentos.

• Impermeabilización.

• Adhesivos.

• Pinturas.

• Protección química.

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CARACTERÍSTICAS

Viscosidad de aplicación. (fluidez)Viscosidad de aplicación. (fluidez):

Aplicación Viscosidad requerida (Centistokes)

Spray 20 - 100

Llenado de juntas 100 - 200

Impregnación 20 - 200

Impermeabilización 200 - 1000

Pintado 600

Recubrimiento 1000

Bombeado 1500 - 2000

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CEMENTOS ASFÁLTICOSCEMENTOS ASFÁLTICOS

Son mezclas de asfaltos con materiales fluidificantes que aumentan su viscosidad, como son aceites, bencina y parafina.Se conocen por la sigla CA seguida de dos números que definen su límite mínimo y máximo de viscosidad, por ejemplo:

CA 60-80

Significa que es un cemento asfáltico que tiene un índice de penetración de 60 a 80 décimas de milímetro (centistokes).

Los cementos asfálticos se usan con material pétreo en la fabricación de concretos asfálticos para pavimentación, con arena en la fabricación de morteros asfálticos de pega y de relleno, y con algunos solventes especiales en la fabricación de adhesivos e impermeabilizantes.

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AGLOMERANTES HIDRÁULICOSAGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CAL:En la naturaleza se encuentra la caliza o carbonato cálcico, la que corresponde a óxido de calcio quemado, es decir, que ha reaccionado con dióxido de carbono.Industrialmente, la caliza es molida en un horno, lo que permite obtener óxido de calcio en estado sólido. Este óxido es muy activo y se conoce con el nombre de “cal viva” debido a su alta reactividad y su carácter corrosivo. Este es un material altamente alcalino, es decir, tiene un pH muy alto.

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CAL:La cal viva se mezcla con agua para formar hidróxido de calcio o cal hidratada, la que se comercializa como adición para la elaboración de morteros (de fragüe lento) o simplemente para pintar fachadas (con adición de sal). Debido a que forma una capa relativamente impermeable, antiguamente, se utilizaba para proteger los adobes utilizados en la construcción de edificaciones.

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CAL:Se utiliza como materia prima en la fabricación de cemento portland. También se ocupa en mortero de cemento como adición para mejorar la plasticidad y retentividad del agua (máximo 25% de cal en la mezcla), reduciendo la aparición de fisuras, aunque tiene el efecto de reducir la resistencia del mortero (denominado bastardo). Por lo anterior es que sólo son recomendables en revoques (estucos).

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Yeso:El yeso se encuentra en la naturaleza como un mineral denominado “Selenita” y químicamente corresponde a un sulfato de calcio dihidratado. Industrialmente, se muele en un horno a una temperatura de 130º para deshidratarlo y transformarlo en un polvo blanco capaz de reaccionar con el agua.

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Yeso:En construcción se utiliza como materia prima en la fabricación de cemento portland y en la planchas de yeso cartón, que en nuestro país se conocen comercialmente como volcanitas y que se utilizan mucho en tabiquería y cielos.El yeso blanco se usa mezclado con agua formando una pasta muy fina que sirve como enlucido, vale decir, como capa de terminación para muros y cielos interiores antes de recibir pintura o papel mural. Aún se ocupa en la fabricación de molduras, especialmente cornisas, y placas (Isomur) aunque se prefieren otros materiales para ello.

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CEMENTOCEMENTO

Es un polvo gris muy fino que tiene la cualidad de reaccionar con el agua formando una pasta que endurece tanto bajo agua como al aire.

El cemento hidráulico o cemento pórtland se obtiene de la sinterización de caliza (CaO) con algunas arcillas, tales como óxido de aluminio o alúmina (Al2O3), óxido de silicio o sílice (SiO2) y óxido de fierro (Fe2O3). Estos materiales se muelen a alta temperatura (1500º C) en un horno rotatorio y como resultado se obtiene un material compacto denominado clinker.

Materia Prima

Caliza (óxido de calcio)

Arcilla (sílice)

chancado

CLÍNQUER mezclafusión

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CEMENTOCEMENTO

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CEMENTOCEMENTO

Proceso por Vía Seca

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CEMENTOCEMENTO

Proceso por Vía Seca

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VÍA SECAVÍA SECA

En la fabricación seca, una vez que las materias primas han sido trituradas, molidas y homogeneizadas pasan a un horno que alcanza temperaturas de 1450º C, obteniéndose de este modo el clinker. Seguidamente, se deja reposar el clinker por un período de entre 10 y 15 días.

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VÍA HÚMEDAVÍA HÚMEDA

La diferencia está en la etapa de Molienda Húmeda en la cual, la caliza triturada se continúa moliendo en forma húmeda hasta formar una "pasta de caliza“, la que es enviada a las Celdas de Flotación donde se concentra. Luego pasa a los Espesadores, donde a la pasta se extrae el agua. Por último, esta pasta de caliza es bombeada a los Silos de Mezcla, donde se le adiciona óxido de aluminio y de hierro, de tal forma de obtener una pasta mezclada cuya composición química sea la requerida para producir el Clinquer.

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VÍA HÚMEDAVÍA HÚMEDA

La pasta mezclada presenta un exceso de humedad para ingresar al Horno, por lo cual es necesario pasarla por Filtros Prensa, en donde el agua disminuye de 45% a 16%, y luego por un Proceso de Secado hasta obtener una "harina cruda" con sólo 0,5% de humedad, denominada "Crudo". Este Crudo es alimentado a través de una torre de ciclones precalentándose hasta unos 850° C, previo a su ingreso al Horno, en donde a temperaturas de alrededor de 1.450° C, ocurrirán las reacciones químicas que lo transformarán en "Clinquer". Por último este Clinquer se enfría y almacena en Silo o en Canchas.

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PROCESO PRODUCTIVOPROCESO PRODUCTIVO

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CEMENTOCEMENTO

El clínquer está constituido por cuatro compuestos básicos:

CLÍNQUER

Silicato trícálcico (3 CaO. SiO2)Silicato bicálcico (2 CaO. SiO2)Aluminato tricálcico (3 CaO. Al2O3)Ferroaluminato tetracálcico (4 CaO. Al2O3. Fe2O3)

Estas cuatro fases mineralizadas en conjunto con una fase vítrea, integrada por los dos últimos, constituyen el 95% del peso total del clinquer, siendo el 5% restante componentes menores, principalmente óxidos de sodio, potasio, titanio, residuos insolubles y otros. Dependiendo de los porcentajes de cada componente se tienen cementos con diferentes propiedades. Los componentes más activos son el Silicato trícálcico ( (C3S) y el Aluminato tricálcico ( (C3A). De la cantidad de estos componentes depende la velocidad de fraguado y el calor que libera un cemento durante el proceso de hidratación.

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CEMENTOCEMENTO

El clinquer es sometido a molienda mediante molinos de bolas hasta convertirlo en el polvo finísimo ya mencionado, adicionándose en esta etapa una proporción de yeso de alrededor de un 5% de su peso, destinado a regular el proceso de fraguado de la pasta de cemento, la que de otra manera endurecería en forma casi instantánea. El cemento así obtenido se denomina Cemento Portland.El cemento moderno fue desarrollado a partir de las investigaciones del francés Vicat en 1818 y del escocés Aspdín, quien lo patentó en 1824 con el nombre de cemento portland, por la denominación romana del hormigón y por la similitud del producto obtenido con las rocas de la isla de ese nombre.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS CEMENTOS

El tamaño de los granos de cemento está comprendido entre 2 y 100 micrones. Estos son más activos cuando su tamaño está comprendido entre 3 y 30 micrones.Los granos menores a 3 micrones se hidratan casi instantáneamente al entrar en contacto con el agua, mientras que los superiores a 60 micrones son prácticamente inertes, ya que su hidratación es extremadamente lenta.La finura se puede medir por diversos métodos:Tamizaje (sólo hasta cierto tamaño, NCh 150, Of. 70).Superficie específica (permeabilímetro Blaine NCh, 159 Of. 70).Turbidimetría (turbidímetro de Wagner NCh 149, Of. 72).Otros (sedimentación, rayos láser).

Blaine

Granulómetro láser

FINURA

Se llama peso específico absoluto o densidad real, a la relación entre el peso del cemento y el volumen real que ocupan los granos. Este se determina en el matraz de Le Chatelier, en el cual se mide el desplazamiento de un líquido producido por 64 g de cemento (NCh 154, Of. 69).En los cementos Portland, el peso específico debe ser igual o superior a 3 g/ml y en los cementos con adiciones puede ser menor o mayor según la adición empleada, pero siempre será cercano a 3 g/ml (3 kg/l). La densidad aparente suelta es del orden de 1 kg/litro.

Matraz de Le Chatelier

PESO ESPECÍFICO ABSOLUTO O DENSIDAD REAL


Es el tiempo que transcurre entre el instante en que el cemento se mezcla con el agua para forman una pasta y el momento en que la pasta pierde su plasticidad. Se determina con un instrumento denominado Aparato de Vicat y consiste en una aguja de 1 mm2 de superficie con un peso de 300 g, la cual se hace penetrar en la pasta de consistencia normal colocada en un molde.Al momento en que la aguja se detiene a 4 mm del fondo, se le considera como tiempo de “principio de fraguado” y cuando la aguja penetra solamente 0,5 mm se considera como tiempo de “fin de fraguado” (NCh 152, Of. 70).El principio de fraguado en los cementos de alta resistencia no puede ser inferior a 45 minutos y en los cementos corrientes debe ser a lo menos de 1 hora.

TIEMPO DE FRAGUADO


Es la cantidad de agua expresada como porcentaje del peso del cemento, que confiere a la pasta una plasticidad determinada. La consistencia normal se determina con la sonda de Tetmejer.Esta consiste en un vástago pulido de 1 cm de diámetro que se hace penetrar en la pasta con un peso de 300 g. Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda se detiene a 6 mm del fondo (NCh 151, Of. 68).

RESISTENCIAS MEC ÁNICAS

Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias iguales o superiores a las indicadas por las normas, en probetas preparadas con un mortero cuyos componentes, fabricación, conservación y ensayos están normalizados (NCh 158, Of. 67).Los cementos van adquiriendo resistencia progresivamente con el tiempo. A este fenómeno se le conoce como curva de resistencia del cemento.

CONSISTENCIA NORMAL


El endurecimiento de los cementos se produce por reacciones químicas entre los compuestos mineralógicos del cemento y el agua de amasado. Estas reacciones químicas transforman a los componentes anhídridos inestables en compuestos hidratados estables.Las reacciones químicas se producen con desprendimiento de calor. Según la proporción en que esté presente cada uno de los compuestos principales del clínker, será el calor resultante desprendido por el cemento, de tal forma que habrá cementos de bajo calor de hidratación,mediano calor de hidratación o de alto calor de hidratación. Cementos de bajo calor de hidratación son aquellos que desprenden menos de 70 cal/g a los 7 días.

CALOR DE HIDRATACIÓN


Los cementos pueden ser atacados por ciertos productos químicos, entre los cuales, los de mayor interés de analizar son:

• Ataque por aguas ácidas: en general los ácidos disuelven a los cementos, con mayor o menor velocidad, según sea el ácido y su concentración.

• Ataque de sulfatos: atacan el C3A formando sales expansivas que destruyen el hormigón.

• Ataque de aguas puras: las aguas muy puras son ávidas de sales y disuelven principalmente el hidróxido de calcio generado por el clínker durante su hidratación.

RESISTENCIA AL ATA QUE QUÍMICO


• Reacción álcalis–áridos: algunos áridos contienen sílice reactiva que se combina con el álcalis del cemento, provocando una expansión del hormigón.

• Permutación de cationes: cationes tales como el del magnesio (M++) que contienen algunas aguas, se intercambian con los cationes de calcio, dando origen a una acción destructiva.

• Carbonatación: el hidróxido de calcio generado por el clínker durante su hidratación se puede transformar en carbonato de calcio (CaCO3), por acción del anhídrido carbónico (CO2) del aire.

RESISTENCIA AL ATA QUE QUÍMICO


NORMAS OFICIALES PARA CEMENTONORMAS OFICIALES PARA CEMENTO

NCh147.Of1969 Cementos - Análisis químico.NCh148.Of1968 Cemento - Terminología, clasificación y especificaciones generales.NCh149.EOf1972 Cemento - Determinación de la superficie específica por elturbidímetro de Wagner.NCh150.Of1970 Cemento - Determinación de la finura por tamizado.NCh151.Of1969 Cemento - Método de determinación de la consistencia normal.NCh152.Of1971 Cemento - Método de determinación del tiempo de fragüado.NCh153.Of1973 Cemento - Ensayo de indeformabilidad al vapor de agua.

NORMATIVA VIGENTE

NORMAS OFICIALES PARA CEMENTONORMAS OFICIALES PARA CEMENTO

NCh154.Of1969 Cemento - Determinación del peso específico relativo.NCh157.Of1967 Cemento - Ensayo de expansión en autoclave.NCh158.Of1967 Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros de cemento.NCh159.Of1970 Cemento - Determinación de la superficie específica por elpermeabilímetro según Blaine.NCh160.Of1969 Cemento - Agregado tipo A para uso en cemento – Especificaciones.NCh161.EOf1969 Cemento - Puzolana para uso en cementos – Especificaciones.NCh162.Of1977 Cemento - Extracción de muestras.NCh642.Of1999 Cemento - Envases - Sacos de válvula - Especificaciones.

NORMATIVA VIGENTE

CEMENTOS NORMALIZADOS EN CHILE

•En Chile está vigente la norma NCh 148, Of. 68 (Cemento. Terminología, Clasificación y

Especificaciones Generales). •En ella se definen algunos términos, se

clasifican según sus componentes y según sus resistencias. Se fijan los límites de las características físicas (propiedades físicas y mecánicas) y de los componentes secundarios (requisitos químicos).

NORMATIVA VIGENTE


De acuerdo a los componentes, esta norma clasifica a los cementos de la siguiente forma:Cementos Portland: obtenidos por la molienda de clínker más un porcentaje de yeso para regular el fraguado.Cementos Siderúrgicos: subdivididos en “Portland siderúrgico”, si el contenido de escoria de alto horno es inferior al 30%, y “Siderúrgico”, si está comprendido entre el 30 y el 75%.Cementos con Agregado Tipo A: subdivididos en “Portland con agregado tipo A”, si el contenido del agregado es inferior a 30%, y “Con agregado tipo A” si está comprendido entre el 30 y el 50%. Cabe hacer notar que el “agregado tipo A” es un producto chileno que se usó por varios años, pero que se ha dejado de usar.Cementos Puzolánicos: subdividido en “Portland puzolánico”, si la puzolana incorporada es menor a un 30%, y “Puzolánico”, si se incorpora entre el 30 y el 50% del producto terminado.

NORMATIVA VIGENTE


De acuerdo a esta norma, los cementos se clasifican igualmente según sus resistencias, en dos grados:Cementos corrientes.Cementos de alta resistencia.Los valores mínimos en kgf/cm2 que deben cumplir los cementos son los indicados en la siguiente tabla:

NORMATIVA VIGENTE

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PRÓXIMA CLASE …PRÓXIMA CLASE …

CEMENTO PÓRTLANDCEMENTO PÓRTLAND

(continuación)(continuación)

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