CONTENIDO Breve Historia
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Del Cemento en el Peru y el Mundo De la Cal y el Yeso (Principales aglomerantes)
Definición y Materias primas del cemento Proceso de fabricación Análisis químico del Análisis cemento Propiedades del cemento Tipos de cementos Los cementos en el Perú Usos y aplicaciones de los cementos Pórtland Normas técnicas peruanas de cementos •
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Civilización Romana
Teatro municipal de Lima
Nido del pájaro-Beijing 2008
CEMENTO ANTECEDENTES HISTORIC HISTORICOS OS - Edad Antigua Los Romanos
Ceme Ce ment nto o en en el M un do
Se saben que desde épocas antiguas los Romanos utilizaron utilizar on como agregado ladrillos quebrados los que eran embutidos en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica de esta forma se construyeron construyer on una variedad amplia de estructuras como caminos, acueductos, templos, palacios, etc. Usaron: Mezcla de cal + polvo del ladrillo o la ceniza volcánica. Construyeron: El Coliseo , El Partenón, El muro muro de defensa que abarca Roma, caminos y los acueductos
CEMENTO 1812, Louis Vicat (Francés) prepare un cal artificial (calcina mezclas sintética de arcilla y cal). 1818 ,Maurice St Leger patenta un cemento hidráulico. En 1824, el ingles J. Apsdin, elaboró y patentó un producto similar al cemento (cocción de calcáreos y arcilla finamente molida).
El primer concreto moderno en América.-1825
Cemento en el Perú En 1860 se inicia el uso del Cemento en el Perú, en el año 1864 se impuso el impuesto a aduanas del denominado cemento romano, el 1869 se realizaron obras de canalización con este tipo de Cemento ya en 1902 se exportaban algo de 4,500 Ton.
En la segunda década del siglo se inician las construcciones con elementos estructurales de acero como el caso de las bóvedas y losas reforzadas de la Estación de Desamparados. También, en algunos edificios del Jr. de la Unión y en el actual teatro Municipal.
CEMENTO 1915: Terminal marítimo del Callao Primeros hornos de fabricación de cemento 1916: Primera fábrica de cemento en el Perú. 1955 – 1975: fábricas de cemento. Edificios : Palacio de Justicia, Hotel Bolívar, Club Nacional y Country Club.
Cemento en el Perú De 1921 a 1925 se realizaron obras pavimentación en lima (Ej. Av. El progreso, Av. Venezuela, etc.) Cabe recalcar que en 1924 se inicia la actividad productiva de cemento en el Perú. Apareciendo importantes industrias de Cemento, reconocidas actualmente por el buen desempeño del dicho producto. En 1960 se incorporó el proceso de precalentamiento del crudo por suspensión en los gases residuales del horno, ya que esta técnica logro demostrar su conveniencia en dicho proceso. Para el año 1973 el estado se apropio de las empresas Andino y Cementos Lima causando un deterioro en la industria, sin embargo en 1975 se empieza un juicio legal por dicho asunto. Sin embargo para el año 1980 la industria cementera ya había alcanzado su máximo nivel.
LA CAL Con cal se edificaron obras conocidas a nivel mundial, las cuales sorprenden por su resistencia al paso del tiempo, como por ejemplo las Pirámides de Egipto, El coliseo Romano y en el Perú fue ampliamente utilizado por nuestros antepasados.
Hoy
en día, expertos en diversas industrias han podido constatar que no existe un material sustituto de la cal que les brinde tantos beneficios a costos tan bajos. En la actualidad es usada en las siguientes Industrias: Siderurgia, Minería, Agricultura, Construcción, Vidrio, Azúcar, Papel, Ecología..
Materias Primas del Cemento Pórtland Materiales calcáreos
Contiene carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a 80%. Lo tenemos a las margas, cretas y calizas en general
Materiales arcillosos
Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general
Minerales de fierro
Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades.
Yeso
Aporta el sulfato de calcio. Controlar la fragua (hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tetracálcico). Inicio
Extracción de la materia prima
Intercambiador de Calor ( Precalentador) Clinkerizaciòn
Trituración de la materia prima
Pre – homogenización Molienda de
Homogenización
Crudos
Enfriamiento
Molienda del clìnker
Envasado y despacho
Inicio
Designación
Fórmula
Abreviatura
Porcentaje
Silicato tricálcico
3CaO.SiO2
C3S
30% a 50%
Silicato dicálcico
2CaO.SiO2
C2S
15% a 30%
Aluminato tricálcico
3CaO.Al2O3
C3A
4% a 12%
Ferro aluminato tetracálcico
4CaO.Al2O3.Fe2O3
C4AF
8% a 13%
Cal libre
CaO
Magnesia libre (Periclasa)
MgO
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Compuesto Químico Silicato Tricálcico (C3S), conocido también como alita.
Car acterística
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Silicato Dicálcico (C2S), conocido también como belita.
Constituye del 50 70 % del clínker Se hidrata y endurece rápidamente Es el más importante de los compuestos del cemento Determina la rapidez o velocidad de fraguado Determina la resistencia inicial del cemento Libera gran cantidad de calor de hidratación es equivalente a 120 cal/gr. Este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos Contribuye una buena estabilidad de volumen Contribuye a la resistencia al intemperismo –
Forma parte del clínker entre 15 - 30 % Contribuye con las resistencias a edades mayores a una semana Por su porcentaje en el clínker es el segundo en importancia Se hidrata y endurece con lentitud Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de prolongado endurecimiento) El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3S Su contribución a la estabilidad de volumen es regular
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Compuesto Químico Aluminato Tricálcico (C3A)
Car acterística
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Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF)
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Sulfato de calcio : Yeso
Constituye aproximadamente 5 10 % del clinker Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación violenta) Libera gran cantidad de calor durante los primeros días de la hidratación Incide levemente en la resistencia mecánica Tiene baja resistencia al intemperismo (acción del hielo y deshielo) Tiene mala estabilidad de volumen Escasa resistencia a la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos Calor de hidratación equivalente a 207 cal /gr. Reduce la temperatura de formación del clínker Rápida velocidad de hidratación El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado) En la resistencia mecánica no está definida su influencia La estabilidad de volumen es mala Influye en el color final del cemento Reduce la temperatura de formación del clínker Rápida velocidad de hidratación El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado) En la resistencia mecánica no está definida su influencia. La estabilidad de volumen es mala. Influye en el color final del cemento. –
Principales productos de hi dratación •Sil icato de calcio hidratado (C-S-H ) • Fibras o agujas de lento crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación, • Responsable de la formación de una matriz densa y resistente. • El cemento hidratado contiene aprox. 50 % de C-S-H •H idróxi do de calcio • Pequeñas placas muy poco resistentes, • Parcialmente soluble y vulnerable al ataque de los sulfatos, • Importante en la protección de las armaduras frente a la corrosión debido al alto nivel alcalino que aporta al concreto. • El cemento hidratado contiene del 15 % a 25 % de Ca (OH) 2
I nf luencia de la relación a/c sobre la resistenci a de la pasta: La resistencia de la pasta depende del grado de interrelación entre los productos de hidratación de las partículas de cemento. Proceso de hidratación
Fraguado Transcurre en horas, con desprendimiento de calor. Los componentes más solubles en agua se disuelven en la fase liquida de pasta, y de dicha fase se separan y cristalizan otros que pasan a constituir la fase sólida. La pasta va perdiendo plasticidad y adquiere rigidez. Endurecimiento Se prolonga durante más tiempo (días, meses y años) Continúan los procesos de hidratación y consolidación, a ritmo continuo pero decreciente. Aumenta la rigidez, dureza y resistencia mecánica y se disipa el calor de hidratación.
Inicio
a. Finura o Fineza Grado de molienda del polvo. • Permeabilimetro de Blaine • Turbidimetro de Wagner > Finura habrá > resistencia, pero aumenta el calor de hidratación.
Tipo de cemento Finura Blaine (m2 / kg) I 370 II 370 III 540 IV 380 V 380
b. Peso Especifico • Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005)
c. Tiempo de Fraguado (min) Es el tiempo entre el mezclado y la solidificación de la pasta. - Agujas de Vicat : NTP 334.006 - Agujas de Gillmore : NTP 334.056
d. Estabilidad de Volumen (%) cambios por presencia de agentes expansivos, - Ensayo en Autoclave : NTP 334.004
e. Resistencia a la Compresión ( Kg/cm² ) - En probetas cúbicas de 5 cm de lado NTP 334. 051. - 1,3,7, 28 días. f. Contenido de aire (%) Mide la cantidad de aire atrapado O retenido en la mezcla Molde cilíndrico estándar: NTP 334.048
g. Calor de Hidratación ( cal/gr ) Se genera por la reacción exotérmica de la hidratación del cemento. • Ensayo del
Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante.( NTP 334.064)
Inicio
CEMENTO Tipos de cementos ASTM C-150- NTP 334.009 Cementos Pórtland sin adición
Cementos Pórtland Adicionados
CEMENTO C. PORTLAND
C. PÓRTLAND ADICIONADOS
TIPO I: Uso general, alto calor, TIPO IP : Uso general (15 a 40% puzolana .Menor calor, f´c pasado 28d. f’c alto. TIPO II: Med.Resistencia sulf. TIPO IPM : Uso general, hasta 15% puzolana, Menor calor, f´c después 28 calor moderado, f’c lento. TIPO III: Alto calor, f’c muy rápido , baja resistencia sulf. TIPO IV: Muy bajo calor, f’c muy lento. TIPO V: Muy resistente a los sulf. bajo calor, f’c muy lento.
días. TIPO IMS : Mediana resistencia a sulf, hasta 25% escoria, menor calor, f´c después 28 Días. TIPO ICo : Uso general, hasta 30% filler calizo. Menor calor, f´c después 28 días.
CEMENTO
-RESISTENCIA
EN COMPRESION
CEMENTO
- CALOR DE HIDRATACION VS. TIEMPO
Requisitos físicos del cemento Portland REQUISITOS FÍSICOS
TIPOS V MS
I
II
IP
ICO
3 días
120
100
80
100
130
130
7 días
190
170
150
170
200
200
28 días Tiempo de fraguado, minutos
280*
280*
210
280*
250
250
Inicial, mínimo
45
45
45
45
45
45
Final, máximo Expansión en autoclave,
375
375
375
420
420
420
% máximo
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.04*
0.10
0.10*
Resistencia mín (Kg/cm²)
Resistencia a los Sulfatos % máximo de expansión Calor de Hidratación, máx. (KJ/Kg) 7 días
28 días
--
--
--
290*
--
--
290*
--
--
--
--
--
330*
--
14 días
6meses 6meses
--
Requisitos químicos del cemento Portland Requisitos Químicos
Tipo I
II
V
MS
IP
ICo
Óxido de Magnesio (MgO), máx, %
6.0
6.0
6.0
--
6.0
6.0
Trióxido de Azufre (SO 3), máx, %
3.5
3.0
2.3
--
4.0
4.0
Pérdida por Ignición, máx, %
3.0
3.0
3.0
--
5.0
8.0
Residuo Insoluble, máx, %
0.75
0.75
0.75
--
--
--
Aluminato tricálcico (C3 A), máx, %
--
8
5
--
--
--
0.6*
0.6*
0.6*
--
--
--
Álcalis equivalentes ( Na2O + 0.658 K 2O ), máx, %
Requisitos opcionales I
II
Tipo III
50
50
50
50
50
7 días
--
70
--
60
--
28 días Resistencia (MPa) 28 días Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx Características Químicas Opcionales
-280
-280
---
70 --
---
--
--
--
--
0.04
IV
V
Características Físicas Opcionales Falso Fraguado, % ( P. Fin ) mínimo Calor de Hidratación, máx, Cal/gr
IV
V
I
II
Tipo III
Aluminato tricálcico (C3 A), máx, %
--
--
5-8
--
--
Suma ( C3S + C3 A ), máx %
--
58
--
--
--
0.6
0.6
0.6
--
--
Álcalis equivalentes ( Na O + 0.658 K O ), máx, %
T I P O I M E J O R A D O
CEMENTO
- REQUISITOS FÍSICOS COMPARATIVOS
CEMENTO T I P O M S
- REQUISITOS FÍSICOS COMPARATIVOS
T I P O I P E S P E C I A L
CEMENTO
- REQUISITOS FÍSICOS COMPARATIVOS
CEMENTO
FABRICAS DE CEMENTOS EN EL PERU
CEMENTO
- FABRICAS DE CEMENTOS EN EL PERU
Inicio
Tipos de Cementos recomendados para concreto Armado expuesto a Sulfatos
Exposición a sulfatos
Sulfatos solubles en agua (SO4) en el suelo
Insignificant e Moderada Severa
0
Muy severa
SO4>2.0
Concreto con agregado de peso normal rel. a/c máx en peso
Sulfatos (SO4) en el agua, ppm
0
Tipo Cemento
--
150
SO4>10,000
V puzolana
+
Concreto con agregado de peso normal y ligero Resist. Comp. Mínima Mpa
--
Kg/cm 2 --
0.50 0.45
400 450
40 45
0.45
450
45
--
Almacenamiento del Cemento
Ubicación y características del área donde se asienta la construcción. Espacios disponibles Consumo promedio de concreto de acuerdo al cronograma de la obra Consumo máximo y duración del periodo en el cual se realiza la mayor producción de concreto. Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales. Stock mínimo que es conveniente mantener. Ubicación de las mezcladoras o central de mezcla. Alternativas y costos para las diferentes instalaciones de almacenamiento.
CEMENTO
¿ Como elegir el tipo de cemento ?
¿Donde vamos a construir?
¿En que condición de exposición vamos a Construir?
¿Que tipo de estructura y/o que proceso constructivo vamos a usar?
CEMENTO
Donde vamos a construir ?
Tener en cuenta el manejo del calor de hidratación: En clima cálido : Con bajo calor de hidratación, ordenando de acuerdo al calor de hidratación, de menor a mayor, tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, ICo, I
En clima frío : Utilizar con alto calor de hidratación , de menor a mayor tenemos: I, II, IPM, IMs, ICo, V
CEMENTO
¿En que condición de exposición vamos a construir?
El concepto que prima es resistencia a la agresividad química, por lo tanto es muy importante tener en cuenta las condiciones de exposición: Ambiente marino: Expuesto al ataque de Cloruros + sulfatos, por lo tanto ordenando los cementos de acuerdo al grado de resistencia a estos iones de mayor a menor tenemos: IP, V, IPM, II, IMs, Ico, I Suelo con sulfatos : Ordenando los cementos de acuerdo al grado de resistencia a los sulfatos de mayor a menor tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, Ico, I
CEMENTO
Que tipo de estructura y/o que proceso constructivo vamos a usar?
En este caso el concepto que prima es de resistencia y calor de hidratación de la estructura a construir: Vaciados de gran volumen y poca área de disipación de calor : En este caso es importante tener en cuenta el calor de hidratación Del cemento, entonces ordenando los cementos de más favorable a menos favorable tenemos: V, IP, II, IPM, IMs, Ico, I
Desencofrado rápido : En este caso es importante tener en cuenta la ganancia rápida de la resistencia del concreto, entonces ordenando Los cementos de más favorable a menos favorable tenemos: I, IPM, IMs, ICo, IP, V Inicio
Normas Técnicas Peruanas de Cementos
NTP 334.009:1997 Cementos. Cemento Pórtland. Requisitos NTP 334.044:1997 Cementos. Cementos Pórtland Puzolánico IP y I (PM). NTP 334.050:1984 Cemento Pórtland Blanco tipo I. Requisitos NTP-334.069:1998 Cementos. Cemento de Albañilería. Requisitos NTP-334.082:1998 Cemento. Cementos Pórtland adicionados. Especificación de Performance NTP-334.083:1997 Cemento. Cementos Pórtland Adicionados tipos P y S NTP-334.049:1985 Cemento Pórtland de escoria tipo IS y tipo ISM, requisitos NTP 334.073:1987 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos NTP 334.007:1997 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos NTP 334.084:1998 CEMENTOS. Aditivos funcionales a usarse en la producción de cementos Pórtland. NTP 334.085:1998 CEMENTOS. Aditivos de proceso a usarse en la producción de cementos Pórtland. NTP 334.087:1999 CEMENTOS. Adiciones minerales en pastas, morteros y concretos; microsílice, especificaciones. NTP 334.088:1999 CEMENTOS. Aditivos químicos en pastas, morteros y hormigón (concreto); especificaciones.
Normas Técnicas Peruanas de Cementos NTP 334.089:1999 CEMENTOS: Aditivos incorporados de aire en pastas, morteros y hormigón (concreto); especificaciones. NTP 334.076:1997 CEMENTOS. Aparato para la determinación de los cambios de longitud de pastas de cementos y morteros fraguados. NTP 334.077:1997 CEMENTOS. Ambientes, gabinetes y tanques de almacenamiento utilizados en los ensayos de cemento. NTP 334.079:1996 CEMENTOS. Especificación normalizada para pesas y mecanismos de pesada para usos en los ensayos físicos de cemento. NTP 334.074-1997 CEMENTOS. Determinación de la consistencia normal. NTP 334.075:1997 CEMENTOS. Cemento Pórtland. Método de ensayo para optimizar el SO3. NTP 334.078:1997 CEMENTO. Cemento Pórtland hidratado. Método normalizado para el sulfato de calcio en morteros. NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Métodos de ensayo para determinar la finura por tamizado húmedo con tamiz normalizado de 45 μm. NTP 334.048:1997 CEMENTOS. Determinación del contenido de aire en morteros de cemento hidráulico. NTP 334.052:1998 CEMENTOS. Ensayo para determinar el falso fraguado del cemento. Método de la pasta. 2da edición.