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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