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CCEEMMEENNTTOO YY SSUUSS APAPLILICCACACIIOONNEESS

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 + CALIZA (máx. 5%)

2.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:

Clinker + Yeso + ADICIÓN MINERAL

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.

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 Horno c) Fillers

4.1 TIPOS

CEMENTOS PORTLAND PUZOLÁNICOS

1. Cemento Portland Puzolánico Tipo IP:Producido mediante molienda conjunta de clinker y 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%).

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 calizas y/o inertes hasta un máximo de 30%.

4.2 CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS: APLICACIONES

CEMENTO TIPO APLICACIONES

PORTLAND I Uso general

PORTLAND PUZOLÁNICO IP, I(PM) Uso general

PORTLAND DE ESCORIA IS, I(SM) Uso general

PORTLAND COMPUESTO ICo Uso general

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.

II. COMPUESTOS QUÍMICOS

DEL CEMENTO

1 . C OM P O S IC IÓ N Q U ÍM I C A D E L C L I N K E R

SiO 2 : 1 6 - 2 6

% Al2 O 3 : 4 - 8

% F e2 O 3 : 2 - 5

% C aO : 5 8 - 6

7 % M gO : 1 -

5 %

N a 2 O + K 2 O : 0 - 1 %

SO 3 : 0 ,1 - 2 ,5 %

M n 2 O 3 : 0 - 3 ,0

% TiO 2 : 0 - 0 ,5

% P 2 O 5 : 0 - 1

,5 % P xC : 0 ,5 -

3 ,0 %

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

DESIGNACIÓN FÓRMULA ABREVIATURA

Silicato tricálcico

Silicato dicálcico

Aluminato tricálcico

Ferroaluminato

tetracálcico

3CaO.SiO2

2CaO.SiO2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

CaO MgO

C3S

C2S

C3A

C4AF

FASES MINERALES DEL CLINKER

3. COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO

a) S i l i ca t o t r i c á l c i co (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).

b) S i l i ca t o d i c á l c i co (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 (C3S)

c) A lu m in a t o t r i c á l c i c o (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) Ferr o a l u m in a t o t e t r ac á l c i co (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) S ul f a t o d e c a l c i o :

• 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

FASE VELOCIDAD DE HIDRATACIÓN

CALOR DE HIDRATACIÓN

DESARROLLO DE RESISTENCIA

C3S

C2S

C3A

C4AF

Rápida

Lenta Muy

rápida

Rápida

Alto (120 cal/g)

Bajo (62 cal/g) Muy

alto (207 cal/g)

Moderado (100

cal/g)

Rápido y prolongado

Lento y muy prolongado

Muy rápido y de corta duració n

Lento y poco significativo

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 d is m i n u y e l a re s i st e n c i a y a u m e nt a l o s ti e m po s d e fr a g u a d o .

d) Residuo insoluble:

Índice de la transformación de óxidos en compuestos.

Ensayo con el que se puede verificar, de ser el caso, siun 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- agregado se pueden evitar o controlar utilizando:

. Ce m e n t o s P o r tl a n d d e b a j o c o n t e ni d o d e á l c a l is :Álcalis equivalentes: (Na2O + 0,658 K2O) < 0,60 %

. Ce m e n t o s P o r tl a n d a d i c i o n a d o s (Opción R) .Opción R: Baja reactividad con agregados álcali-reactivos.

Concreto con presencia de gel de reacciónálcali-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 mortero consistente de una parte de cemento y 2,75 partesde 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:

F r ag u a d o : 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 pasta usando 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)-

YesoVolumen > 100%

SO4-2 + C3A + H2O C3A.3CaSO4 .32H2O

EtringitaVolumen > 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 C3Sgeneran 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

REQUISITOS FÍSICOSNORMA ASTMNORMA TÉCNICA PERUANA

Tipo IASTM C 150NTP 334.009

Tipo IIASTM C 150NTP 334.009

Tipo VASTM C 150NTP 334.009

Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082

IP, I(PM), ICoASTM C 595NTP 334.090

Resistencia a compresión3 días, kg/cm2, mín.7 días, kg/cm2, mín.28 días, kg/cm2, mín.

120190

280*

100170280*

80150210

100170

280*

130200250

Tiempo de fraguado, min. Inicial, mín.Final, máx.

45375

45375

45375

45420

45420

Expansión en autoclave,%, máximo. 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80

Resistencia a los sulfatos,% máximo de expansión. ---- ---- 0,04* (14 días) 0,10 (6 meses) 0,10* (6 meses)

Calor de hidratación,7 días, máx, kJ/kg28 días, máx, kJ/kg

--------

290*----

--------

--------

290*330*

*Requisito opcional.

CEMENTOS PORTLAND

REQUISITOS QUÍMICOS

REQUISITOS QUÍMICOSNORMA ASTM NORMATÉCNICA PERUANA

Tipo IASTM C 150NTP 334.009

Tipo II

ASTM C 150NTP 334.009

Tipo VASTM C 150NTP 334.009

Tipo MSASTM C 1157NTP 334.082

Tipo IP, I(PM)ASTM C

595NTP 334.090

Tipo ICoNTP 334.090

Óxido de magnesio (MgO), máx, %

6,0 6,0 6,0 ---- 6,0 6,0

Trióxido de azufre (SO3), máx, %

3,5 3,0 2,3 ---- 4,0 4,0

Pérdida por ignición, máx, %

3,0 3,0 3,0 ---- 5,0 8,0

Residuo insoluble, máx, %

0,75 0,75 0,75 ---- ---- ----

Aluminato tricalcico(C3A), máx, %

---- 8 5 ---- ---- ----

20

Álcalis Equivalentes(Na2O + 0,658 K2O), máx, %

*Requisito opcional.

0,6* 0,6* 0,6* ---- ---- ----

20

Cemento Portland Tipo IConforme a la NTP 334.009 / ASTM C150

Pacasmayo, 06 de marzo del 2009

COMPOSICIÓN QUÍMICA CPSAARequisito

NTP 334.009 / ASTM C150

MgO

SO3

Pérdida por Ignición

Residuo Insoluble

% 2.5 Máximo 6.0

% 2.6 Máximo 3.0

% 2.6 Máximo 3.0

% 0.60 Máximo 0.75

PROPIEDADES FISICAS CPSAARequisito

NTP 334.009 / ASTM C150

Contenido de Aire

Expansión en Autoclave

Superficie Específica

Densidad

%

%

cm2/g

g/mL

4 Máximo 12

0.21 Máximo 0.80

3800 Mínimo 2800

3.14 NO ESPECIFICA

Resistencia Compresión :

Resistencia Compresión a 3días

Resistencia Compresión a 7días

Resistencia Compresión a 28días (*)

MPa (kg/cm2)

MPa(kg/cm2)

MPa(kg/cm2)

24.5 (250)29.6 (302)35.0 (357)

Mínimo 12.0 (Mínimo 122) Mínimo 19.0(Mínimo 194)

Mínimo 28.0 (Mínimo 286)

Tiempo de Fraguado Vicat :

Fraguado Inicial

Fraguado Final

min

min

119 Mínimo 45

268 Máximo 375

Liderando la fabricaciónde cementos especializados.

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.

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.

Resistente a la acción del agua de mar(presencia de sulfatos y 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).

REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A SOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOS

Exposición a sulfatos

Sulfatos soluble s en agua (SO4) e n e l suelo, % e n peso

Sulfato (SO4) disuelto en el agua,

ppmTipo de Ce mento

Concreto con agregado de pe so normal, re

lación agua/mate riale sce me ntosos

Concre to con agre gado de pe

so normal y ligero,

re siste ncia a compre sión

mínima, f'c, kg/cm²

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.

Liderando la fabricaciónde cementos especializados.

FECHA DE ENVASADO

CEMENTO FRESCO