Cemento
Sentido más amplio adhesivo
En construcción e ingeniería civil
sustancia que une
arena + roca machacada ? masa sólida
Cemento primitivo
Cal apagada + arena ? argamasa.
Pasta hecha: cal apagada + agua + arena
Endurecimiento gradual
? eliminación del agua y la reacción con el anhídrido carbónico atmosférico para producir
Cementos
Son conglomerantes hidráulicos
amasados con agua pastas
reacciones de hidrólisis e hidratación
fraguan y endurecen
productos hidratados
mecánicamente resistentes y estables al aire y bajo agua
Cemento
Empleados en la construcción.
Se presentan en estado de polvo
Mezcla de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla)
cocción a 1550º C
hasta un principio de fusión o vitrificación
Trituradas y molidas
Tipos cemento y usos
Cementos Portland
Calentamiento caliza + arcilla, u otros materiales de composición global similar
temperatura que provoca una fusión parcial
Clinker
muele y se mezcla con un pequeño % de yeso
– silicato tricálcico
beta-silicato dicálcico
aluminato tricálcico
solución rápida de ferrito
4 fases principales del Clinker
Cementos Portland
Variables más importantes
Velocidad de endurecimiento
Velocidad de desprendimiento de calor
Cantidad de calor desprendida durante la hidratación
Resistencia del cemento endurecido al ataque por soluciones de sulfatos
Se fabrican a partir de materias primas con escasa proporción de componentes fijos distintos de cal, alúmina, sílice y óxidos de hierro.
Componentes indeseables ? magnesio, MgO; el fósforo, ; los fluoruros y los óxidos alcalinos.
Propiedades de las fases del clinker
Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Cemento aluminoso
Caliza + bauxita cemento aluminoso
calentamiento hasta fusión
Las pastas:
Fraguan y endurecen rápidamente
Alta resistencia al ataque por sulfatos.
Uso ? Fabricación de hormigón refractario.
Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Cementos de escoria
Escoria
Fundida en alto horno Enfriada
Tipos:
cementos de altos hornos ? escoria granulada + clinker de cemento Portland
cementos sobresulfatados ? escoria granulada + sulfato cálcico o cemento Portland.
Estructura vítrea
Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Puzolanas
Sin propiedades cemetantes
Puzolanas +
cementos
– materiales naturales de origen volcánico
– materiales artificiales fabricados calcinando ciertas arcillas o pizarras
Agua, Tª ambiente
Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Cementos expansivos
A diferencia del resto NO sufren una contracción sino una expansión durante la hidratación.
– Cementos tensantes
Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Productos derivados del silicato cálcico
Tratamiento pastas ricas en cal, sílice o materiales ricos en sílice reactiva.
– ladrillos de silicato cálcico
– aislantes térmicos
– láminas de amianto y silicato cálcico.
Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Cemento de cloruro básico de magnesio (cemento Sorel)
Calcinación (T baja) (reactivo)
+ árido Producto duro
solución concentrada de
Solución No resistencia al agua: pulir con cera y trementina.
Uso: pavimentos
Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Yesos
yeso
Existen cuatro formas distintas:
Dihidrato
Hemihidrato o basanita
Anhidrita soluble
Anhidrita.
Deshidratación parcial o completa
Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos
Otros cementos
Cementos de aluminato de estroncio y de aluminato de bario
cementos refractarios
Alcanzan temperaturas más altas que los cementos de aluminato cálcico
Protección de reactores nucleares
Proceso de fabricación del cemento
1. Obtención y preparación de materias primas (molienda)
2. Cocción del crudo de cemento
3. Molienda de cemento y obtención del producto final
Obtención y preparación de materias primas
1.1 Extracción de materias primas
Calizas y margas:
Aporte de CaO en la formación de silicatos para la producción del clínker de cemento
Arcillas y pizarras:
Aporte de óxidos que actúan de fundentes facilitando la formación de la fase líquida en el horno
Obtención y preparación de materias primas
1.2. Preparación y adecuación de materias primas
Homogeneización de materias primas :
alimentación del horno homogénea
Molienda (molinos verticales)
CRUDO DE CEMENTO
Obtención y preparación de materias primas
Homogeneización
M.P Balsas de homogeneización
Corriente agua
Corriente aire
Bombeo
Hornos (Tª>1500ºC)
clínker
M.P
Patios con maquinarias especiales
(Menor t)
Hornos (Tª>1500ºC)
clínker
Cocción del crudo de cemento
2. Cocción en hornos rotatorios
CLINKERIZACION:
DESCOMPOSICION DE CALIZA Y ARCILLA
FORMACION DE AF4C ?
(hasta agotar alguno de los óxidos metálicos)
FORMACION
FORMACION DE S2C
FORMACION DE S3C MEDIANTE S2C+C?S3C
A3C ?
F2C ?
3. Molienda de cemento y obtención del producto final
Somete la mezcla de materiales a impactos de cuerpos metálicos o fuerzas de compresión elevadas, junto con la molienda conjunta del clinker, yeso y otros materiales denominados “adiciones”
HORNO DE
COCCION
CLINKER
MOLIENDA
YESO
(aditivos)
CEMENTO
Proceso de fabricación del cemento
ARCILLA
CALIZA
OTROS
Industrias cementeras más importantes
Hormigón
Hormigón = cemento+áridos+agua
Pasta moldeable con propiedades adherentes.
Fragua en pocas horas y se endurece.
Principal característica ? soporta compresión
No soporta tracción ni flexión ni cizalladura
Tipos de hormigón:
TIPO
1.Hormigón ordinario
2.Hormigón armado
3.Hormigón pretensado
4.Hormigón en masa
5.Hormigón ligero o aireado
6.Hormigón de alta densidad
Mortero
Mortero = cemento+agregado fino (arena)+agua
Se puede considerar como un tipo de hormigón.
Uso más común: albañilería como material de agarre.
Se clasifican según el tipo de conglomerante:
TIPO
Mortero de cal
Mortero de cemento Portland
Mortero de aluminato de calcio
Morteros bastardos (1parte cemento+2cal+3arena+3agua)
Refractarios
Refractarios=cerámicos
Gran resistencia a bajas y altas temperaturas
Refractarios densos con baja porosidad ? mayor resistencia a la corrosión y a la erosión.
Punto de fusión mayor a 1700ºC
Tipos de materiales refractarios:
TIPO
1.Cemento refractario
2.Mortero refractario
3.Ladrillo refractario
Áridos
Árido=material granulado
Se utiliza como materia prima en la construcción.
Se caracteriza por su tamaño
Se diferencian de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia mecánica.
Según se naturaleza existen distintos tipos:
TIPO
1.Árido natural
2.Árido artificial
3.Árido reciclado
Propiedades físicas y mecánicas
Mediante diversos procedimientos de ensayo, se conoce el comportamiento de un material cuando está sometido a cargas de funcionamiento y a influencias exteriores
El comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material: DEFORMACIÓN
Fraguado y endurecimiento
Fase inicial de hidratación (fraguado):
Fenómeno mediante el cual la pasta de cemento deja de ser plástica y adquiere una rigidez tal que ya no admite moldeo (Paso del estado fluido al estado sólido)
3 (CaO · SiO2) + 6 H2O ? 3 CaO ? 2 Si O2 ? 3 H2O + 3 Ca(OH)2
2 (2 CaO ? Si O2) + 4 H2O ? 3 CaO ? 2 SiO2 ? 3 H2O + Ca OH)2
Fase final de hidratación ó endurecimiento de la masa sólida y posterior desarrollo de propiedades mecánicas del material
Son el resultado de un proceso de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento :
Dependiendo de la velocidad de fraguado, el material presentará distintas propiedades
Resistencia a la compresión
Esfuerzo máximo al que está sometido un material por la aplicación de una carga de aplastamiento
150-500 kg/cm2 a valores de 2000 kg/cm2 (especiales)
Resistencia a la tracción (I)
Deformación elástica: deformación que consiste en aumento de longitud y contracción de su sección
Deformación plástica: deformación permanente, no existe recuperación a la posición original
Las deformaciones que sufre un material son alargamientos, consecuencia del esfuerzo al que está sometido por la acción de dos fuerzas colineales y opuestas en una misma dirección.
Ningún material de construcción debe estar sometido a cargas que sobrepasen el límite de elasticidad de cualquiera de sus partes.
MÁQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN
Resistencia a la tracción (II)
Módulo de elasticidad o módulo de Young
E= Tensión / deformación
Mide la rigidez del material
E es una cte característica de
cada material
A mayor módulo de elasticidad, mayor rigidez de los materiales; menos deformable
A mayor rigidez, mayor fragilidad del material , baja tenacidad y baja ductibilidad
Relación lineal entre tensión y deformación
Deformación plástica (en metales)
Pérdida de linealidad entre tensión
y deformación
Deformación irreversible
A mayor deformación plástica, material más dúctil
Esfuerzo cortante o cizalladura
La fuerza que actúa sobre el cuerpo es paralela a una de las caras mientras que la otra permanece fija.
Esfuerzo de cizalla = F/S
Deformación de cizalla = ?x /h ~ T
Módulo de cizalla =
Hormigón
Muy resistente a los esfuerzos de compresión.
Mal comportamiento ante esfuerzos de flexión y cizalladura
Mal comportamiento ante esfuerzos de tracción
HORMIGÓN ARMADO:
Muy resistente a esfuerzos de compresión
Inclusión de barras de acero para soportar esfuerzos de tracción, flexión y cizalladura (pilares)
HORMIGÓN PRETENSADO:
Aplicación de esfuerzos de tracción a elementos estructurales del hormigón (cables de acero tensados)
HORMIGÓN POSTENSADO:
Aplicación de tensión a tendones de acero ya endurecido el hormigón
Material estructural más empleado en la Ingeniería.
Resistencia a la compresión del hormigón (I)
Depende de las propiedades del cemento empleado. El más utilizado en hormigones, cemento Portland.
Tiempo de hidratación o fraguado (mayor resistencia cuanto mayor es el tiempo de curado)
Relación agua/cemento ( para relaciones > 0,4 la resistencia decrece)
A bajos valores de la relación, se trabaja mal para poder conformar el hormigón
Aditivos (oclusión de aire)
Mejora la resistencia a la congelación y deshielo; disminuye resistencia a la compresión
Los agregados (finos y gruesos): consistencia del esqueleto de hormigón; oposición a la retracción del hormigón
Finura del cemento: a mayor finura, mayor calor de hidratación
Resistencia a la compresión del hormigón (II)
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