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El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormentemolidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estasrocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso, este le da la propiedad a estamezcla para que pueda fraguar y endurecerse. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea unamezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominadahormigón (en España, parte de Suramérica y el Caribe hispano) o concreto (en México y parte de Suramérica).Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil.

Índice

1 Historia

2 Tipos de cemento

2.1 El cemento portland

2.1.1 Cementos portland especiales2.1.1.1 Portland férrico

2.1.1.2 Cementos blancos

2.2 Cementos de mezclas

2.2.1 Cemento puzolánico

2.2.2 Cemento siderúrgico2.3 Cemento de fraguado rápido

2.4 Cemento aluminoso

2.4.1 Reacciones de hidratación

2.5 Propiedades generales del cemento

2.6 Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio2.7 Aplicaciones2.8 Usos comunes del cemento de aluminato de calcio

3 Proceso de fabricación4 Véase también

5 Referencias

6 Enlaces externos

Historia

Desde la antigüedad se emplearon pastas y morteros elaborados con arcilla o greda, yeso y cal para unirmampuestos en las edificaciones. El cemento se empezó a utilizar en la Antigua Grecia utilizando tobas volcánicasextraídas de la isla de Santorini, los primeros cementos naturales. En el siglo I a. C. se empezó a utilizar en laAntigua Roma, un cemento natural, que ha resistido la inmersión en agua marina por milenios, los cementosPortland no duran más de los 60 años en esas condiciones; formaban parte de su composición cenizas volcánicasobtenidas en Pozzuoli, cerca del Vesubio. La bóveda del Panteón es un ejemplo de ello. En el siglo XVIII JohnSmeaton construye la cimentación de un faro en el acantilado de Eddystone, en la costa Cornwall, empleando un

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mortero de cal calcinada. El siglo XIX, Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement,denominado así por su color gris verdoso oscuro similar a la piedra de Portland. Isaac Johnson, en 1845, obtieneel prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura. En el siglo XXsurge el auge de la industria del cemento, debido a los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chateliery el alemán Michaélis, que logran cemento de calidad homogénea; la invención del horno rotatorio para calcinacióny el molino tubular y los métodos de transportar hormigón fresco ideados por Juergen Heinrich Magens quepatenta entre 1903 y 1907.

Véase también: Historia del hormigón

Tipos de cemento

Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:

1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra

caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente;

2. de origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de

origen orgánico o volcánico.

Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición,por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto porsus destinos y usos.

Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezclade silicatos y aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido decalcáreo, arcilla y arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata ysolidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja, se utilizanterminologías específicas para definir las composiciones.

El cemento portland

El poso de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón es el cemento portland,producto que se obtiene por la pulverización del clinker portland con la adición de una o más formas de yeso(sulfato de calcio). Se admite la adición de otros productos siempre que su inclusión no afecte las propiedades delcemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser pulverizados conjuntamente con el clinker. Cuandoel cemento portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de características plásticas con propiedadesadherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hastaadquirir su resistencia característica. El proceso de solidificación se debe a un proceso químico llamadohidratación mineral.

Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fraguamás rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externode edificios.

Normativa

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Imagen al microscopio del

cemento portland férrico.

La calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150. En Europa debe estar deacuerdo con la norma EN 197-1. En España los cementos vienen regulados por la Instrucción para recepción decementos RC-08, aprobada por el Real Decreto 956/2008 de 6 de junio.

Cementos portland especiales

Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el portland, pero quetienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.

Portland férrico

El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de0,64. Esto significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto seobtiene introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Estetipo de composición comporta por lo tanto, además de una mayor presenciade Fe2O3(oxido ferroso), una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya

hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementosson particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Losmejores cementos férricos son los que tienen un módulo calcáreo bajo, enefecto estos contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación

produce la mayor cantidad de cal libre (Ca(OH)2). Puesto que la cal libre es

el componente mayormente atacable por las aguas agresivas, estoscementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguasagresivas que el plastico.

Cementos blancos

Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de fundentes muy alto,aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a

la falta del hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más oscuro al cemento ferrico. Lareducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y de criolita (Na3AlF6), necesarios en la

fase de fabricación en el horno.para bajar la calidad del tipo de cemento que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5,tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II 32,5;también llamado pavi) se le suele añadir una cantidad extra de caliza que sele llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso sería tipo I

Cementos de mezclas

Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros componentes como lapuzolana. El agregado de estos componentes le da a estos cementos nuevas características que lo diferencian delPortland normal.

Cemento puzolánico

Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y laCampania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas delVesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitruvio describía cuatro

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tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.

Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación deuna buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.

Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido los romanos: El antiguopuerto de Cosa (puerto) fue construido con puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua,probablemente utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muellesson visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100 años.

La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio.Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:

55-70% de clinker Portland

30-45% de puzolana

2-4% de yeso

Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta última. Pero

justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será másresistente al ataque de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente

constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de reaccióndurante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos opara coladas de grandes dimensiones.

Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta impermeabilidad y durabilidad.

Cemento siderúrgico

La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente de las centralestermoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes sonintroducidos entre el 35 hasta el 80%. El porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado, siendoque se origina a partir de silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Ésta debe sin embargo ser activada en

un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este motivo que debe estar presente por lo menosun 20% de cemento Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolánico, el cemento siderúrgicotiene mala resistencia a las aguas agresivas y desarrolla más calor durante el fraguado. Otra característica de estoscementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosféricacausada por los sulfatos.

Tiene alta resistencia química, de ácidos y sulfatos, y una alta temperatura al fraguar.

Cemento de fraguado rápido

El cemento de fraguado rápido, también conocido como "cemento romano ó prompt natural", se caracteriza poriniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Se produce en forma similar al cemento

Portland, pero con el horno a una temperatura menor (1.000 a 1.200 °C).1 Es apropiado para trabajos menores,de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo para efectuaruna buena aplicación. Aunque se puede iniciar el fraguado controlado mediante retardantes naturales (E-330)como el ácido cítrico, pero aun así si inicia el fraguado aproximadamente a los 15 minutos (a 20 °C). La ventaja es

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que al pasar aproximadamente 180 minutos de iniciado del fraguado, se consigue una resistencia muy alta a lacompresión (entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene gran prestación para trabajos de intervención rápida ydefinitivos. Hay cementos rápidos que pasados 10 años, obtienen una resistencia a la compresión superior a la dealgunos hormigones armados (mayor a 60 MPa).

Cemento aluminoso

El cemento aluminoso se produce principalmente a partir de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3),

óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega óxido de calcio o bien carbonato de

calcio. El cemento aluminoso también recibe el nombre de «cemento fundido», pues la temperatura del hornoalcanza hasta los 1.600 °C, con lo que se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado enmoldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el producto final.

El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos:

35-40% óxido de calcio

40-50% óxido de aluminio

5% óxido de silicio5-10% óxido de hierro

1% óxido de titanio

Su composición completa es:

60-70% CaOAl2O3

10-15% 2CaOSiO2

4CaOAl2O3Fe2O3

2CaOAl2O3SiO2

Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor al 6 %, porque elcomponente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de

agua).

Reacciones de hidratación

CaOAl2O3+10H2O → CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)

2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)

2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)

Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia de cal Ca(OH)2, el

cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente neutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que

en este caso se comporta como ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando comoresultado un cemento neutro.

El cemento aluminoso debe utilizarse en climas fríos, con temperaturas inferiores a los 30 °C. En efecto, si latemperatura fuera superior, la segunda reacción de hidratación cambiaría y se tendría la formación de3CaOAl2O36H2O (cristales cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un aumento del

volumen y podría causar fisuras.

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Propiedades generales del cemento

Buena resistencia al ataque químico.Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario.

Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. Conversión interna.

Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad.Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico.

Está prohibido el uso de cemento aluminoso en hormigón pretensado. La vida útil de las estructuras de hormigónarmado es más corta.

El fenómeno de conversión (aumento de la porosidad y caída de la resistencia) puede tardar en aparecer encondiciones de temperatura y humedad baja.

El proyectista debe considerar como valor de cálculo, no la resistencia máxima sino, el valor residual, después de laconversión, y no será mayor de 40 N/mm2.

Se recomienda relaciones A/C ≤ 0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los recubrimientos (debido al pH másbajo).

Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio

Fraguado: Normal 2-3 horas.

Endurecimiento: muy rápido. En 6-7 horas tiene el 80% de la resistencia.Estabilidad de volumen: No expansivo.

Calor de hidratación: muy exotérmico.

Aplicaciones

El cemento de aluminato de calcio resulta muy adecuado para:

Hormigón refractario.

Reparaciones rápidas de urgencia.

Basamentos y bancadas de carácter temporal.

Cuando su uso sea justificable, se puede utilizar en:

Obras y elementos prefabricados, de hormigón en masa o hormigón no estructural.

Determinados casos de cimentaciones de hormigón en masa.

Hormigón proyectado.

No resulta nada indicado para:

Hormigón armado estructural.

Hormigón en masa o armado de grandes volúmenes.(muy exotérmico)

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Es prohibido para:

Hormigón pretensado en todos los casos.

Usos comunes del cemento de aluminato de calcio

Alcantarillados.Zonas de vertidos industriales.

Depuradoras.

Terrenos sulfatados.

Ambientes marinos.

Como mortero de unión en construcciones refractarias.

Carreteras.

Proceso de fabricación

El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:

1. Extracción y molienda de la materia prima

2. Homogeneización de la materia prima

3. Producción del Clinker

4. Molienda de cemento

La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae decanteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación yequipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos decrudo.

La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes deaire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsasde homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500°C. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinariasespeciales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al notener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínkerrequiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.

El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido conpequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.

Reacción de las partículas de cemento con el agua

1. Periodo inicial: las partículas con el agua se encuentran en estado de disolución, existiendo una intensa

reacción exotérmica inicial. Dura aproximadamente diez minutos.

2. Periodo durmiente: en las partículas se produce una película gelatinosa, la cual inhibe la hidratación del

material durante una hora aproximadamente.

3. Inicio de rigidez: al continuar la hidratación de las partículas de cemento, la película gelatinosa comienza acrecer, generando puntos de contacto entre las partículas, las cuales en conjunto inmovilizan la masa de

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cemento. También se le llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado sería el aumento de la viscosidad de una

mezcla de cemento con agua.

4. Ganancia de resistencia: al continuar la hidratación de las partículas de cemento, y en presencia de cristales

de CaOH2, la película gelatinosa (la cual está saturada en este punto) desarrolla unos filamentos tubulares

llamados «agujas fusiformes», que al aumentar en número generan una trama que aumenta la resistencia

mecánica entre los granos de cemento ya hidratados.

5. Fraguado y endurecimiento: el principio de fraguado es el tiempo de una pasta de cemento de difícil

moldeado y de alta viscosidad. Luego la pasta se endurece y se transforma en un sólido resistente que no

puede ser deformado. El tiempo en el que alcanza este estado se llama «final de fraguado».

Almacenamiento

Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hilerassuperpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura paraalmacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al áreade las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsaalguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevosensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.

Véase también

Anexo:Países por producción de cemento

Aluminosis

Cemento asfáltico

Cemento blanco

Cemento Portland

HormigónImpacto ambiental potencial de la industria del cemento

Antigua fábrica de Cemento Asland (Castellar de Nuch)

Referencias

1. ↑ Ficha de datos de seguridad. CNP PM NF(http://web.archive.org/web/http://www.cementonatural.com/productos/materiales/pdf/eprompt.pdf) (cementoprompt natural), VICAT (2002)

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Cemento.

Wikilibros alberga un libro o manual sobre Impactos ambientales/Cemento.

Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (http://www.ieca.es/default.asp?id_cat=3)

Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto (http://www.imcyc.com/)

Publicación digital sobre el cemento (http://www.cemento.info/)

Anejo 3 EHE-08 (http://www.fomento.es/NR/rdonlyres/816DE227-4188-41C4-A933-2DCADB6F80F9/37451/Anejo3borde.pdf)

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Investigación y publicaciones del Dr Ferran Goma sobre Química del cemento Pórtland y otros

aglomerantes. (http://sites.google.com/site/drferrangomaesp/investigacion-y-aportaciones)

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Categorías: Cemento Construcción

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