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Tecnología del
Hormigón – Cemento
Parte 2
PROFESOR : Sergio Martínez Trejo
Ingeniero Civil
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Tiempos de fraguado Fraguado en el hormigón:
Los tiempos de fraguado en el hormigón no están relacionados
con los del cemento (pasta de cemento) debido a la pérdida
de agua en el aire (evaporación) y las diferencias de temperatura en la obra en contraste con la T° en laboratorio.
Medición de los tiempos de Fraguado:
Se mide con la aguja de Vicat
Inicio de Fraguado : 4 mm del fondo. Fin de Fraguado : solo impresión superficial
Grado de Tiempo Fraguado
Resistencia Inicial Final
Corriente >60’ <12 hrs
Alta Resistencia >45’ <10 hrs
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Medición de los tiempos de fraguado del cemento
Método de determinación de la consistencia normal (Nch
151. of 68)
La determinación de la consistencia normal de los
cementos se basa en la resistencia que opone la pasta
de cemento a la penetración de la sonda de un aparato
normalizado.
Aparato de Vicat
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Medición de los tiempos de fraguado del cemento
a. Aparatos
- Balanza: Deberá tener una capacidad de 1000 gr y una sensibilidad
reciproca de 1 gr.
-Bureta: Tendrá una capacidad total de 200 ml a 20ºC con una tolerancia
de ± 1 ml.
- Aparato de Vicat: Consta de un armazón con un vástago móvil provisto
de una Sonda de Tetmayer, un indicador y opcionalmente de un freno. El
vástago se puede fijar en cualquier posición mediante un tornillo. El
indicador es ajustable y se mueve sobre una escala graduada en mm.
Las características de este dispositivo serán:
Peso total del vástago móvil con agregados y sonda: 300.0 ± 0.5 gr.
Sonda tetmayer de latón pulido, cilíndrica con base plana: Diámetro 10 ±
0.05mm, Longitud libre 49 ± 1.00 mm
Tolerancia en la graduación de la escala, en todas las divisiones +
0.25mm.
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Medición de los tiempos de fraguado del cemento
Aparato para la
determinación de la
consistencia y de los
tiempos de fraguado.
Consistencia normal:
sonda de TETMAJER.
Principio y fin del
fraguado: Aguja de
VICAT.
. La pasta tendrá
consistencia normal,
cuando la sonda se
detiene a 6 ± 1 mm
sobre el fondo del
molde, 30 seg.
Después, soltarla
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Método de determinación del tiempo de fraguado (Nch 152. of 70)
La determinación del tiempo de fraguado de los cementos se
basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la
penetración de la aguja de un aparato normalizado
Medición de los tiempos de fraguado del cemento
El cemento ha alcanzado el principio
de fraguado cuando la aguja se
detenga a 4 ± 1 mm sobre el fondo
del molde 30 segundos después de
haber soltado el dispositivo móvil.
La determinación del tiempo de
fraguado final se hará con la probeta
invertida
El cemento ha alcanzado el final de
fraguado cuando solo la aguja deja una
impresión y no el borde circular del
accesorio.
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Falso Fraguado del Cemento
La pasta de cemento (cemento + agua).
Puede presentar un endurecimiento prematuro.
Debido a un comportamiento anómalo del yeso adicionado al
cemento en la etapa de molienda del clinquer.
Por > temperaturas durante la molienda el yeso puede perder
parte del agua de cristalización.
Se produce una perdida de plasticidad en el hormigón, poco
tiempo después del mezclado.
Solución:
Aumentar el tiempo de amasado.
Para romper la cristalización y recuperar la plasticidad.
Sin adicionar agua.
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Hidratación del Cemento El cemento mezclado con agua reacciona hidratándose.
Esta reacción libera una cierta cantidad de calor y provoca
el progresivo endurecimiento de la pasta de cemento.
La hidratación proporciona esencialmente dos productos principales):
Agujas (silicatos de calcio hidratados o CSH) de lento
crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación,
responsable de la formación de una matriz densa y resistente.
Pequeñas placas de hidróxido de calcio (Ca(OH)2), muy alcalinas,
sin aporte de resistencia pero adecuadas para proteger a la
armadura de la corrosión.
Piedra de cemento endurecida observada al microscopio de barrido electrónico (SEM).
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Reacciones de la Hidratación
Calor de hidratación
La reacción de la hidratación es un proceso Exotérmico.
Libera calor.
Normalmente se disipa pero en grandes masas puede causa daños.
La cantidad de calor depende principalmente de la composición química
del cemento.
C3A y C3S son los compuestos responsables del desarrollo de calor.
Otros factores que influyen son: w/c – finura del cemento – temp. curado
responsable de la formación de una matriz densa y resistente.
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Desarrollo de Calor de los componentes
de Cemento
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Proceso de endurecimiento del Cemento
A partir de ese momento el proceso no es
cabalmente conocido, existiendo teorías que
suponen la precipitación de los compuestos
hidratados:
1). La formación de cristales entreverados entre
si que desarrollen fuerzas de adherencia, las que
producen el endurecimiento de la pasta (Teoría
cristaloidal de Le Chatelier)
2). Alternativamente por el endurecimiento
superficial de un gel formado a partir de dichos
compuestos hidratados (Teoría coloidal de
Michaelis), estimándose actualmente que el
proceso presenta características mixtas.
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Proceso de endurecimiento del Cemento
El endurecimiento de la pasta de cemento muestra
particularidades que son de interés para el desarrollo de obras
de ingeniería:
►La reacción química producida es exotérmica, con
desprendimiento de calor, especialmente en los primeros días.
► Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen,
de dilatación si el ambiente tiene un alto contenido de humedad
o de contracción si este es bajo.
El proceso producido es dependiente de las características del
cemento, principalmente de su composición y de su finura, los
cuales condicionan en especial la velocidad de su generación.
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Endurecimiento en el Hormigón
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Endurecimiento en el Hormigón y Cemento
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Ensayos Normales del Cemento En polvo:
Densidades: NCh154.Of1969 - Determinación del peso específico relativo
Finura: NCh149.EOf1972 - Determinación de la superficie específica por el turbidímetro
de Wagner.
NCh159.Of1970 - Determinación de la superficie específica por el permeabilímetro
según Blaine
Composición Quimica: NCh147.Of1969 Cementos - Análisis químico
En pasta:
Agua de consistencia Normal: NCh151.Of1969 Cemento - Método de determinación de la consistencia normal
Tiempo de Fraguado: NCh152.Of1971 Cemento - Método de determinación del tiempo de fraguado
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Ensayos Normales del Cemento
En pasta: Estabilidad Volumétrica
Calor de hidratación
Poder de retención de agua
En Mortero: Compresión:
Flexotracción:
Deformaciones NCh158.Of1967 Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros
de cemento
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Ensayos Normales del Cemento
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Clasificación por Resistencia, NCh148.Of68
Grado de Tiempo Fraguado Resistencia
Resistencia Inicial Final 7 ds 28 ds
(kgf/cm2)
Corriente 60’ 12 hrs 180 250
Alta Resistencia 45’ 10 hrs 250 350
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Clasificación de los Cementos por composición, NCh148.Of 68
Requisitos Cementos Puzolánicos Cementos Siderúrgicos
Químicos Portland Portland Puzolánico Portland Siderúrgico
(máximo) Puzolánico Siderúrgico
Adición , % -- 30 50 30 75 Pérd. por calc., % 3.0 4.0 5.0 5.0
5.0
Residuo Ins., % 1.5 30.0 50.0 3.0
4.0
Cont. de SO3, % 4.0 4.0 4.0 4.0
4.0
Cont. de MgO, % 5.0 - - -
-
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6.550.000 t/año
INDUSTRIA CEMENTERA CHILENA CAPACIDADES INSTALADAS
POLPAICO
Polpaico 1.800.000 t/año
Coronel 650.000 t/año
Mejillones 300.000 t/año 2.750.000 t/año
MELÓN
La Calera 1.800.000 t/año 1.800.000 t/año
BÍO BÍO
Inacesa 400.000 t/año
Teno 1.000.000 t/año
Talcahuano 600.000 t/año 2.000.000 t/año
Hitos del Cemento en Chile
Planta Mejillones
Planta Cerro Blanco
Planta Coronel
1908: Cemento Melón (Inicio producción)
1949: Cemento Polpaico (Inicio producción)
1959: Cemento Polpaico (Portland Puzolánicos)
1961: Cementos Bío Bío (Inicio producción. Escoria)
1975: Inacesa (Hoy Bío-Bío. Inicio Producción)
1999: Cemento Polpaico (Molienda Coronel)
2000: Cementos Bío-Bío (Planta Teno - Puzolana)
2001: Cemento Polpaico (Molienda Mejillones)
2003: Cemento Polpaico (Cementos Puzolánicos)
2008: Cemento Melón (Molienda Puerto Montt)
2009: Cemento San Juan (Molienda)
2011: Cemento Melón (Molienda Quintero)
2013: Cementos Bío-Bío (Molienda San Antonio)
2013¿? Transex (Molienda)
2013¿? Búfalo (Molienda)
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TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND ASTM C 150
TIPO I CEMENTO NORMAL
TIPO II RESISTENCIA MODERADA AL SULFATO
TIPO III ALTA RESISTENCIA INICIAL
TIPO IV BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN
TIPO V ALTA RESISTENCIA A LOS SULFATOS
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FABRICACION DEL CEMENTO
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Fusión en horno rotatorio
Cementos Caliza (alto
contenido de cal)
Sílice (arcilla ó
escoria de alto
horno)
CLINKER
Molienda con
yeso
Cemento
PORTLAND
Molienda con yeso +
ADICIONES (Puzolanas,
escorias, etc.)
Cemento PORTLAND
con Adiciones
+
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FABRICACION DEL CEMENTO
CALIZA
( cal )
ARCILLA
(alúmina)
FIERRO
(óxidos)
HORNO
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FABRICACION DEL CEMENTO
CLINKER HORNO
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FABRICACION DEL CEMENTO
CLINKER
MOLINO YESO
PUZOLANA
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FABRICACION DEL CEMENTO
MOLINO
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FABRICACION DEL CEMENTO
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Procesos de fabricación del
clínker
1. Vía Seca
2. Vía semi-seca,
3. Vía semi-húmeda
4. Vía húmeda
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1. Proceso de vía seca
► La materia prima es introducida en el horno en forma seca y
pulverulenta.
► El sistema del horno comprende una torre de ciclones para
intercambio de calor en la que se precalienta el material en
contacto con los gases provenientes del horno.
► El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación)
puede estar casi completado antes de la entrada del material en el
horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade
parte del combustible (precalcinador).
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2. Proceso de vía húmeda
► Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de
alto contenido en humedad.
► El material de alimentación se prepara mediante molienda
conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido
de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo más elevado
del horno de clínker.
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3 y 4. Procesos de vía semi-seca y semi-húmeda
► El material de alimentación se consigue añadiendo o
eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo. ► Se obtienen "pellets" o gránulos con un 15-20 % de humedad
que son depositados en parrillas móviles a través de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno. Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la cocción ha comenzado.
► En todos los casos, el material procesado en el horno
rotatorio alcanza una temperatura entorno a los 1450º. Es
enfriado bruscamente al abandonar el horno en enfriadores planetarios o de parrillas obteniéndose de esta forma el clínker.
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FABRICACION DEL CEMENTO
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FABRICACION DEL CEMENTO
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FABRICACION DEL CEMENTO
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FABRICACION DEL CEMENTO
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CLINKER
YESO
ADICIONES
(Puzolana)
CEMENTO
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Adición de yeso CaSO4 . 2H2O
• Regular el fraguado del cemento
• Mejorar la trabajabilidad
• Incrementar la resistencia de corto plazo
• En altas dosis puede producir problemas de
expansión
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Puzolana en el Cemento
VENTAJAS
Reducción de la razón clinker/cemento
Menor contaminación (CO2 y otros)
Reducción de costos
Durabilidad mayor que con Portland
Inhibe reacción álcali-árido
Calores de hidratación más bajos
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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO
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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO
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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO
Perdida de Resistencia:
Se puede estimar empíricamente según:
% de Perd. Resist. = a*t – (t^2/b)
t : meses (valida hasta 24)
a,b: constantes según el tipo de cemento
Tipo de Cemento a b
Pórtland fino 3.5 25
Pórtland grueso 3.0 30
No usar en elementos estructurales un cemento perdida de resistencia
Mayor al 10%
Si es > al 10%, pedir ensayos de compresión y tiempos de fraguado
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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO
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Recepción de cemento
• Supervisión en la descarga
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• MINIMA POSIBLE
• EQUIPAMIENTO ADECUADO
Traslado dentro del local