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CEMENTO

Las materias primas usadas en la manufactura del cemento Prtland (cal, slice, almina y xido dehierro), interaccionan en el horno, hasta alcanzar un estado de equilibrio qumico, para formar una seriede productos ms complejos.

Silicato triclcico = 3CaO.SiO2Silicato biclcico = 2CaO.SiO2Aluminato triclcio = 3CaO.Al2O3Ferroaluminato tetraclcio = 4CaO.Al2O3.Fe2O3

1. Introduccin

Los usos industriales de la cal han proporcionado importantes contratospara los qumicos e ingenierosdesde aos atrs cuando la cal y los cementos naturales fueron introducidos. En la actualidad solo senecesita mencionar las paredes y las vigas de concretoreforzado, tneles, diques y carreteras paraimaginar la dependencia de la civilizacin actual con estosproductos. La conveniencia,precio accesible,adaptabilidad, resistenciay durabilidad de ambos productos han sido fundamentales para estasaplicaciones.

No obstante, de los modernos caminos de concreto y edificios alrededor de nosotros, es difcil imaginarel tremendo crecimiento de la industria del cemento durante el siglo pasado. El hombre tuvo que irdescubriendo ciertasrocasnaturales, las cuales a travs de una calcinacin simple dan un productoque,al agregar agua, se endurece. El avance real no tomaba parte todava en los estudios fisicoqumicos y deingeniera qumicade poner las bases para las plantas modernas y eficientes que trabajaran bajocondiciones controladas en una variedad de materialescrudos.

OrigenEl cemento "Portland" tiene sus orgenes en la cal u xido de calcio, a partir del cual y luego de cientosde aos de estudios empricos y cientficos, se llega a lo que hoy se conoce como cemento. A travs de lahistoriade los pueblos egipcios, griegos y romanos, se utiliz la cal como ligante en sus construcciones.En la Amrica Prehispnica los Aztecas la emplearon tambin en la fabricacin de tabiques y techosarmados con caa y bamb. En 1824, unalbail Ingls llamado Joseph Aspdin, patent un producto quel llam cemento Portland, pues al endurecerse adquira un colorsemejante al de una piedra de la isla

Portland en Inglaterra. En 1838, este cemento se utiliz por primera vez en una construccindeimportancia en uno de los tneles construidos bajo el ro Tmesis en Londres. David Saylor, un tcniconorteamericano, fue el primero en fabricar cemento en Amrica, as naca en 1850 la industriacementera en Norteamrica. El uso del cemento Portland continu extendindose hasta convertirse enel material de construccin ms utilizado en elmundo.

2. Elaboracin

1) Materias primas

Las materias primas fundamentales son las rocas calcreas y las arcillas. Estas que se extraen deyacimientos a cielo abierto.

La otra materia prima que se utiliza es el yeso, que se incorpora en el proceso de la molienda, pararegular eltiempode fraguado.

2) Proceso de elaboracin

El proceso consiste en tomar las rocas calcreas y las arcillas en proporciones adecuadas y molerlasintensivamente, de manera que el compuesto de la caliza (CaO) se vincule ntima y homogneamentecon los compuestos de la arcilla (SiO2, A1203 y Fe2O3 ). El producto resultante denominado polvocrudo ingresa al horno y egresa como clinker. El proceso se completa con la molienda conjunta delclinker y yeso, obteniendo el cemento portland.

Trituracin primaria: Los bloques de rocas calcreas y las arcillas provenientes de las canteras,ingresan a la trituradora primaria quedando reducidas a tamaos inferiores a los 10 cm.Trituracin secundaria: Ingresa el material proveniente de la trituradora primaria y sale con tamaosmximos inferiores a 2,5 cm

Molienda: El material resultante de la trituradora secundaria ingresa a un molino, resultando unproducto impalpable, denominado polvo crudo.

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Homogeneizacin: Con el fin de alcanzar la unin ntima de los compuestos, se somete al polvo crudoa un mezclado intensivo, por medio de ciclones de aire.

Calcinacin: El polvo crudo ingresa al horno, elevndose la temperaturahasta alcanzar los 1450 C, endonde se produce una fusin incipiente del producto resultante, denominado clinker.Molienda: Finalmente, el clnker conjuntamente con el yeso se muele hasta obtener el CementoPortlandSe utilizan dos mtodos demanufactura: los procesos mojado y seco. En ambos procesos se prefiere elcircuito cerrado pulverizado en preparacin de los materiales crudos que el circuito abierto depulverizado porque en el primero las partculas pequeas o finos son colados y los gruesos del materialson regresados; mientras que en el segundo, el material crudo es molido continuamente lo que significaque en lo ms fino se consigue elvalor deseado.

El proceso mojado fue desplazado por un tiempo por el proceso en seco, pero actualmente empieza a seadaptado por nuevas plantas debido al control ms exacto y el mezclado de los materiales crudos con susproporciones. El material slidos despus de un secado abrumador, es reducido a un estadofino dedivisin en un tubo mojado o molino de pelota y pasa por un slurry o lechada a travs de un clasificadorde baln o colador. El slurry es bombeado a tanques correctivos donde unas aspas hacen una mezclanhomognea y permite los ajustes finales en la composicin. FIG. 1

FIG 1 Proceso Mojado con molinos en circuito cerrado.

Este slurry es filtrado en un filtro rotatorio continuo y alimentado al horno. El proceso en seco se aplicaespecialmente a los cementos de roca natural y para la mezcla de roca con cal y esquisto o pizarra. Eneste proceso los materiales son bruscamente molidos en molinos con mandbulas seguido de molinosrotatorios; despus son secados, reducidos de tamao y an ms molidos en un molino de tubo. Estematerial secado, es decir, en polvo, se alimenta directamente a los hornos rotatorios donde toman lugarlas reacciones qumicas. Elcalores provisto por aceitequemado, gas natural, carbn pulverizado usandoaire precalentado del enfriamiento del clinker.

Los hornos del proceso en seco pueden ser de 150 ft y en el proceso mojado los hornos son de 300 a 500ft, con esto vemos que no son hornos muy comunes. El dimetro interno usualmente es de 8 a 15 ft ytienen una rotacin de a 2 rpm dependiendo del tamao; estn un poco inclinados para que losmateriales alimentados en la parte superior viajen lentamente a la parte baja tomando de 2 a 3 hr.

Operaciones unitarias, procesos unitarios.

Esencialmente las operaciones unitarias preparan los materiales crudos en las proporciones necesarias yel estadofsico propio de la finura y contacto ntimo tal que las reacciones qumicas (procesos unitarios)pueden tomar parte en la temperatura de calcinacin en el horno para formar, por dobledescomposicin o neutralizacin, los siguientes componentes:

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Frmula Nombre Abreviatura.2CaO.SiO2 Silicato diclcico C2S3CaO.SiO2 Silicato triclcico C3S3CaO.Al2O2 Aluminato triclcico C3A4CaO.Al2O3.Fe2O3 Alumnioferrito tetraclcico C4AFMgO En estado libre.

K2O y Na2O formando pequeos montculos de varios componentes con CaO, Al2O3, SiO2 y SO3Tambin toman lugar otras reacciones, tal como deshidratacin y descarbonizacin o calcinacin de lapiedra de cal, ambos siendo endotrmicos con valoresde 380 y 665 BTU/lb respectivamente. Laformacin del clinker es exotrmica con un valor probable de 200 BTU/lb de clinker.Sin embargo, la consumacin del carbn indica 3000 o 4000BTU/lb de clinker. Este calor es despedidodel horno en las reacciones siguientes:

Temperatura Reaccin Intercambio de calor.

100 C Evaporacin de agua libre Endotrmica

500C y msEvolucin de agua combinada Endotrmica.

con la arcilla

900C y ms Evolucin del dixido de carbono Endotrmicadel carbonato de calcio.

900C 1200oC Reaccin principal entre la Exotrmica

cal y la arcilla.

1250C 1280oC Principio de formacin del Endotrmica

lquido.1280C y ms Formacin de ms lquidos Probablemente y componentes endotrmica.

Sedebenotar que ms de las reacciones en el horno proceden en las fases slidas y en el final ocurre lafusin incipiente. Todas estas reacciones con aprovechadas en la "quema de cemento".Para obtener una gran economa de calor, las operaciones unitarias se usan para remover parte del agua

del slurry. Algunos procesos usan filtros de slurry y espesadores Dorr. Algunos otros adjuntos comunespara los hornos rotatorios son los separadores ciclnicos de polvos y precipitadores Cottrel. Loscalentadores de calor de desecho algunas veces se utilizan para conservar el calor y son,particularmente, salvadores o guardadores en el proceso en seco, donde los gases de desecho del hornoson ms calientes que los que provienen del horno en el proceso mojado que puede ser de 800C.

Debido a que el revestimiento del horno tena que resistir abrasiones severas y ataque qumico a altastemperaturas en la zona del clinker y que elcambiodel revestimiento refractario es difcil; comnmentese usa ladrillo de superalmina y ladrillo de supermagnesio; sin embargo si solo se utiliza cementoPrtland, es satisfactorio.

3. Propiedades Qumicas

La propiedadde liga de las pastas de cemento Prtland se debe a la reaccin qumica entre el cemento y

el agua llamada hidratacin.El cemento Portland no es un compuesto qumico simple, sino que es una mezcla de muchoscompuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o ms de el peso del cemento Prtland y son: el silicatotriclcico, el silicato diclcico, el aluminato tricalcico y el aluminio ferrito tetraclcico. Adems de estoscomponentes principales, algunos otros desempean papeles importantes en el proceso de hidratacin.Los tipos de cemento Prtland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero enproporciones diferentes.

Cuando el clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Prtland) se examina almicroscopio, la mayora de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puededeterminar sus cantidades. Sin embargo, los granos mas pequeos evaden la deteccin visual. Eldimetro promedio de una partcula de cemento tpica es de aproximadamente 10 micras, o unacentsima de milmetro. Si todas las partculas de cemento fueran las promedio, el cemento Prtland

contendra aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15

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billones de partculas debido al alto rango de tamaos de partcula. Las partculas en un kilogramo decemento Prtland tiene una rea superficial aproximada de 400 metros cuadrados.

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Prtland,reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidrxido de calcio y el hidrato de silicatode calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Laspropiedades ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensionalprincipalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto.

La composicin qumica del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal(CaO) y slice (Si02), en una proporcin sobre el orden de 3 a 2. el rea superficial del hidrato de silicatode calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las partculas son tan diminutas que solamenteser vistas en microscopio electrnico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partculas formanuniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar;tambin se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto.La formacin de esta estructura es la accincementante de la pasta y es responsable del fraguado, delendurecimiento y deldesarrollode resistencia.

Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecidocontiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en laparte slida de la pasta, en su mayora en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuandose mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria parafabricar un concretoplsticoy trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que laque se requiere para la completa hidratacin del cemento. La relacin mnima Agua Cemento (enpeso) para la hidratacin total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.

El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento se hidrato puede ser tilpara planear la construccin. En invierno, el calor de hidratacin ayudara a proteger el concreto contrael dao provocado por temperaturas de congelacin. Sin embargo, el calor puede ser enestructurasmasivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luegode endurecer. El cemento Prtland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratacin en tresdas. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de

su calor en mucho menos de tres das. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menoscalor total que los otros y deben pasar mas de tres das para que se libere nicamente la mitad de esecalor. El uso de cemento tipo 4, cemento Prtland de bajo calor de hidratacin, se debe de tomar enconsideracin donde sea de importancia fundamental contarcon un bajo calor de hidratacin.

Es importante conocer la velocidad de reaccin entre el cemento y el agua porque la velocidad determinada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reaccin inicial debe ser suficientemente lentapara que conceda tiempo al transporte y colocacin del concreto. Sin embargo, una vez que el concretoha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rpido. El yeso, que es adicionado enel molino de cemento durante la molienda del clinker, acta como regulador de la velocidad inicial dehidratacin del cemento Prtland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratacin incluyen lafinura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en elmomento del mezclado.

Campos De AplicacinSe emplea en todo tipo de obra que no requiera de un cemento especial, a saber :

Estructuras de Hormign Armado, pretensado y postesado

Premoldeados

Pavimentos, pistas de aeropuertos y puentes

Canales y alcantarillas

Trabajos de albailera (carpetas, morteros)

Por su elevada resistencia y rpida evolucin, se recomiendan especialmente para:

Hormigones de alta resistencia

Habilitacin al trnsito (fast-track). Pavimentos de hormign donde se requiere una rpida

Estructuras elaboradas con encofrados deslizantes.

Hormigonados en perodos de baja temperatura

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Los hormigones elaborados con Cemento Prtland Normal poseen los mximos valores de resistencia,permitiendo:

Incrementar laseguridad, si se mantiene la dosificacin

Posibilitar, adems, una durabilidad mayor

Economizar el costo, si se reduce el contenido de cemento

Los hormigones elaborados con Cemento Prtland Normal desarrollan una rpida evolucin deresistencia posibilitando :

Acortar los tiempos de obra

Habilitar ms rpidamente la obra

Reducir costos

El Cemento Prtland Normal es moderadamente resistente a los sulfatos.

4.Normasde calidaddel cemento prtland

Anlisis qumico (ASTM C 114-16 T): Este anlisis consiste en ungrupode procedimientosde prueba porel que se determina cuantitativamente los xidos, lcalis y residuos del cemento. La qumica de loscementos es una cuestin complicada, por lo que es indispensable tener personal especializado paraejecutar estos anlisis.

Finura, superficie especfica en centmetros cuadrados por gramo. (Especificacin ASTM C 115-58 o C204-55) : Los dos aparatos ms comunes para medir la finura del cemento Prtland son el turbidmetrode Wagner y el aparato de Polaine para determinar la permeabilidad del aire. El turbidmetro se basa enla teora de la sedimentacin para obtenr la distribucin de las partculas en tamaos con la que secalcula la superficie especfica. Se dispersa una muestra de cemento en keroseno en una probeta devidrio y se mide la velocidad de sedimentacin por los cambios en la intensidad de la luzque pasa atravs de la suspensin. En el mtodo de permeabilidad al aire se determina la superficie especficahaciendo pasar una cantidad definida de aire por una muestra preparada. La cantidad de aire que pasaes una funcindel tamao y distribucin de las partculas.Constancia de volumen (ASTM C 266-58 T o C 191-58): Las agujas de Gillmore y las de Vicat se utilizanpara determinar la rapidez con la que se endurece el cemento Prtland. Se prepara una muestra de pastaen condiciones especificadas y se cura a humedad y temperatura constantes. Se apoya la aguja deGillmore o la de Vicat sobre la pasta un tiempo determinado, y la penetracin indica la dureza o

fraguado. La composicin qumica, la finura, el contenido de agua y la temperatura son factoresimportantes que influyen en la duracin del fraguado, y como el fraguado es un punto muy importante,es importante que se controle cuidadosamente.

Resistencia a la compresin en lb/pulg (ASTM C 109-58): La muestra del cemento se mezcla con unaarena silicosa y agua en las proporciones preescritas y se moldean en cubos de 2x2x2 pulgadas. Estoscubos se curan y luego se prueban a la compresin para obtener una indicacin de las caractersticas quesirven para desarrollar la resistencia del cemento.

5. ConclusionesEn este trabajado podemos observar el proceso de manufactura del cemento Prtland, as como losprincipales componentes y las propiedades qumicas y fsicas de este cemento. Por lo que cabe en loscampos de aplicacin determinamos que el cemento Prtland es el de ms uso en comn, adems de sucalidad podemos observar un costo accesible, por lo que lo hace el apropiado para construcciones en

general.Las normas de calidad que rigen que se sealan en este trabajo son las ms comunes, sin embargo, encada planta procesadora de cemento Prtland se basan en pruebas especficas de calidad, por lo queresulta un poco difcil detallar todas las normas de cada una de las plantas.Podemos concluir que la hidrlisis y la hidratacin son los factores importantes en el endurecimientodel cemento, ya que los productos que resultan de la hidratacin tienen muy baja solubilidad en el agua.Si esto no fuera cierto, el concreto sera atacado rpidamente al contacto con el agua.

6. BibliografaThe Chemical Process Industries.R. Noris ShreveEdt. McGraw-HillsLa qumica de los cementos

H. W. TaylorEdit. URMO

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http://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIThttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/fuper/fuper.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/fuper/fuper.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAShttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAShttp://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIThttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/fuper/fuper.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAS

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ORGANIGRAMA Introduccin general al concreto

Ingredientes del concretoCEMENTO

Cementantes en general

Cementos con clinker portland

Cementos portland

Simples

Mezclados

Expansivos

Otros cementos con clinker portland

Cemento blanco

Cemento para pozo petrolero

Cemento de mampostera

Seleccin del cemento apropiado

Caractersticas esenciales del cemento

Composicin qumica

Finura de molienda Cementos recomendables por sus efectos en el concreto

Efectos en el concreto fresco

Cohesin

Manejabilidad

Prdida de revenimiento

Asentamiento y sangrado

Efectos en el concreto endurecido

Adquisicin de resistencia mecnica

Generacin de calor

Resistencia al ataque de los sulfatos

Estabilidad volumtrica Estabilidad qumica

Agua Usos del agua

Requisitos de calidad

Caractersticas fisico-qumicas

Efectos en el concreto

Verificacion de calidadPasta de cemento

Procedimiento prueba de vicatAgregados

Agregados del concreto hidraulico

Agregados para concretos de diverso peso unitario

De los agregados de peso normal

Por el origen de las rocas

Agregados naturales

Por el tamao de las partculas

Agregado fino

Agregado grueso

Materiales contaminantes

Limo y arcilla

Materia orgnica

Partculas inconvenientes

Sales inorgnicas

Calidad fsica intrnseca

Peso especifico

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Porosidad y absorcin

Sanidad

Resistencia mecnica

Resistencia a la abrasin

Mdulo de elasticidad

Propiedades trmicas Tamao mximo de las partculas

Mortero Aditivos

Definicin

Usos de los aditivos

Concreto

Propiedades mecnicas del concreto

Propiedades y usos.

Peso unitario del concreto fresco

Temperatura del concreto fresco

Contenido de aire incluido en el concreto fresco

INTRODUCCIN GENERAL AL CONCRETO

El concreto es un material durable y resistente pero, dado que se trabaja en su forma lquida,prcticamente puede adquirir cualquier forma. .Esta combinacin de caractersticas es la razn principalpor la que es un material de construccin tan popular para exteriores.

Ya sea que adquiera la forma de un camino de entrada amplio hacia una casa moderna, un pasovehicular semicircular frente a una residencia, o una modesta entrada delantera, el concretoproporciona solidez y permanencia a los lugares donde vivimos.

En la forma de caminos y entradas, el concreto nos conduce a nuestro hogar, proporcionando unsendero confortable hacia la puerta.

Adems de servir a nuestras necesidades diarias en escalones exteriores, entradas y caminos, el concretotambin es parte de nuestro tiempo libre, al proporcionar la superficie adecuada para un patio.

El concreto de uso comn, o convencional, se produce mediante la mezcla de tres componentesesenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto componenteque genricamente se designa como aditivo.

Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como una revoltura de concreto, se introducede manera simultnea un quinto participante representado por el aire.

La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plstica que puedeser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta caracterstica hastaque al cabo de algunas horas se torna rgida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento ypropiedades de un cuerpo slido, para convertirse finalmente en el material mecnicamente resistenteque es el concreto endurecido.

La representacin comn del concreto convencional en estado fresco, lo identifica como un conjunto defragmentos de roca, globalmente definidos como agregados, dispersos en una matriz viscosa constituidapor una pasta de cemento de consistencia plstica. Esto significa que en una mezcla as hay muy poco oningn contacto entre las partculas de los agregados, caracterstica que tiende a permanecer en elconcreto ya endurecido .

Consecuentemente con ello, el comportamiento mecnico de este material y su durabilidad en serviciodependen de tres aspectos bsicos:

1.2. Las caractersticas, composicin y propiedades de la pasta de cemento, o matriz cementante,

endurecida.3. La calidad propia de los agregados, en el sentido ms amplio.4. La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en conjunto.

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En el primer aspecto debe contemplarse la seleccin de un cementante apropiado, el empleo de unarelacin agua/cemento conveniente y el uso eventual de un aditivo necesario, con todo lo cual deberesultar potencialmente asegurada la calidad de la matriz cementante.

En cuanto a la calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe desempear laestructura, a fin de que no representen el punto dbil en el comportamiento del concreto y en sucapacidad para resistir adecuadamente y por largo tiempo los efectos consecuentes de las condiciones deexposicin y servicio a que est sometido.

Finalmente, la compatibilidad y el buen trabajo de conjunto de la matriz cementante con los agregados,depende de diversos factores tales como las caractersticas fsicas y qumicas del cementante, lacomposicin mineralgica y petrogrfica de las rocas que constituyen los agregados, y la forma, tamaomximo y textura superficial de stos.

De la esmerada atencin a estos tres aspectos bsicos, depende sustancialmente la capacidad potencialdel concreto, como material de construccin, para responder adecuadamente a las acciones resultantesde las condiciones en que debe prestar servicio. Pero esto, que slo representa la previsin de emplear elmaterial potencialmente adecuado, no basta para obtener estructuras resistentes y durables, puesrequiere conjugarse con el cumplimiento de previsiones igualmente eficaces en cuanto al diseo,especificacin, construccin y mantenimiento de las propias estructuras.

Ingredientes del concretoEl concreto fresco es una mezcla semilquida de cemento portland, arena (agregado fino), grava o piedratriturada (agregado grueso) yagua. Mediante un proceso llamado hidratacin, las partculas del cementoreaccionan qumicamente con el agua y el concreto se endurece y se convierte en un material durable.Cuando se mezcla, se hace el vaciado y se cura de manera apropiada, el concreto forma estructurasslidas capaces de soportar las temperaturas extremas del invierno y del verano sin requerir de muchomantenimiento. El material que se utilice en la preparacin del concreto afecta la facilidad con quepueda vaciarse y con la que se le pueda dar el acabado; tambin influye en el tiempo que tarde enendurecer, la resistencia que pueda adquirir, y lo bien que cumpla las funciones para las que fuepreparado.

Adems de los ingredientes de la mezcla de concreto en s misma, ser necesario un marco o cimbra y unrefuerzo de acero para construir estructuras slidas. La cimbra generalmente se construye de madera y

puede hacerse con ella desde un sencillo cuadrado hasta formas ms complejas, dependiendo de lanaturaleza del proyecto. El acero reforzado puede ser de alta o baja resistencia, caractersticas quedependern de las dimensiones y la resistencia que se requieran. El concreto se vaca en la cimbra con laforma deseada y despus la superficie se alisa y se le da el acabado con diversas texturas.

CEMENTANTES EN GENERAL

Los cementantes que se utilizan para la fabricacin del concreto son hidrulicos, es decir, fraguan yendurecen al reaccionar qumicamente con el agua, an estando inmersos en ella, caracterstica que losdistingue de los cementantes areos que solamente fraguan y endurecen en contacto con el aire.

Los principales cementantes hidrulicos son las cales y cementos hidrulicos, algunas escorias y ciertosmateriales con propiedades puzolnicas. De acuerdo con el grado de poder cementante y losrequerimientos especficos de las aplicaciones, estos cementantes pueden utilizarse en forma individual

o combinados entre si.Al referirse especficamente al concreto convencional, como se emplea en la construccin, resultanexcluidas las cales hidrulicas, por lo cual solo procede considerar los cementos, las escorias, losmateriales puzolnicos y sus respectivas combinaciones.

Por otra parte, bajo la denominacin genrica de cementos hidrulicos existen diversas clases decemento con diferente composicin y propiedades, en cuya elaboracin intervienen normalmente lasmaterias primas.

El cemento no es lo mismo que el concreto, es uno de los ingredientes que se usan en l. Sus primerosusos datan de los inicios de 1800 y, desde entonces, el cemento portland se ha convertido en el cementoms usado en el mundo. Su inventor le dio ese nombre porque el concreto ya curado es del mismo colorque una piedra caliza que se obtiene cerca de Portland, Inglaterra. Este tipo de cemento es una mezcla

de caliza quemada, hierro, slice y almina, y las fuentes ms comunes donde se pueden obtener estosmateriales son el barro, la piedra caliza, esquisto y mineral de hierro. Esta mezcla se mete a un horno desecar y se pulveriza hasta convertirlo en un fino polvo, se empaca y se pone a la venta.

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Existen cinco tipos de cemento portland, cada uno con caractersticas fsicas y qumicas diferentes.

CEMENTOS CON CLINKER PORTLAND

Todos los cementos para concreto hidrulico que se producen en Mxico son elaborados a base declinker portland, por cuyo motivo se justifica centrar el inters en ste y en los cementos a que da lugar.

Cementos portland simples, mezclados y expansivosPara la elaboracin del clinker portland se emplean materias primas capaces de aportar principalmentecal y slice, y accesoriamente xido de fierro y almina, para lo cual se seleccionan materiales calizos yarcillosos de composicin adecuada. Estos materiales se trituran, dosifican, muelen y mezclanntimamente hasta su completa homogeneizacin, ya sea en seco o en hmedo.La materia prima as procesada, ya sea en forma de polvo o de lodo, se introduce en hornos rotatoriosdonde se calcina a temperaturas del orden de 1400 C, hasta que alcanza un estado de fusin incipiente.En este estado se producen las reacciones qumicas requeridas y el material se subdivide y aglutina enfragmentos no mayores a 6 cm, cuya forma se regulariza por efecto de la rotacin del horno. A estematerial fragmentado, resultante de la calcinacin, se le denomina clinker portland.

Una vez fro, el clinker se muele conjuntamente con una reducida proporcin de yeso, que tiene lafuncin de regular el tiempo de fraguado, y con ello se obtiene el polvo fino de color gris que se conocecomo cemento portland simple. Adems durante, la molienda, el clinker puede combinarse con una

escoria o un material puzolnico para producir un cemento mezclado portland-escoria o portland-puzolana, o bien puede molerse con determinados materiales de carcter sulfo-calcio-aluminoso paraobtener los llamados cementos expansivos.

Tambin es factible incorporar aditivos durante la molienda del clinker, siendo de uso frecuente losauxiliares de molienda y los inclusores de aire. Estos ltimos dan por resultado los cementos inclusoresde aire para concreto, cuyo empleo es bastante comn en EUA.

De conformidad con lo anterior, a partir del clinker portland es posible fabricar tres principales grupos oclases de cementos hidrulicos para la elaboracin de concreto:1) Los cementos portland propiamente dichos, o portland simples, moliendo solamente el clinker y elyeso sin componentes cementantes adicionales.2) Los cementos portland mezclados, combinando el clinker y el yeso con otro cementante, ya sea esteuna escoria o una puzolana.

3) Los cementos expansivos que se obtienen aadiendo al clinker otros componentes especiales decarcter sulfatado, clcico y aluminoso.El primer grupo constituye los cementos que se han utilizado tradicionalmente para la fabricacin delconcreto hidrulico en el pas. Los del segundo grupo son cementos destinados al mismo uso anterior, ycuya produccin se ha incrementado en los ltimos 20 aos, al grado que actualmente representan msde la mitad de la produccin nacional.Finalmente, los cementos del tercer grupo son ms recientes y an no se producen regularmente enMxico, si bien su utilizacin tiende a aumentar en EUA para las llamadas estructuras de concreto decontraccin compensada. As, mediante ajustes en la composicin qumica del clinker, o por medio de lacombinacin con otros cementantes, o por la adicin al clinker de ciertos materiales especiales, esfactible obtener cementos con caractersticas y propiedades adecuadas para cada uso especifico delconcreto hidrulico.

Otros cementos con clinker portlandAdems de los cementos acotados al pie de las Tablas 1.2 y 1.3, en el pas se producen otros cementos abase de clinker portland para usos diferentes a la fabricacin de concreto hidrulico convencional,siendo principalmente los que a continuacin se mencionan.

Cemento blanco

El clinker portland para este cemento se produce seleccionando materias primas con muy bajasproporciones, e incluso nulas, de hierro y manganeso. En Mxico se le fabrica normalmente conforme aNOM C-1(4) y de acuerdo con su composicin qumica puede ser clasificado como portland tipo lo tipoIII. Se le destina principalmente a trabajos arquitectnicos y decorativos, en donde no se requierengrandes consumos de cemento, ya que su precio es relativamente alto.

Cemento para pozo petrolero

Para las lechadas, morteros y concretos que se emplean en los trabajos de perforacin y mantenimientode pozos petroleros y geotrmicos, deben utilizarse cementantes cuyos tiempos de fraguado sean

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adecuados a las condiciones de colocacin ya las elevadas temperaturas y presiones que en el sitioexistan. Con esta finalidad, en las Especificaciones API 10A(7) se reglamentan seis diferentes clases decemento, aplicables de acuerdo con la profundidad de colocacin en el pozo. En el pas se produce enforma limitada un cemento para esta aplicacin, conforme a la

NOM C 315. A falta de este cemento, en condiciones poco severas puede suplirse con un cementoportland tipo II de produccin normal, junto con aditivos reguladores del fraguado aadidos en obra.Por el contrario, en condiciones muy rigurosas de presin y temperatura, puede ser necesario emplearcementos distintos al portland como los que eventualmente se elaboran en EUA(16) mediante unamezcla de silicato diclcico y slice finamente molida.

Cemento de mampostera

El cemento de mampostera se emplea en la elaboracin de morteros para aplanados, junto de bloques yotros trabajos similares, por cuyo motivo tambin se le denomina cemento de albailera. Doscaractersticas importantes de este cemento son su plasticidad y su capacidad para retener el agua demezclado. Tomando en cuenta que sus requisitos de resistencia son comparativamente menores que losdel portland, esas caractersticas suelen fomentarse con el uso de materiales inertes tales como caliza yarcilla, que pueden molerse conjuntamente con el clinker o molerse por separado y mezclarse con elcemento portland ya elaborado. La Especificacin ASTM C 91(8) considera tres tipos de cemento demampostera (N, S y M) con tres diferentes niveles de resistencia. En Mxico se produce normalmenteun solo tipo de este cemento conforme a la NOM C-21(9) cuyos requisitos son equiparables a los delcemento de nivel inferior de resistencia (tipo N) reglamentado por la ASTM.

SELECCION DEL CEMENTO APROPIADO

Disponibilidad en el mercado nacional

En el proceso para definir y especificar el concreto potencialmente idneo para cada aplicacin enparticular, es de trascendental importancia la definicin del cemento apropiado, ya que de stedependern significativamente las caractersticas y propiedades de la matriz cementante y porconsiguiente del concreto.

Para poder proceder de manera realista en este aspecto, es necesario primero hacer un recuento de lasclases y tipos de cementos para concreto hidrulico que efectivamente se producen, o pueden

producirse, en las fbricas de cemento del pas, incluyendo sus respectivas caractersticas, usosindicados y normas aplicables.

Adems de los cementos ah mencionados, tambin est normalizado el cemento de escoria (NOM C-184) destinado principalmente a morteros de albailera, cuya produccin est discontinuada.

Caractersticas esenciales del cemento

La influencia que el cemento portland ejerce en el comportamiento y propiedades de la pastacementante y del concreto, derivan fundamentalmente de la composicin qumica del clinker y de sufinura de molienda. En el caso de los cementos portland-puzolana, habra que aadir a esos dos factoreslos referentes a las caractersticas fsicas y qumicas de la puzolana y el contenido de sta en el cemento.

Composicin qumica

Una vez que el agua y el cemento se mezclan para formar la pasta cementante, se inicia una serie dereacciones qumicas que en forma global se designan como hidratacin del cemento. Estas reacciones semanifiestan inicialmente por la rigidizacin gradual de la mezcla, que culmina con su fraguado, ycontinan para dar lugar al endurecimiento y adquisicin de resistencia mecnica en el producto.

Aun cuando la hidratacin del cemento es un fenmeno sumamente complejo, existen simplificacionesque permiten interpretar sus efectos en el concreto. Con esto admitido, puede decirse que lacomposicin qumica de un clinker portland se define convenientemente mediante la identificacin decuatro compuestos principales, cuyas variaciones relativas determinan los diferentes tipos de cementoportland:

Compuesto Frmula del xido Notacin abreviadaSilicato triclcico 3CaO SiO2 C3SSilicato diclcico 2CaO SiO2 C2S

Aluminato triclcico 3CaO A1203 C3AAluminoferrito tetraclcico 4CaO A1203 Fe203 C4AF

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En trminos prcticos se concede que los silicatos de calcio (C3S y C2S) son los compuestos msdeseables, porque al hidratarse forman los silicatoB hidratados de calcio (S-H-C) que son responsablesde la resistencia mecnica y otras propiedades del concreto. Normalmente, el C3S aporta resistencia acorto y mediano plazo, y el C2S a mediano y largo plazo, es decir, se complementan bien para que laadquisicin de resistencia se realice en forma sostenida.

El aluminato triclcico (C3A) es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez, y por ellopropicia mayor velocidad en el fraguado y en el desarrollo de calor de hidratacin en el concreto.Asimismo, su presencia en el cemento hace al concreto ms susceptible de sufrir dao por efecto delataque de sulfatos. Por todo ello, se tiende a limitarlo en la medida que es compatible con el uso delcemento.

Finalmente, el aluminoferrito tetraclcico es un compuesto relativamente inactivo pues contribuye pocoa la resistencia del concreto, y su presencia ms bien es til como fundente durante la calcinacin delclinker y porque favorece la hidratacin de los otros compuestos.

Conforme a esas tendencias de carcter general, durante la elaboracin del clinker portland en sus cincotipos normalizados, se realizan ajustes para regular la presencia de dichos compuestos de la siguientemanera:

Tipo Caracterstica Ajuste principal

I Sin caractersticas especiales Sin ajustes especficos en este aspecto

II Moderados calor de hidratacin y resistencia a los sulfatos Moderado C3A

III Alta resistencia rpida Alto C3S

IV Bajo calor de hidratacin Alto C2S, moderado C3A

V Alta resistencia a los sulfatos Bajo C3A

Otro aspecto importante relativo a la composicin qumica del clinker (y del cemento portland) serefiere a los lcalis, xidos de sodio (Na2O) y de potasio (K2O), cuyo contenido suele limitarse paraevitar reacciones dainas del cemento con ciertos agregados en el concreto. Esto ha dado motivo para elestablecimiento de un requisito qumico opcional, aplicable a todos los tipos de cemento portland, que

consiste en ajustar el contenido de lcalis totales, expresados como Na2o, a un mximo de 0.60 porciento cuando se requiere emplear el cemento junto con agregados reactivos.

Finura de molienda

En la determinacin del proceso industrial adecuado para la molienda del cemento, intervienen factorestcnicos y econmicos que deben conciliarse. En el aspecto tcnico interesa principalmente definir elgrado de finura que debe darse al cemento para que cumpla especificaciones de acuerdo con su tipo,pero sin dejar de considerar tambin los efectos secundarios que la finura del cemento puede inducir enel comportamiento del concreto, tanto en estado fresco como ya endurecido.

El grado de finura del cemento tiene efectos ambivalentes en el concreto. Al aumentar la finura elcemento se hidrata y adquiere resistencia con ms rapidez, y tambin se manifiesta mayor disposicinen sus partculas para mantenerse en suspensin en la pasta recin mezclada, lo cual es ventajoso parala cohesin, manejabilidad y capacidad de retencin de agua en las mezclas de concreto. Como

contrapartida, una finura ms alta representa mayor velocidad en la generacin de calor y mayordemanda de agua de mezclado en el concreto, cuyas consecuencias son indeseables porque se traducenen mayores cambios volumtricos del concreto y posibles agrietamientos en las estructuras.

En el caso de los cementos portland, debe drseles una finura de molienda adecuada para cumplir conlos valores especificados en cuanto a superficie especifica y resistencia a compresin, salvo el tipo III enque no se reglamenta la superficie especifica porque se sobreentiende que requiere mayor finura que losotros tipos para cumplir con la funcin de obtener alta resistencia a edad temprana. En cuanto a lafinura de molienda de los cementos portland-puzolana, en la NOM C-2(5) se especifican requisitosrelativos al residuo en la criba F 0.045 (No 325, ASTA) ya la superficie especifica; sin embargo, la normaASTM C 595(2) no especifica requisitos en estos aspectos y solamente requiere que se realicen einformen resultados de ambas determinaciones con cierta frecuencia. Es decir, el criterio de la normaASTM propende a conceder a estos resultados ms bien valor informativo de uniformidad que de

aceptacin o rechazo, lo cual puede interpretarse como que no los considera ndices decisivos parajuzgar la calidad del cemento portland-puzolana.

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Cuando se fabrica cemento portland simple, prcticamente se muele un solo material (clinker) que esrelativamente homogneo y de dureza uniforme, de manera que al molerlo se produce unafragmentacin y pulverizacin gradual que se manifiesta en el cemento por curvas de granulometriacontinua, no bastante que la molienda se prolongue para incrementar la finura como sucede en lafabricacin del tipo III. En tales condiciones, Id superficie especifica es un buen ndice de la finura delcemento y de sus efectos correspondientes en el concreto. Una consecuencia prctica de ello es que si se

comparan dos cementos portland del mismo tipo y con igual superficie especifica, suele manifestarsepoca diferencia en sus requerimientos de agua al elaborar el mismo concreto, an siendo los que no sereglamenta la superficie especifica porque se sobreentiende que requiere mayor finura que los otrostipos para cumplir con la funcin de obtener alta resistencia a edad temprana. En cuanto a la finura demolienda de los cementos portland-puzolana, en la NOM C-2(5) se especifican requisitos relativos alresiduo en la criba F 0.045 (No 325, ASTM) ya la superficie especifica; sin embargo, la norma ASTM C595(2) no especifica requisitos en estos aspectos y solamente requiere que se realicen e informenresultados de ambas determinaciones con cierta frecuencia. Es decir, el criterio de la norma ASTMpropende a conceder a estos resultados ms bien valor informativo de uniformidad que de aceptacin orechazo, lo cual puede interpretarse como que no los considera ndices decisivos para juzgar la calidaddel cemento portland-puzolana.

Cuando se fabrica cemento portland simple, prcticamente se muele un solo material (clinker) que esrelativamente homogneo y de dureza uniforme, de manera que al molerlo se produce una

fragmentacin y pulverizacin gradual que se manifiesta en el cemento por curvas de granulometriacontinua, no obstante que la molienda se prolongue para incrementar la finura como sucede en lafabricacin del tipo III. En tales condiciones, la superficie especifica es un buen ndice de la finura delcemento y de sus efectos correspondientes en el concreto. Una consecuencia prctica de ello es que si secomparan dos cementos portland del mismo tipo y con igual superficie especifica, suele manifestarsepoca diferencia en sus requerimientos de agua al elaborar el mismo concreto.

No ocurre lo mismo cuando se fabrican cementos portland-puzolana, debido a que se muelenconjuntamente dos materiales de diferente naturaleza (clinker y puzolana) con distinto grado deuniformidad y dureza, a lo cual debe aadirse la diversidad de materiales puzolnicos y de proporcionesque se emplean para fabricar esta clase de cemento.

La principal fuente de puzolanas naturales en el pas son las rocas de origen volcnico, muchas de lascuales son tobas que presentan menor grado de dureza que el clinker portland. Debido a ello, cuando seles muele conjuntamente, su fragmentacin y pulverizacin evoluciona con distinta rapidez e intensidad,dando por consecuencia la mezcla de dos materiales con diferente finura que en la determinacin de lasuperficie especfica produce resultados dudosos. Por otra parte, ya que el clinker debe molerse hastallegar a un punto que le permita cumplir al cemento especificaciones de resistencia, resulta que en estepunto la fraccin puzolnicas puede alcanzar una finura muy elevada. La manifestacin ms evidente deello es que los cementos elaborados con puzolanas que se comportan as en la molienda, tienden arequerir altos consumos de agua de mezclado en el concreto, con marcadas diferencias en este aspectocuando se comparan cementos de distinta procedencia.

Cementos recomendables por sus efectos en el concreto

Las condiciones que deben tomarse en cuenta para especificar el concreto idneo y seleccionar elcemento adecuado para una obra, pueden determinarse por la indagacin oportuna de dos aspectosprincipales:

1) las caractersticas propias de la estructura y de los equipos y procedimientos previstos paraconstruirla.

2) las condiciones de exposicin y servicio del concreto, dadas por las caractersticas del medio ambientey del medio de contacto y por los efectos previsibles resultantes del uso destinado a la estructura.

Existen diversos aspectos del comportamiento del concreto en estado fresco o endurecido, que puedenser modificados mediante el empleo de un cemento apropiado, para adecuar los a los requerimientosespecficos dados por las condiciones de la obra. Las principales caractersticas y propiedades delconcreto que pueden ser influidas y modificadas por los diferentes tipos y clases de cemento, son lassiguientes:

Cohesin y manejabilidad

Concreto Prdida de revenimiento fresco


Tiempo de fraguado

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Concreto Generacin de calor endurecido

Resistencia al ataque de los sulfatos

Estabilidad dimensional (cambios volumtricos)

Estabilidad qumica (reacciones cemento-agregados)

En algunos aspectos la influencia del cemento es fundamental, en tanto que en otros resulta de pocaimportancia porque existen otros factores que tambin influyen y cuyos efectos son ms notables. Noobstante, es conveniente conocer y tomar en cuenta todos los efectos previsibles en el concreto, cuandose trata de seleccionar el cemento apropiado para una obra determinada.

Efectos en el concreto fresco

Cohesin y manejabilidad

La cohesin y manejabilidad de las mezclas de concreto son caractersticas que contribuyen a evitar lasegregacin y facilitar el manejo previo y durante su colocacin en las cimbras. Consecuentemente, sonaspectos del comportamiento del concreto fresco que adquieren relevancia en obras donde se requieremanipular extraordinariamente el concreto, o donde las condiciones de colocacin son difciles y hacennecesario el uso de bomba o el vaciado por gravedad.

Prcticamente, la finura es la nica caracterstica del cemento que puede aportar beneficio a la cohesiny la manejabilidad de las mezclas de concreto, por tanto, los cementos de mayor finura como el portlandtipo III o los portland-puzolana seran recomendables en este aspecto. Sin embargo, existen otrosfactores con efectos ms decisivos para evitar que las mezclas de concreto segreguen durante su manejoy

colocacin. Entre tales factores puede mencionarse la composicin granulomtrica y el tamao mximodel agregado, el consumo unitario de cementante, los aditivos inclusores de aire y el diseo de la mezclade concreto.

Prdida de revenimiento

Este es un trmino que se acostumbra usar para describir la disminucin de consistencia, o aumento derigidez, que una mezcla de concreto experimenta desde que sale de la mezcladora hasta que termina

colocada y compactada en la estructura. Lo ideal en este aspecto sera que la mezcla de concretoconservara su consistencia (o revenimiento) original durante todo este proceso, pero usualmente no esas y ocurre una prdida gradual cuya evolucin puede ser alterada por varios factores extrnsecos, entrelos que destacan la temperatura ambiente, la presencia de sol y viento, y la manera de transportar elconcreto desde la mezcladora hasta el lugar de colado, todos los cuales son aspectos que configuran lascondiciones de trabajo en obra.

Para unas condiciones de trabajo dadas, la evolucin de la prdida de revenimiento tambin puederesultar influida por factores intrnsecos de la mezcla de concreto, tales como la consistencia o fluidezinicial de sta, la humedad de los agregados, el uso de ciertos aditivos y las caractersticas y contenidounitario del cemento. La eventual contribucin de estos factores intrnsecos, en el sentido deincrementar

la prdida normal de revenimiento del concreto en el lapso inmediato posterior al mezclado, es como se

indica:

1) Las mezclas de consistencia ms fluida tienden a perder revenimiento con mayor rapidez, debido a laevaporacin del exceso de agua que contienen.

2) El empleo de agregados porosos en condicin seca tiende a reducir pronto la consistencia inicial, porefecto de su alta capacidad para absorber agua de la mezcla.

3) El uso de algunos aditivos reductores de agua y superfluidificantes acelera la prdida derevenimiento, como consecuencia de reacciones indeseables con algunos cementos.

4) El empleo de cementos portland-puzolana cuyo componente puzolnico es de naturaleza porosa y semuele muy finamente, puede acelerar notablemente la prdida de revenimiento del concreto recinmezclado al producirse un resecamiento prematuro provocado por la avidez de agua de la puzolana.

En relacin con esos dos ltimos factores, lo conveniente es verificar oportunamente que existacompatibilidad entre el aditivo y el cemento de uso previsto y, en el caso del cemento portland-puzolana,

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realizar pruebas comparativas de prdida de revenimiento con un cemento portland simple de usoalternativo.

Es importante no confundir la prdida normal de revenimiento que toda mezcla de concreto exhibe en laprimera media hora subsecuente al mezclado, con la rpida rigidizaci6n que se produce en pocosminutos como consecuencia del fenmeno de falso fraguado en el cemento. Para evitar esto ltimo, esrecomendable seleccionar un cemento que en pruebas de laboratorio demuestre la inexistencia de falsofraguado (NOM C 132), o bien especificar al fabricante el requisito opcional de que el cemento nopresente falso fraguado, tal como se halla previsto en las NOM C-l y NOM C-2.


En cuanto el concreto queda en reposo, despus de colocarlo y compactarlo dentro del espaciocimbrado, se inicia un proceso natural mediante el cual los componentes ms pesados (cemento yagregados) tienden a descender en tanto que el agua, componente menos denso, tiende a subir. A estosfenmenos simultneos se les llama respectivamente asentamiento y sangrado, y cuando se producen enexceso se les considera indeseables porque provocan cierta estratificacin en la masa de concreto, segnla cual se forma en la superficie superior una capa menos resistente y durable por su mayorconcentracin de agua. Esta circunstancia resulta particularmente inconveniente en el caso depavimentos de concreto y de algunas estructuras hidrulicas cuya capa superior debe ser apta pararesistir los efectos de la abrasin mecnica e hidrulica.

Los principales factores que influyen en el asentamiento y el sangrado del concreto son de ordenintrnseco, y se relacionan con exceso de fluidez en las mezclas, caractersticas deficientes de forma,textura superficial y granulometra en los agregados (particularmente falta de finos en la arena) yreducido consumo unitario y/o baja finura en el cementante. Consecuentemente, las medidas aplicablespara moderar el asentamiento y el sangrado consisten en inhibir la presencia de dichos factores, para locual es pertinente:

1) Emplear mezclas de concreto con la consistencia menos fluida que pueda colocarse satisfactoriamenteen la estructura, y que posea el menor contenido unitario de agua que sea posible, inclusive utilizandoaditivos reductores de agua si es necesario.

2) Utilizar agregados con buena forma y textura superficial y con adecuada composicin granulomtrica;en especial, con un contenido de finos en la arena que cumpla especificaciones en la materia.

3) Ensayar el uso de un aditivo inclusor de aire, particularmente cuando no sea factible cumplir con lamedida anterior.

4) Incrementar el consumo unitario de cemento y/o utilizar un cemento de mayor finura, como elportland tipo III o los portland-puzolana. En relacin con esta ltima medida, es un hecho bienconocido la manera como se reduce la velocidad de sangrado de la pasta al aumentar la superficieespecfica del cemento.

Sin embargo, existe el efecto opuesto ya mencionado en el sentido de que un aumento de finura en elcemento tiende a incrementar el requerimiento de agua de mezclado en el concreto. Por tal motivo, espreferible aplicar esta medida limitadamente seleccionando el cemento apropiado por otras razones msimperiosas y, si se presenta problema de sangrado en el concreto, tratar de corregirlo por los otrosmedios sealados, dejando el cambio de cemento por otro ms fino como ltima posibilidad.

Para fines constructivos se considera que el tiempo medido desde que se mezcla el concreto hasta queadquiere el fraguado inicial, es el lapso disponible para realizar todas las operaciones inherentes alcolado hasta dejar el concreto colocado y compactado dentro del espacio cimbrado. De esta manera, estelapso previo al fraguado inicial adquiere importancia prctica pues debe ser suficientemente ampliopara permitir la ejecucin de esas operaciones en las condiciones del trabajo en obra, pero no tan ampliocomo para que el concreto ya colocado permanezca demasiado tiempo sin fraguar, ya que esto acarrearadificultades de orden tcnico y econmico.

La duracin del tiempo de fraguado del concreto depende de diversos factores extrnsecos dados por lascondiciones de trabajo en obra, entre los que destaca por sus efectos la temperatura. En condicionesfijas de temperatura, el tiempo de fraguado puede experimentar variaciones de menor cuanta derivadasdel contenido unitario, la clase y la finura del cemento. As, por ejemplo, tienden a fraguar un poco msrpido:

a) las mezclas de concreto de alto consumo de cemento que las de bajo consumo.

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b) las mezclas de concreto de cemento portland simple que las de cemento portland-puzolana lasmezclas de concreto de cemento portland tipo III que las de portland tipo II.

Sin embargo, normalmente estas variaciones en el tiempo de fraguado son de poca significacin prcticay no justifican hacer un cambio de cemento por este solo

Concepto.

Influencia del cambio de cemento en el proceso de fraguado de la seguido por medio de su resistenciaelctrica. Otro aspecto relacionado con la influencia del cemento sobre el tiempo de fraguado delconcreto, se refiere al uso que frecuentemente se hace de aditivos con el fin de alargar ese tiempo ensituaciones que lo requieren, como es el caso de los colados de grandes volmenes de concreto,particularmente cuando se realizan en condiciones de alta temperatura ambiental. Hay antecedentes enel sentido de que algunos aditivos retardadores del fraguado pueden reaccionar adversamente conciertos compuestos del cemento, ocasionando una rigidez prematura en la mezcla que dificulta sumanejo. Para prevenir este inconveniente, es recomendable verificar mediante pruebas efectuadasanticipadamente, el comportamiento del concreto elaborado con el cemento y el aditivo propuestos.

Efectos en el concreto endurecido


Conforme se expuso previamente, la velocidad de hidratacin y adquisicin de resistencia de losdiversos tipos de cemento portland depende bsicamente de la composicin qumica del clinker y de lafinura de molienda. De esta manera, un cemento con alto contenido de silicato triclcico (C3S) y elevadafinura puede producir mayor resistencia a corto plazo, y tal es el caso del cemento tipo III de altaresistencia rpida. En el extremo opuesto, un cemento con alto contenido de silicato diclcico (C2S) yfinura moderada debe hacer ms lenta la adquisicin inicial de resistencia y consecuente generacin decalor en el concreto, siendo este el caso del cemento tipo IV. Dentro de estos limites de comportamiento,en cuanto a la forma de adquirir resistencia, se ubican los otros tipos de cemento portland.

En cuanto a los cementos portland-puzolana, su adquisicin inicial de resistencia suele ser un tantolenta debido a que las puzolanas no aportan prcticamente resistencia a edad temprana. Por otra parte,resulta difcil predecir la evolucin de resistencia de estos cementos porque hay varios factores queinfluyen y no siempre se conocen, como son el tipo de clinker con que se elaboran y la naturaleza,calidad y proporcin de su componente puzolnico.

De acuerdo con las tendencias mostradas puede considerarse que, para obtener el beneficio adecuado deresistencia de cada tipo y clase de cemento en funcin de sus caractersticas, lo conveniente esespecificar la resistencia de proyecto del concreto a edades que sean congruentes con dichascaractersticas. Consecuentemente, estas edades pueden ser como sigue:

Tipo de cemento que se Edad recomendable para especificar emplea en el concreto la resistencia deproyecto

Portland III 14 28 das

Portland I, II y V 28 90 das

Portland-puzolana 90 das, o ms

En ausencia de cemento tipo III, cuya disponibilidad en el mercado local es limitada, puede emplearsecemento tipo I junto con un aditivo acelerante, previa verificacin de su compatibilidad y efectos en elconcreto, tanto en lo que se refiere a su adquisicin de resistencia como a la durabilidad potencial de laestructura. Tambin es posible adelantar la obtencin de la resistencia deseada en el concreto,proporcionando la mezcla para una resistencia potencial ms alta, ya sea aumentando el consumounitario de cemento, o empleando un aditivo reductor de agua para disminuir la relacin agua/cemento.

Generacin de calor

En el curso de la reaccin del cemento con el agua, o hidratacin del cemento, se producedesprendimiento de calor porque se trata de una reaccin de carcter exotrmico. Si el calor que segenera en el seno de la masa de concreto no se disipa con la misma rapidez con que se produce, queda

un remanente que al acumularse incrementa la temperatura de la masa.

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El calentamiento del concreto lo expande, de manera que posteriormente al enfriarse sufre unacontraccin, normalmente restringida, que genera esfuerzos de tensin capaces de agrietarlo. Laposibilidad de que esto ocurra tiende a ser mayor a medida que aumenta la cantidad y velocidad degeneracin de calor y que disminuyen las facilidades para su pronta disipacin. Es decir, el riesgo deagrietamiento de origen trmico se incrementa cuando se emplea un cemento de alta y rpidahidratacin, como el tipo III, y las estructuras tienen gran espesor. Obviamente, la simultaneidad de

ambos factores representa las condiciones psimas en este aspecto.Consecuentemente con lo anterior, una de las medidas recomendables cuando se trata de construirestructuras voluminosas de concreto consiste en utilizar cementos que comparativamente generenmenos calor de hidratacin. En la Tabla 1.6 se reproducen datos del Informe ACI 225 R(16) relativos alcalor de hidratacin calculado para diversos tipos de cementos portland actuales.

En lo referente a los cementos portland-puzolana, su calor de hidratacin depende del tipo de clinkerque contiene y de la actividad y proporcin de su componente puzolnico. De manera general se diceque una puzolana aporta aproximadamente la mitad del calor que genera una cantidad equivalente decemento. Por consiguiente, cuando se comparan en este aspecto dos cementos, uno portland y otroportland-puzolana elaborados con el mismo clinker, puede esperarse en el segundo una disminucin delcalor de hidratacin por una cantidad del orden de la mitad del que producira el clinker sustituido porla puzolana, si bien es recomendable verificarlo mediante prueba directa porque hay casos en que tal

disminucin es menor de lo previsto(16).

Para establecer un criterio de clasificacin de los cementos portland en cuanto a generacin de calor, espertinente definir ciertos limites. As, haciendo referencia al calor de hidratacin a 7 das de edad, en elportland tipo IV que por definicin es de bajo calor puede suponer se alrededor de 60 cal/g; en elextremo opuesto se ubica el portland tipo III con un calor del orden de 100 cal/g, ya medio intervalo sesita el

portland tipo II sin requisitos especiales con un calor cercano a 80 cal/g, y al cual se le considera demoderado calor de hidratacin.

En las condiciones actuales de la produccin local, solamente es factible disponer de los cementosportland tipo II y portland-puzolana, para las estructuras de concreto en que se requiere moderar elcalor producido por la hidratacin del cemento. Sobre esta base, y considerando dos grados de

moderacin.Resistencia al ataque de los sulfatos

El concreto de cemento portland es susceptible de sufrir daos en distinto grado al prestar servicio encontacto con diversas substancias qumicas de carcter cido o alcalino.

Acidos inorgnicos:Clorhdrico, fluorhdrico, ntrico, sulfrico RpidoFosfrico ModeradoCarbnico LentoAcidos orgnicos:Actico, frmico, lcteo RpidoTnico ModeradoOxlico, tartrico Despreciable

Soluciones alcalinas:*Hidrxido de sodio > 20\ ModeradoHidrxido de sodio 10-20\, hipoclorito de sodio LentoHidrxido de sodio < 10\, hidrxido de amonio DespreciableSoluciones salinas:Cloruro de aluminio RpidoNitrato de amonio, sulfato de amonio, sulfato desodio, sulfato de magnesio, sulfato de calcio ModeradoCloruro de amonio, cloruro de magnesio, cianurode sodio LentoCloruro de calcio, cloruro de sodio, nitrato dezinc, cromato de sodio DespreciableDiversas:

Bromo (gas), solucin de sulfito ModeradoCloro (gas), agua de mar, agua blanda - LentoAmonio (liquido) Despreciable

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*Las soluciones alcalinas pueden ocasionar reacciones del tipo lcaliagregado, en concretos conagregados reactivos con los lcalis.

En cuanto a la seleccin del cemento apropiado, se sabe que el aluminato triclcio (C3A) es el compuestodel cemento portland que puede reaccionar con los sulfatos externos para dar Bulfoaluminato de calciohidratado cuya formacin gradual se acompaa de expansiones que des integran paulatinamente elconcreto. En consecuencia, una manera de inhibir esa reaccin consiste en emplear cementos portlandcon moderado o bajo contenido de C3A, como los tipos II y V, seleccionados de acuerdo con el grado deconcentracin de los sulfatos en el medio de contacto. Otra posibilidad consiste en utilizar cementosportland-puzolana de calidad especficamente adecuada para este fin, ya que existe evidencia quealgunas puzolanas como las cenizas volante. clase F son capaces de mejorar la resistencia a los sulfatosdel concreto(21). Hay desde luego abundante informacin acerca del buen comportamiento que en esteaspecto manifiestan los cementos de escoria de alto horno y los aluminosos, pero que no se producen enel pas.

Estabilidad volumtrica

Una caracterstica indeseable del concreto hidrulico es su predisposicin a manifestar cambiosvolumtricos, particularmente contracciones, que suelen causar agrietamientos en las estructuras. Paracorregir este inconveniente, en casos que lo ameritan, se han desarrollado los cementos expansivos quese utilizan en los concretos de contraccin compensada(22), pero que todava no se producenlocalmente.

Estabilidad qumica

De tiempo atrs se reconoce que ningn arqueado es completamente inerte al permanecer en contactocon la pasta de cemento, debido a los diversos procesos y reacciones qumicas que en distinto gradosuelen producirse entre ambos(16). Algunas de estas reacciones son benficas porque , contribuyen a laadhesin del agregado con la pasta, mejorando las j propiedades mecnicas del concreto, pero otras sondetrimentales porque generan expansiones internas que causan dao y pueden terminar por destruir alconcreto.

Las principales reacciones qumicas que ocurren en el concreto tienen un participante comnrepresentado por los lcalis, xidos de sodio y de potasio, que normalmente proceden del cemento peroeventualmente pueden provenir tambin de algunos agregados(24). Por tal motivo, estas reacciones se

designan genricamente como cali-agregado, y a la fecha se le conocen tres modalidades que sedistinguen por la naturaleza de las rocas y minerales que comparten el fenmeno:

Reacciones deletreasAlcali-sliceAlcali-agregado Alcali-silicatoAlcali-carbonato

AGUA PARA CONCRETO

USOS DEL AGUA

En relacin con su empleo en el concreto, el agua tiene dos diferentes aplicaciones: como ingrediente enla elaboracin de las mezclas y como medio fe curado de las estructuras recin construidas. En el primer

caso es de lS0 interno como agua de mezclado, y en el segundo se emplea exteriormente cuando elconcreto se cura con agua. aunque en estas aplicaciones las caractersticas del agua tienen efectos dediferente importancia sobre el concreto, es usual que se recomiende emplear igual de una sola calidad enambos casos. As, normalmente, en las especificaciones para concreto se hace referencia en primertrmino a los requisitos que debe cumplir el agua para elaborar el concreto, porque sus efectos son msimportantes, y despus se indica que el agua que se utilice para curarlo debe ser del mismo origen, osimilar, para evitar que se subestime esta segunda aplicacin y se emplee agua de curado concaractersticas inadecuadas.

En determinados casos se requiere, con objeto de disminuir la temperatura del concreto al serelaborado, que una parte del agua de mezclado se administre en forma de hielo molido o en escamas. Entales casos, el agua que se utilice para fabricar el hielo debe satisfacer las mismas especificaciones decalidad del agua de mezclado.

Como componente del concreto convencional, el agua suele representar aproximadamente entre lO y 25por ciento del volumen del concreto recin mezclado, dependiendo del tamao mximo de agregado que

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se utilice y del revenimiento que se requiera(38). Esto le concede una influencia importante a la calidaddel agua de mezclado en el comportamiento y las propiedades del concreto, pues cualquier substanciadaina que contenga, an en proporciones reducidas, puede tener efectos adversos significativos en elconcreto.

Una prctica bastante comn consiste en utilizar el agua potable para fabricar concreto sin ningunaverificacin previa, suponiendo que toda agua que es potable tambin es apropiada para elaborarconcreto; sin embargo, hay ocasiones en que esta presuncin no se cumple, porque hay aguas potablesaderezadas con citratos o con pequeas cantidades de azcares, que no afectan su potabilidad peropueden hacerlas inadecuadas para la fabricacin de concreto(73). En todo caso, la consideracincontraria pudiera ser ms conveniente, es decir, que el agua para la elaboracin del concreto nonecesariamente requiere ser potable, aunque s debe satisfacer determinados requisitos mnimos decalidad.

REQUISITOS DE CALIDAD

Los requisitos de calidad del agua de mezclado para concreto no tienen ninguna relacin obligada con elaspecto bacteriolgico (como es el caso de las aguas potables), sino que bsicamente se refieren a suscaractersticas fisico-qumicas ya sus efectos sobre el comportamiento y las propiedades del concreto.

1.4.2.1 Caractersticas fisico-qumicas

Refirindose a las caractersticas fisico-qumicas del agua para concreto, no parece haber consensogeneral en cuanto a las limitaciones que deben imponerse a las substancias e impurezas cuya presenciaes relativamente frecuente, como puede ser el caso de algunas sales inorgnicas (cloruros, sulfatos),slidos en suspensin, materia orgnica, di xido de carbono disuelto, etc. Sin embargo, en lo que sparece haber acuerdo es que no debe tolerarse la presencia de substancias que son francamente dainas,como grasas, aceites, azcares y cidos, por ejemplo. La presencia de alguna de estas substancias, quepor lo dems no es comn, debe tomarse como un sntoma de contaminacin que requiere eliminarseantes de considerar la posibilidad de emplear el agua.Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio que sus caractersticas fisico-qumicas son adecuadas para hacer concreto, excepto por la posibilidad de que contenga algunasubstancia saborizante, lo cual puede detectarse fcilmente al probarla. As, por ejemplo, el USBR(15)considera que si el agua es clara, y no tiene sabor dulce, amargo o salobre, puede ser usada como aguade mezclado o de curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas.

Si el agua no procede de una fuente de suministro de agua potable, se puede juzgar su aptitud comoagua para concreto mediante los requisitos fisico-qumicos contenidos en la Norma Oficial MexicanaNOM C-122(46), recomendados especialmente para aguas que no son potables. Para el caso especificode la fabricacin de elementos de concreto preesforzado, hay algunos requisitos que son ms estrictos encuanto al limite tolerable de ciertas sales que pueden afectar al concreto y al acero de preesfuerzo, lo cualtambin se contempla en las NOM C-252(47) y NOM C-253(48).En la Tabla 1.24 se reproducen los limites especificados en dichas normas, para las sales e impurezasque con mayor frecuencia se hallan presentes en las aguas que no son potables, a fin de que no seexcedan en el agua que se utilice para la elaboracin de concreto.

1.4.2.2 Efectos en el concreto

En diversas especificaciones y prcticas recomendadas, al establecer la calidad necesaria en el agua demezclado, se pone ms nfasis en la valuacin de los efectos que produce en el concreto, que en la

cuantificacin de las substancias indeseables e impurezas que contiene. Esto aparentemente se justificaporque tales reglamentaciones estn dirigidas principalmente a construcciones urbanas, industriales osimilares, cuyo concreto se produce en localidades donde normalmente se dispone de suministro deagua para uso industrial o domstico.

No siempre ocurre as durante la construccin de las centrales elctricas, particularmente de lashidroelctricas, en donde es necesario acudir a fuentes de suministro de agua cuya calidad esdesconocida y con frecuencia muestra seales de contaminacin. En tal caso, es prudente determinar enprimer trmino las caractersticas fisico-qumicas del agua y, si estas son adecuadas, proceder a verif

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