En esta unidad vamos a estudiar los cuatro componentes bsicos del hormign: cemento, arena, grava y agua.

- Del CEMENTO veremos: su composicin, propiedades, fraguado y endurecimiento, as como su clasificacin.

- Del AGUA, su funcin y que aguas se pueden utilizar.- De los ARIDOS: su naturaleza, caractersticas, clasificacin y

recomendaciones de suministro y almacenamiento.-Y por ltimo de los ADITIVOS: qu son, para que sirven y su

clasificacin.Estudiemos cada uno de sus componentes.

LOS COMPONENTES DEL HORMIGN

unidad didctica 2

Al hablar de cemento nos vamos a centrar en el cemento Portland por cuanto es el ms utilizado actualmente. Es un polvo muy fino, de color grisceo, que se compone principalmente de silicatos de calcio y de aluminio, que provienen de la combinacin de calizas, arcillas y yeso, mediante procesos especiales.

El color parecido a las piedras de la regin de Portland, en Inglaterra, dio origen a su nombre.

Cemento vs hormign

El cemento mezclado con el agua es el pegamento que une los ridos para constituir el hormign.

El cemento es un polvo que podemos encontrar ensacado o en silos a granel y el hormign es una piedra que, puede adaptarse fcilmente a una gran variedad de moldes, adquiriendo formas arbitrarias, de dimensiones variables, gracias a su consistencia plstica en estado fresco.

Al hablar de cemento nos vamos a centrar en

el cemento Portland por cuanto es el ms utilizado

actualmente.

No debemos confundir cemento y hormign.

El cemento mezclado con agua es el pegamento

que une los ridos para construir hormign.

1- Definicin.

EL CEMENTO

el cemento

Definicin de ambos conceptos

Si se pasa revista a los diferentes materiales empleados a lo largo del tiempo como ligantes (pegamentos) en morteros y hormigones, llegaramos a la clasificacin general siguiente:

Los aglomerantes son sustancias cuyo proceso de endurecimiento es de ndole fsica (desecacin, enfriamiento...), y que por lo tanto no suponen el cambio de la naturaleza qumica del producto aglomerante.

Ejemplo son los muros de adobe formados dejando secar el barro.

En cambio, los conglomerantes son productos cuyo proceso de consolidacin, despus de amasados con agua, es de naturaleza fundamentalmente qumica, producindose las reacciones de fraguado y endurecido en el aire o en el agua.

Si el fraguado y endurecido es en el aire tenemos los conglomerantes areos cuyas reacciones exigen la presencia del aire, o como agente catalizador en el caso del yeso, o como aportador de componentes reactivos en caso de la cal.

Entre ellos, la cal fue durante muchos siglos el conglomerante por excelencia. Su proceso es bien conocido: de la caliza calentndola en hornos (calcinacin) se obtiene la cal viva, que en contacto con el agua se transforma en cal apagada, la cual, en presencia del anhdrido carbnico del aire, reacciona con l y fragua formando de nuevo la caliza (carbonatacin).

Pero este proceso de fraguado de la cal es muy lento y areo. Cmo acelerarlo y convertirlo en hidrulico? La solucin es sencilla y antigua: basta poner en contacto con la cal otros componentes capaces de fijarla, es decir, de reaccionar con ella en presencia del agua y as nacen los conglomerantes hidrulicos como productos cuyo fraguado se produce con agua y en el agua, gracias a que junto a la cal aparecen otros compuestos capaces de reaccionar con ella, de forma ms ntima y rpida de lo que lo haca con el anhdrido carbnico del aire.

2- Diferencias entre aglomerantes y conglomerantes.

aglomerantes

conglomerantes

barrobetn

cola

calyeso

cal+puzolanacal hidrulica

cemento naturalcemento artificial

areos

hidrulicos

el cemento

Definicin de cemento portland

El cemento portland es el producto que resulta de moler conjuntamente clnker de cemento portland y un material regulador de fraguado.

El clnker de cemento portland. Es el producto obtenido al calentar, hasta fusin parcial (1.400-1.500 C), mezclas preparadas artificialmente a partir de materias calizas y arcillosas convenientemente dosificadas.

Se presenta bajo la forma de granos ms o menos redondos de 0,5 a 3 cm de dimetro y conviene enfriarlo rpidamente para que no se produzcan transformaciones cristalinas perjudiciales.

Regulador del fraguado. Son producto que mezclados en proporcin de un 3 a un 5 % regulan la velocidad de las reacciones que se producen al hidratar el clnker.

Generalmente son piedra natural de yeso (sulfato clcico) en alguna de sus variedades, o en forma de mezcla de ellas.

Composicin

Durante la fabricacin del cemento tienen lugar las siguientes transformaciones:

Calcita = Carbonato de calcio = Caliza en forma de roca

La relacin ms habitualmente usada es de dos partes de calcita por una de arcilla. (1)

(1) )(Estas llamadas contienen informacin adicional. Usted podr encontrarlas al final del

manual en el apartado de Notas Complementarias.)

3- Especial consideracin al cemento Portland. Su composicin. Esquema de fabricacin.

El cemento portland es el resultado de moler

conjuntamente clnker de cemento portland y

un material regulador de fraguado.

el cemento

Fabricacin del cemento portland

Son dos los sistemas que se siguen para la fabricacin del cemento portland que se denominan sistema de va hmeda y sistema de va seca y que prcticamente slo difieren en la preparacin de la materia prima o crudo que penetra en el horno.

En el sistema de va hmeda las materias primas, margas, arcillas, etc., se disuelven con agua en unos tanques y la pasta homogeneizada resultante alimenta el horno.

En el sistema de va seca el horno se alimenta con la materia prima seca machacada o en forma de polvo.

La va hmeda ha sido muy empleada hasta hace unos aos, tiene algunas ventajas que no llegan a compensar el mayor consumo de combustible requerido para evaporar la gran cantidad de agua que lleva la pasta, que oscila entre el 35 y 50 por 100, y el mayor costo y dimensin de los hornos, de aqu que, actualmente, la mayor parte del cemento que se fabrica se realice por va seca.

La va seca permite un ahorro energtico de como mnimo el 15 por 100 sobre la va hmeda; por otra parte, la calidad del cemento es similar a la obtenida por va hmeda y el problema que podra achacrsele de mayor contaminacin ambiental (debida a la utilizacin de materias primas mas pulverulentas) hoy da est solucionado con filtros electrostticos de gran eficacia. (2)

esquema del horno para la fabricacin de clnker

Existen dos vas de fabricacin del cemento

Prtland: la seca y la hmeda.

el cemento

Las materias primas extradas en la cantera por voladura se trituran en machacadoras, generalmente, de mandbulas. La trituracin se hace en varias etapas hasta conseguir el tamao final de 20 a 25 mm.

La coccin del crudo se realiza en hornos rotatorios ligeramente inclinados que estn formados por un tubo cilndrico de acero revestido interiormente de material refractario cuya longitud alcanza hasta 150 m y cuyo dimetro puede sobrepasar los 4,5 m.

Estos hornos tienen producciones que pueden alcanzar las 3.000 toneladas / da. (3 )

Tanto el clnker y el yeso (sulfato de calcio deshidratado), que acta como regulador de fraguado, se muelen conjuntamente a un grado de finura elevado en el molino de cemento.

Es necesario decir que la molienda es una de las operaciones ms costosas y ms importantes en la fabricacin del cemento.

horno para la fabricacin de clnkermolino de cemento

El clnker y el yeso se muelen conjuntamente a

un grado de finura elevado en el molino de cemento.

el cemento

Finura de molido y peso especfico

La finura de molido Influye en la velocidad de las reacciones qumicas de hidratacin y por tanto en las resistencias mecnicas, a mayor finura mayor cantidad de cemento se hidrata y mayor resistencia se consigue, pero si es excesiva, la retraccin y calor de fraguado son muy altos (lo que no es conveniente) y el cemento es ms susceptible de meteorizarse (apelmazarse) y disminuye su resistencia a las aguas agresivas. Estamos, pues, ante un compromiso: el cemento debe estar finamente molido, pero no en exceso.

Peso especfico El peso especfico real vara muy poco de unos cementos a otros, oscilando entre 3 y 3,15 g/cm.

Ensayos de prdidas por calcinacin y residuo insoluble

Estos dos ensayos sirven para comprobar que no nos estafan es decir que no hay adulteraciones en el cemento y adems detectan problemas en el proceso de almacenado.

1 Ensayo de prdida al fuego PF

El valor del ensayo de prdida al fuego (tambin llamado prdida por calcinacin) se obtiene por diferencia de pesada en una muestra de cemento, antes y despus de ser sometida a una temperatura de 1.000C durante 15 minutos.

Como el clnker experiment en su fabricacin una temperatura superior dentro del horno, de l no puede provenir ninguna prdida al fuego. Por ello, este ensayo detecta las adiciones de polvo de caliza o similar hechas al cemento (adulteraciones). (4)

2 Ensayo de residuo insoluble RI (5)

Como el clnker es bsico, de l no puede provenir ningn residuo. Por ello, este ensayo detecta las adiciones de polvo silceo o similar hechas al cemento (adulteraciones), las cuales podran elevar la retraccin.

4- Propiedades y ensayos bsicos del cemento.

El cemento debe estar finamente molido pero no

en exceso.

Estos dos ensayos sirven para comprobar que no

hay adulteraciones en el cemento.

el cemento

Hidratacin de los cementos

Al mezclar el cemento con el agua empiezan unas reacciones qumicas llamadas de hidratacin que derivan en la formacin de unos nuevos constituyentes slidos y estables: son el esqueleto del nuevo producto llamado hormign.

Estas reacciones qumicas sern ms o menos exotrmicas, es decir desprendern calor, segn los tipos de cemento.

Hay que destacar que estos fenmenos se producen entre un lquido: el agua, y un slido: el grano de cemento. Fcilmente se comprende que la absorcin de agua es tanto ms rpida y ms completa cuando la superficie de los granos slidos, a consecuencia de la finura del cemento, es grande. Se puede admitir que el lugar de las diferentes reacciones se encuentra en la superficie de contacto entre el lquido y el slido. La hidratacin progresa muy lentamente hacia el interior de los granos de cemento (6).

Al mezclar el cemento con el agua se produce la hidratacin de los silicatos que producen cal libre, cuya elevada alcalinidad (pH =12) proporciona la proteccin qumica de la corrosin a las armaduras, fenmeno llamado pasivacin de las armaduras.

El fraguado

Las reacciones de hidratacin provocan compuestos que precipitan en forma de materiales slidos (como se ve en las fotografas superiores) que llevan consigo un aumento de la viscosidad de la pasta (porque cada vez tienen mas puntas que se entrecruzan, haciendo mas difcil el movimiento de las partculas entre si). Estas precipitaciones se regulan en su desarrollo para conseguir un perodo de manejabilidad, pasado el cual, se dice que el material ha fraguado.

5- Hidratacin/Fraguado/Endurecimiento/Resistencia.

Al mezclar el cemento con el agua empiezan

unas reacciones qumicas llamadas de hidratacin.

Las reacciones de hidratacin provocan un

aumento de la viscosidad de la pasta.

el cemento

El inicio de fraguado corresponde al momento en el que se constata un aumento relativamente brusco de la viscosidad de la pasta. El fin del fraguado se determina cuando la pasta es un bloque rgido.

El grado de fraguado se mide por las penetraciones de la Aguja de Vicat sobre una probeta de pasta de cemento. Cuanto ms dura esta la pasta, menos puede penetrar la aguja.

Las curvas de fraguado indican la evolucin de la dureza de la pasta en el tiempo. Una curva tpica de fraguado:

El RC-04 indica que los cementos de resistencia inicial alta suelen

tener un tiempo de fraguado entre 45 minutos y 12 horas, mientras que los de resistencia media y baja cumplen aproximadamente entre 1 y 12 horas.

Hay que tener cuidado con que no comience el fraguado antes de llegar a obra.

Hay agentes que van a modificar el tiempo de fraguado:

-la finura de molido que lo incrementa,

-la materia orgnica, la cantidad de agua y la humedad que lo disminuyen

El endurecimiento. Despus del fraguado, los fenmenos de hidratacin siguen. Hecha la estructura, el esqueleto, la pasta de cemento contina solidificando a travs del tiempo. Su progresin se va a medir mediante ensayos.

No debe confundirse el fraguado con el endurecimiento. Un cemento puede ser de fraguado lento y presentar endurecimiento rpido. Del mismo modo, un endurecimiento rpido no significa que las resistencias finales (a un ao y ms) sern superiores.

aguja de Vicatcristales de silicato de calcio sin hidratar y hidratado

Hay que tener cuidado con que no comience el

fraguado antes de llegar a obra.

No confundir fraguado y endurecimiento.

El fin del fraguado se determina cuando la pasta

es un bloque rgido.

el cemento

Resistencia de los cementos

El cemento se utiliza fundamentalmente para la fabricacin de morteros y hormigones. Tanto el cemento como los ridos son los que confieren al hormign su resistencia mecnica. Esto se produce porque al amasarlos con agua dan lugar a pastas que se endurecen y presentan una gran cohesin entre sus componentes.

La determinacin de las resistencias se puede hacer a las edades de 2, 7 , 28 y 90 das sobre tres probetas (7).

Las resistencias se dan en N/mm o Mpa (estas cifras son unidades de presin) y las clases resistentes empleadas son: 32,5 - 32,5 R - 42,5 - 42,5 R - 52,5 - 52,5 R. Las clases con la sigla R son los de endurecimiento rpido. La clase 22,5 es solo existe para cementos blancos y cementos para usos especiales.

Clases resistentes en N/mm

32,5 - 32,5 R - 42,5 - 42,5 R - 52,5 - 52,5 R

fig. 1 ensayo a flexotraccin fig. 2 ensayo a compresin

La mejor medida de la calidad y caractersticas

de un cemento es la resistencia del hormign

resultante.

el cemento

Clasificacin:

1. Cementos comunes(CEM I a CEM V)

2. Cementos comunes con caractersticas adicionales

3. Cementos de albailera

4. Cementos blancos

5. Cementos para uso especiales (ESP)

6. Cemento de aluminatos de calcio (CAC/R)

Cementos comunes (CEM I a CEM V)

Si los nicos componentes de cemento son el clnker y piedra de yeso natural, se denomina cemento prtland y se corresponde con el tipo de cemento CEM I.

Todos los tipos pueden contener hasta un 5% de otros componentes minoritarios.

Si se sustituye una parte (6 a 35%) del clnker por escoria siderrgica, humo de slice, puzolana, ceniza volante, esquistos clcicos o caliza, se obtienen los cementos porland con adiciones, tipo CEM II.

Cuando la sustitucin de clinker es superior al 35 % :

-Se denominan cemento con escorias de horno alto si la sustitucin es escoria de alto horno y se denominan CEM III.

-Se denominan cemento puzolnico si la sustitucin son puzolanas (ya sea humo de slice, puzolana natural, cenizas) y se denominan CEM IV.

-Se denominan cemento compuesto si la sustitucin es escoria de horno alto, puzolanas y cenizas volantes silceas) y se denominan CEM V.

Cementos comunes con caractersticas adicionales

Son cementos comunes que presentan adems alguna caracterstica adicional:

-Cementos resistentes a los sulfatos y/o al agua de mar.

-Cementos de bajo calor de hidratacin.

Cementos de albailera

Los cementos de albailera estn compuestos por clinker de cemento portland , constituyentes inorgnicos ( materias primas, cales...) y en algunos casos aditivos.

6- Tipos y clasificacin del cemento segn la RC-04.

Todos los tipos pueden contener hasta un 5%

de otros componentes minoritarios.

el cemento

Cementos blancos

Este tipo de cementos difiere del cemento prtland solamente en las materias primas empleadas y en los cuidados en su fabricacin. Las materias primas utilizadas deben poseer un contenido bajo en xidos de hierro y de manganeso por su efecto colorante.

Con el cemento blanco es fundamental emplear ridos muy limpios y evitar el uso de herramientas de hierro que mancharan el hormign (9).

Aparte de sus aplicaciones para hormign blanco, el cemento blanco constituye una excelente base para formar morteros, en revocos y otros revestimientos vistos.

Cementos para uso especiales (ESP)

Los cementos para usos especiales (ESP) pueden ser muy adecuados en obras de hormign en masa, en hormigonado de obras de gran volumen como presas, en hormign seco compactado con rodillo, cimentaciones de hormign en masa, bases de carreteras tratadas con cementos, estabilizacin de suelos, grava cementos, etc.

Cemento de aluminatos de calcio (CAC/R)

Se obtiene en horno elctrico, a partir de mezclas de caliza y bauxita. Es un cemento completamente diferente a todos los dems y mucho menos empleado. Los productos de su hidratacin contienen principalmente almina y cal combinada, no existiendo cal libre. La Instruccin lo denomina cemento de aluminato de calcio.

el cemento

Suministro

A la entrega del cemento, el suministrador acompaar un albarn con los datos exigidos por la vigente Instruccin para la Recepcin de Cementos, que establece las condiciones de suministro e identificacin que deben satisfacer los cementos para su recepcin.

El cemento no llegar a la obra u otras instalaciones de uso excesivamente caliente.

Se recomienda que, si su manipulacin se va a realizar por medios mecnicos (sistemas neumticos), su temperatura no exceda de 70C, y si se va a realizar a mano, no exceda de 40C.

Cuando el suministro se realice en sacos, stos se almacenarn en sitio ventilado y defendido, tanto de la intemperie como de la humedad del suelo y de las paredes. Si el suministro se realiza a granel, el almacenamiento se llevar a cabo en silos o recipientes que lo aslen de la humedad.

Almacenamiento

El almacenamiento del cemento no debe ser muy prolongado, ya que puede meteorizarse.

An en el caso de que las condiciones de conservacin sean buenas, el almacenamiento del cemento no debe ser muy prolongado, ya que puede meteorizarse. El almacenamiento mximo aconsejable es de tres meses, dos meses y un mes, respectivamente, para las clases resistentes 32,5, 42,5 y 52,5.

Si el perodo de almacenamiento es superior, se comprobar que las caractersticas del cemento continan siendo adecuadas (11). Si las caractersticas del cemento se deterioran, pueden compensarse aumentando la relacin agua/cemento, si bien manteniendo la dosificacin mxima del cemento.

Manipulacin

Debe intentar evitarse la manipulacin para temperaturas mayores de 70 C en la manipulacin mecnica y 40 C para la manipulacin manual.

Cuidado con el falso fraguado que se produce para temperaturas altas durante la molienda del cemento (T > 100 C) y que no debe confundirse con la aceleracin natural del fraguado a altas temperaturas (T > 70 C).

Compatibilidad de cementos

La compatibilidad concierne a la mezcla, en morteros y hormigones, del cemento portland con otros cementos.

7- Recomendaciones en relacin al suministro, almacenamiento, manipulacin y compatibilidades.

Cada saco debe incorporar el sello de homologacin y la identificacin completa.

El cemento no llegar a la obra u otras instalaciones

de uso excesivamente caliente.

el cemento

La mezcla no est justificada, salvo raras excepciones, y slo puede presentarse accidentalmente o por error, cuando varios cementos se encuentran almacenados en la misma obra.

Los cementos puzolnicos son compatibles con los portland en todas las proporciones y circunstancias.

El cemento aluminoso es prcticamente incompatible con todos los dems cementos.

No confundir cemento con hormign. El CEMENTOes un componente que acta de ligante de los dems componentes del hormign.

l cemento debe reunir ciertas caractersticas para ser apto en la fabricacin del hormign: finura del molido y determinado

peso especfico.

Existen ensayos que nos permiten comprobar si el cemento est adulterado y si han existido problemas en su almacenamiento (Ensayo PF y Ensayo RI).

El tiempo de fraguado vara en funcin de cada tipo de cemento. No se puede iniciar el mismo antes de su llegada a la obra.

El cemento junto con los ridos son los que confieren resistencia al hormign.

Es necesario cumplir toda una serie de recomendaciones en relacin al suministro, almacenamiento y manipulacin del cemento con el fin de no alterar sus propiedades.

NO OLVIDE USTED...

El agua es el segundo componente del hormign, emplendose en el amasado del mismo y en su curado. Dependiendo que se emplee con uno u otro fin se le exigirn unas u otras caractersticas.

Agua de amasado y de curado

El agua de amasado juega un doble papel en el hormign. Por un lado, sirve para hidratar el cemento, por otro, confiere a las masas la trabajabilidad necesaria para su puesta en obra.

Hay que considerar que normalmente, la cantidad real de agua que empleamos para el amasado del hormign es superior a la tericamente necesaria para hidratar todo el cemento desde un punto de vista estrictamente qumico (23% del peso de cemento), ya que una parte se consume en mojar los ridos y otra parte es necesaria, por razones de trabajabilidad. Ahora bien, el agua en exceso se evaporar y crear una serie de huecos en el hormign ( huecos capilares) que disminuirn su resistencia y especialmente su durabilidad. Desde el punto de vista resistente cada litro de agua de amasado que ponemos de ms es como si pusiramos dos kg de cemento de menos.

Por otro lado, la hidratacin de los granos de cemento requiere un tiempo prolongado (el agua progresa poco a poco, de la periferia al corazn de cada grano) y por ello resulta imprescindible que, en ese perodo, se reponga el agua perdida por evaporacin, o bien se impida la salida de agua. Dicho perodo es el de curado del hormign, como ya veremos ms adelante.

De ah que el hormign deba amasarse con la menor cantidad de agua y curarse con la mayor posible.

1- Funciones del agua segn se emplee en el amasado o en el curado.

EL AGUA

El agua es el segundo componente del hormign,

emplendose en el amasado y en su curado.

El agua de amasado juega un doble papel en el

hormign.

el agua

En principio, el hormign puede amasarse y curarse con cualquier clase de agua, pero hay que tener en cuenta que es ms peligrosa y potencialmente contaminante el agua empleada para el curado, dada la cantidad que de ella precisamos, que el agua empleada en el amasado, dado que de esta precisamos mucha menos y la aportamos de una sola vez .

Como conclusin, se debe ser mucho ms estricto en la aptitud de un agua para curado que en la de un agua para amasado.

Un ndice de carcter general sobre la aptitud de un agua es su potabilidad.

AGUAS potables ==> NO hay problemas

Las excepciones se reducen casi exclusivamente a:

-Las aguas de alta montaa, cuya gran pureza les confiere carcter agresivo.

-Aguas con impurezas de carbn.

-Con limos en suspensin.

-Aguas con cloruros.

-Con sustancias orgnicas.

La EHE no permite el empleo de aguas de mar o salinas para el amasado o curado de hormigones armados, pero s en hormigones en masa. Su utilizacin reduce la resistencia del hormign en un 15 % aproximadamente, siendo posible la aparicin de manchas (12).

2- Qu tipos de aguas se pueden utilizar?

Se debe ser mucho ms estricto en la aptitud de un

agua para curado que en la de amasado.

El agua es el segundo componente del hormign.

Juega un doble papel: de curado y de amasado.

Los requisitos que se le exigen al agua para ser apta en la fabricacin del hormign son mayores para el curado que

para el amasado.

NO OLVIDE USTED...