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CEMENTO Y SUS APLICACIONESCEMENTO Y SUS APLICACIONES
Dra. Ing. Rosaura Vásquez A.
Cementos Pacasmayo S.A.A.
1. CEMENTO HIDRAÚLICO
Material inorgánico finamente dividido que,
amasado con agua, forma una pasta que fragua y
endurece en virtud de reacciones y procesos de
hidratación y que, una vez endurecido, conserva
su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.
• Fragua y endurece por reacción química con el
agua (hidratación del cemento).
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2. CEMENTOS PORTLAND : TIPOS
2.1 CEMENTOS PORTLAND:
Clinker + Yeso
2.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:
Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL
+ CALIZA (máx. 5%)
3. CEMENTOS PORTLAND: TIPOS Y APLICACIONES
TIPO I: De uso general.
TIPO II: De uso general, especific. cuando se desea:. moderada resistencia a los sulfatos o. moderado calor de hidratación.
TIPO III: Alta resistencia inicial.
TIPO IV: Bajo calor de hidratación.
TIPO V: Alta resistencia a los sulfatos.
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4. CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:
Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL
ADICIÓN MINERAL:
Materiales inorgánicos que se incorporan al cemento o al concreto, con el fin de mejorar sus propiedades.
PRINCIPALES ADICIONES:a) Puzolanasb) Escoria de Alto Hornoc) Fillers
4.1 TIPOS
CEMENTOS PORTLAND PUZOLÁNICOS
1. Cemento Portland Puzolánico Tipo IP:Producido mediante molienda conjunta de clinkery puzolana(contenido de puzolana:15% - 40%)
2. Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo I(PM): Producido mediante molienda conjunta de clinker y puzolana (contenido de puzolana < 15%).
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CEMENTOS PORTLAND DE ESCORIA
1. Cemento Portland de Escoria Tipo IS:Producido mediante molienda conjunta de clinker y escoria (contenido de escoria: 25% - 70%).
2. Cemento Portland de Escoria Modificado Tipo I(SM): Producido mediante molienda conjunta de clinker y escoria (contenido de escoria < 25%).
CEMENTO PORTLAND COMPUESTO TIPO ICo
Cemento Portland obtenido por pulverización conjunta de clinker Portland, materias calizasy/o inertes hasta un máximo de 30%.
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4.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: APLICACIONES
Uso generalICoPORTLAND COMPUESTO
Uso generalIS, I(SM)PORTLAND DE ESCORIA
Uso generalIP, I(PM)PORTLAND PUZOLÁNICO
Uso generalIPORTLAND
APLICACIONESTIPOCEMENTO
Cementos adicionados ���� propiedades especiales:
• Moderada resistencia a los sulfatos (MS)• Moderado calor de hidratación (MH )
• Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
5. CEMENTOS PORTLAND. ESPECIFICACIÓN DE LA PEFORMANCE
. Requisitos de performance física de los cementos.
. No existen restricciones a la composición química del cemento o de sus constituyentes.
TIPOS:Tipo GU: Uso general.Tipo HE: Alta resistencia inicial.Tipo MS: Moderada resistencia a los sulfatos.Tipo HS: Alta resistencia a los sulfatos.Tipo MH: Moderado calor de hidratación.Tipo LH: Bajo calor de hidratación.
Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
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II. COMPUESTOS QUÍMICOS
DEL CEMENTO
1. COM POSIC IÓN QUÍM ICA DEL CLIN KER
SO3: 0 ,1 - 2 ,5 %
M n2O3: 0 - 3 ,0 %
TiO2: 0 - 0 ,5 %
P2O 5: 0 - 1 ,5 %
PxC: 0 ,5 - 3 ,0 %
SiO2: 16 - 26 %
Al2O 3: 4 - 8 %
Fe2O3: 2 - 5 %
CaO: 58 - 67 %
MgO: 1 - 5 %
Na2O + K2O: 0 - 1 %
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1.1 Cálculo potencial de Bogue
Permite calcular la composición mineralógica del clinker a partir del análisis químico.
C3S = (4,071 x %CaO) - (7,600 x %SiO2) - (6,718 x %Al2O3) - (1,430 x %Fe2O3) - (2,852 x %SO3)
C2S = (2,867 x %SiO2) - (0,754 x %C3S)
C3A = (2,650 x %Al2O3) - (1,692 x %Fe2O3)
C4AF = 3,043 x %Fe2O3
2. FASES MINERALES (COMPUESTOS) DEL CLINKER
C3S
C2S
C3A
C4AF
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
CaOMgO
Silicato tricálcico
Silicato dicálcico
Aluminato tricálcico
Ferroaluminato tetracálcico
Cal libreMagnesia libre (periclasa)
ABREVIATURAFÓRMULADESIGNACIÓN
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FASES MINERALES DEL CLINKER
3. COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO
a) Silicato tricálcico(C3S):
• Fase denominada “alita”.
• Constituye del 50% al 70% del clinker.
• Se hidrata y endurece rápidamente.
• Responsable, en gran parte, del inicio del fraguado.
• Aporta resistencia a corto y largo plazo (a mayor porcentaje de C3S mayor resistencia).
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b) Silicato dicálcico(C2S):
• Fase denominada “belita”.
• Constituye del 15% al 30% del clinker.
• Se hidrata y endurece lentamente.
• Contribuye al incremento de la resistencia a edades mayores de 7 días.
Belita (C2S)
Alita (C 3S)
c) Aluminato tricálcico(C3A):
• Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker.
• Libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento.
• Contribuye al desarrollo de las resistencias muy tempranas y al fraguado del cemento.
• Vulnerable a la acción de los sulfatos: forman producto expansivo (etringita).
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d) Ferroaluminato tetracálcico(C4AF):
• Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker.
• Se hidrata con rapidez pero contribuye muy poco a la resistencia.
• Su formación reduce la T de clinkerización.
e) Sulfato de calcio:
• Yeso: CaSO4.2H2O
• Anhidrita: CaSO4
• Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su molienda, para controlar el fraguado:
controla la hidratación del C3A.
• Ayuda a controlar la contracción por secado y puede influenciar la resistencia.
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3.1 Influencia de los compuestos en las propiedades del cemento
Rápido y prolongado
Lento y muy prolongado
Muy rápido y de corta duración
Lento y poco significativo
Alto (120 cal/g)
Bajo (62 cal/g)
Muy alto (207 cal/g)
Moderado (100 cal/g)
Rápida
Lenta
Muy rápida
Rápida
C3S
C2S
C3A
C4AF
DESARROLLO DERESISTENCIA
CALOR DEHIDRATACIÓN
VELOCIDAD DEHIDRATACIÓN
FASE
III. REQUISITOS DEL CEMENTO
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1. REQUISITOS QUÍMICOS
a) Óxido de magnesio (MgO):
Cristaliza como Periclasa, con incremento de volumen, originando grietas que fisuran al concreto.
b) Trióxido de azufre (SO3):
Forma equivalente de expresar los sulfatos presentes en el cemento.
c) Pérdida por ignición:
Una elevada pérdida por ignición es índice de la hidratación o carbonatación del cemento producida por un almacenamiento incorrecto y prolongado.
El envejecimiento del cemento disminuye la resistencia y aumenta los tiempos de fraguado.
d) Residuo insoluble:
Índice de la transformación de óxidos en compuestos.
Ensayo con el que se puede verificar, de ser el caso, si un cemento Portland ha sido adulterado.
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e) Álcalis (Na2O + K2O):
La reacción álcali-agregado se produce entre determinados agregados reactivos y los álcalis del cemento, formándose un gel que absorbe agua, se dilata y genera presiones internas que fisuran el concreto.
Los problemas de expansión debidos a la reacción álcali-agregadose pueden evitar o controlar utilizando:
. Cementos Portland de bajo contenido de álcalis:Álcalis equivalentes: (Na2O + 0,658 K2O) < 0,60 %
. Cementos Portland adicionados (Opción R).Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.
Concreto con presencia de gel de reacción álcali-sílice (RAS)
Fisuración característica por reacción álcali-sílice
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2. REQUISITOS FÍSICOS
a) Resistencia a la compresión:
Se determina llevando a la rotura especímenes cúbicos de 50 mm de lado, preparados con morteroconsistente de una parte de cemento y 2,75 partes de arena estándar, dosificados en masa (a/c=0,485).
Los cubos se curan un día en su molde y luego son retirados de su molde e inmersos en agua de cal hasta su ensayo (3, 7 y 28 días).
b) Tiempo de fraguado:
Fraguado: Condición alcanzada por una pasta, mortero o concreto de cemento cuando han perdido plasticidad a un grado arbitrario.
Se determina observando la penetración de una aguja en la pasta de cemento:
Ensayo del tiempo de fraguado en pastausando la aguja de Vicat
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c) Expansión en autoclave:
Un espécimen prismático (25 mm de sección transversal
cuadrada y 250 mm de longitud),curado 24 horas en cámara húmeda, se coloca en una autoclave, a una T y P especificadas. Luego se mide la expansión producida.
Determina la posibilidad de una expansión potencial causada por la hidratación tardía de la CaO libre, o del MgO, o de ambos, presentes en cantidades excesivas en el cemento Portland.
d) Resistencia a los sulfatos:
El concreto expuesto a concentraciones perjudiciales de sulfatos, debe elaborarse con cementos resistentes a sulfatos:
• Cementos de moderada resistencia a los sulfatos:- Cemento Portland Tipo II.- Cementos Portland adicionado Tipo MS.
• Cementos de alta resistencia a los sulfatos:- Cemento Portland Tipo V.- Cemento Portland adicionado Tipo HS.
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Deterioro del concreto por ataque de sulfatos
• Origen: del suelo; aguas superficiales, subterráneas; materias primas del concreto.
• Reacciones que producen expansión:
SO4-2 + Ca(OH)2 + 2H2O ���� CaSO4 . 2H2O + 2(OH)-
Yeso∆ Volumen > 100%
SO4-2 + C3A + H2O ���� C3A.3CaSO4 .32H2O
Etringita∆ Volumen > 200%
Agrietamiento debido al ataque por sulfatos
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e) Calor de hidratación:
Calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua (hidratación del cemento es proceso exotérmico).
En estructuras de gran volumen, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes:crean esfuerzos perjudiciales que fisuran el concreto.
. Los cementos con bajos contenidos de C3A y C3S generan bajo calor de hidratación.
. El incremento de: finura del cemento, contenido de cemento y T de curado aumentan calor de hidratación.
Cemento portland Tipo II, de moderado calor de hidratación:
Suma (C3S + C3A) ≤ 58 %.
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IV. NORMATIVIDAD
- 5 normas sobre especificaciones,- 1 norma de muestreo e inspección,- 1 norma sobre terminología,- 4 normas sobre adiciones,- 4 normas sobre aditivos,- 45 normas sobre métodos de ensayo.
Las Normas Técnicas Peruanas(NTP) guardan armonía con las Normas ASTM .
1. NORMAS SOBRE ESPECIFICACIONES
1.1 CEMENTOS PORTLAND: NTP 334.009:2005
1.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: NTP 334.090:2007
1.3 CEMENTOS PORTLAND. ESPECIFICACIÓN DE LA PERFORMANCE: NTP 334.082:2008
1.4 CEMENTO DE ALBAÑILERÍA:
NTP 334.069:1998
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CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS FÍSICOS
290*330*
--------
--------
290*----
--------
Calor de hidratación, 7 días, máx, kJ/kg 28 días, máx, kJ/kg
0,10* (6 meses)0,10 (6 meses)0,04* (14 días)--------Resistencia a los sulfatos, % máximo de expansión.
0,800,800,800,800,80Expansión en autoclave, %, máximo.
45420
45420
45375
45375
45375
Tiempo de fraguado, min. Inicial, mín. Final, máx.
130200250
100170280*
80150210
100170280*
120190280*
Resistencia a compresión 3 días, kg/cm2, mín. 7 días, kg/cm2, mín. 28 días, kg/cm2, mín.
IP, I(PM), ICoASTM C 595NTP 334.090
Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082
Tipo VASTM C 150NTP 334.009
Tipo IIASTM C 150NTP 334.009
Tipo IASTM C 150NTP 334.009
REQUISITOS FÍSICOSNORMA ASTMNORMA TÉCNICA PERUANA
*Requisito opcional.
CEMENTOS PORTLAND
REQUISITOS QUÍMICOS
------------0,6*0,6*0,6*Álcalis Equivalentes(Na2O + 0,658 K2O), máx, %
------------58----Aluminato tricalcico(C3A), máx, %
------------0,750,750,75Residuo insoluble, máx, %
8,05,0----3,03,03,0Pérdida por ignición, máx, %
4,04,0----2,33,03,5Trióxido de azufre (SO3), máx, %
6,06,0----6,06,06,0Óxido de magnesio (MgO), máx, %
Tipo ICo NTP 334.090
Tipo IP, I(PM)ASTM C 595NTP 334.090
Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082
Tipo VASTM C 150NTP 334.009
Tipo IIASTM C 150NTP 334.009
Tipo IASTM C 150NTP 334.009
REQUISITOS QUÍMICOSNORMA ASTMNORMA TÉCNICA PERUANA
*Requisito opcional.
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%
%
%
%
%
%
cm2/g
g/mL
MPa(kg/cm2)
MPa(kg/cm2)
MPa(kg/cm2)
min
minFraguado Final 268 Máximo 375
Tiempo de Fraguado Vicat :
Fraguado Inicial 119 Mínimo 45
Resistencia Compresión a 7días29.6(302)
Mínimo 19.0(Mínimo 194)
Resistencia Compresión a 28días (*)35.0(357)
Mínimo 28.0(Mínimo 286)
Resistencia Compresión a 3días24.5(250)
Mínimo 12.0(Mínimo 122)
Densidad 3.14 NO ESPECIFICA
Resistencia Compresión :
Expansión en Autoclave 0.21 Máximo 0.80
Superficie Específica 3800 Mínimo 2800
PROPIEDADES FISICAS CPSAARequisito
NTP 334.009 / ASTM C150
Contenido de Aire 4 Máximo 12
Pérdida por Ignición 2.6 Máximo 3.0
Residuo Insoluble 0.60 Máximo 0.75
MgO 2.5 Máximo 6.0
SO3 2.6 Máximo 3.0
Pacasmayo, 06 de marzo del 2009
COMPOSICIÓN QUÍMICA CPSAARequisito
NTP 334.009 / ASTM C150
Cemento Portland Tipo IConforme a la NTP 334.009 / ASTM C150
Liderando la fabricación de cementos especializados.
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CEMENTO TIPO I :
� De uso general en la construcción.
� Para obras que no requieren propiedades especiales.
CEMENTO TIPO V :
� Para obras que requieran alta resistencia a los sulfatos.
CEMENTO ANTI SALITRE MS :
� Moderada resistencia a los sulfatos.
� Para estructuras en contacto con ambientes y suelos húmedos-salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.
CEMENTO EXTRA FORTE :
� De uso general en la construcción.
� Para columnas, losas, cimentaciones y obras no expuestas a suelos
húmedos-salitrosos.
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CEMENTO ANTI SALITRE MS :
� Moderada resistencia a los sulfatos.
� Para estructuras en contacto con ambientes y suelos húmedos salitrosos y estructuras expuestas al agua de mar.
Resistente a los sulfatos
Reacciones de deterioro por ataque de sulfatos:
1. SO4-2 + Ca(OH)2 ���� CaSO4.2H2O + (OH)-
2. CaSO4 + C3A ���� Etringita
El efecto de las adiciones en el cemento implica:
- remoción del Ca(OH)2 por rx. con la adición.- reducción de la permeabilidad;- dilución del contenido de C3A.
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Resistente a la acción del agua de mar(presencia de sulfatosy cloruros)
• Cementos portland con adición de escoria (resistentes a sulfatos y cloruros) mejores que los cementos de muy bajo C3A (resistentes a sulfatos).
• Cementos portland con: 5% [ C3A [ 10%(Fuente: Comite Euro-Internacional del Concreto, 1992).
• Cementos con C3A hasta de 10% si a/c [ 0,4.(Fuente: ACI 318-02).
Exposición a sulfatos
Sulfatos solubles en agua (SO4) en el suelo, % en peso
Sulfato (SO4) disuelto en el agua,
ppmTipo de Cemento
Concreto con agregado de peso normal, relación agua/materiales
cementosos máxima
Concreto con agregado de peso normal y ligero,
resistencia a compresión mínima, f'c, kg/cm² (MPa)
Insignificante 0,00 ≤ SO4 < 0,10 0 ≤ SO4 < 150 Sin restricción en el tipo ---- 175 (17)
Moderada 0,10 ≤ SO4 < 0,20150 ≤ SO4 < 1500;
agua marinaII, IP(MS), IS(MS), MS 0,50 280 (28)
Severa 0,20 ≤ SO4 ≤ 2,00 1500 ≤ SO4 ≤ 10000 V, IP(HS), IS(HS), HS 0,45 315 (31)
Muy severa SO4 > 2,00 SO4 > 10000[V, IP(HS), IS(HS), HS]
+ puzolana o escoria 0,45 315 (31)
Fuente: ACI 318S-08.
REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A SOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOS
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Liderando la fabricación de cementos especializados.
FECHA DE ENVASADO
CEMENTO FRESCO
