EL CEMENTO

BREVE HISTORIA DEL CEMENTO

Hacia el año 700 antes J.C. los etruscos utilizan mezclas de puzolana y cal para hacer un mortero.
Ya en el año 100 antes J.C. los romanos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer hormigón de resistencias a compresión de 5 Mpa.Hasta el año 1750 sólo se utilizan los morteros de cal y materiales puzolánicos (tierra de diatomeas, harina de ladrillos etc.).Hacia 1750-1800 se investigan mezclas calcinadas de arcilla y caliza.Smeaton compara en el año 1756 el aspecto y dureza con la piedra de Portland al sur de Inglaterra. 40 años más tarde, Parker fábrica cemento natural aplicándose entonces el vocablo ""cemento"" (anteriormente se interpretaba como ""caement"" a toda sustancia capaz de mejorar las propiedades de otras).Vicat explica en 1818 de manera científica el comportamiento de estos ""conglomerantes"".En 1824, Aspdin patenta el cemento portland dándole este nombre por motivos comerciales, en razón de su color y dureza que le recuerdan a las piedras de Portland. Hasta la aparición del mortero hidráulico que auto endurecía, el mortero era preparado en un mortarium (sartén para mortero) por percusión y rotura, tal como se hace en la industria química y farmacéutica.Entre los años 1825-1872 aparecen las primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania.En el año 1880 se estudian las propiedades hidráulicas de la escoria de alto horno.En el año 1890 aparecen las primeras fábricas de cemento en España.En el año 1980 hay 1.500 fábricas que producen cerca de 800 millones de toneladas/año.Hoy en día el cemento es la cola o "conglomerante" más barato que se conoce.
La mayor producción de cemento se produce, en la actualidad, en los países más poblados y/o industrializados, aunque también es importante la industria cementera en los países menos desarrollados. La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil son también productores importantes.

TIPOS DE CEMENTO

CEMENTO PÓRTLAND:

Cemento Portland sin agregados, es el producto que se obtiene de la pulverización de una mezcla de clínquer y sulfato de calcio con agua (yeso hidratado).

CEMENTOS SIDERÚRGICOS:

Es el producto que se obtiene de la mezcla conjunta de clínquer, escoria básica granulada de alto horno y yeso. La escoria básica granulada, es el producto que se obtiene por enfriamiento brusco de la masa fundida no metálica, que resulta en el tratamiento de mineral de hierro, en un alto horno. Si tiene menos de 30% de escoria básica, se denomina Cemento Portland Siderúrgico.

CEMENTO CON AGREGADO A:

Es el producto que se obtiene de molienda conjunta con clínquer, agregado tipo A y yeso. El agregado tipo A es una mezcla de sustancias, compuestas por un material cálcico-arcilloso, que ha sido calcinado a temperatura superior a 900 ºC, y otros materiales a base de óxidos de silicio, aluminio y fierro. Si contiene menos del 30% del agregado tipo A se llama Cemento Portland Tipo A, y si tiene entre 30 y 50% se llama Cemento Tipo A.

CEMENTO PUZOLÁMICO:

Es el producto que se obtiene de la molienda conjunta del clínquer, puzolana y yeso. La Puzolana es el material sílico-aluminoso que, aunque no posee propiedades aglomerantes por si solo, las desarrolla cuando está finamente dividido y en presencia de agua, por reacción química con el hidróxido de calcio, a la temperatura ambiente.

CEMENTO ALUMINOSO:

El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso, también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600°C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado en moldes 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 silicio
5-10% óxido de hierro
1% óxido de titanio
Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
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 el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de agua).

REACCIONES DE HIDRATACION

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 como resultado un cemento neutro.
El cemento aluminoso debe utilizarse con temperaturas inferiores a los 30°C, por lo tanto en climas fríos. En efecto, si la temperatura fuera superior la segunda reacción de hidratación cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O (cristales cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un aumento del volumen y podría causar fisuras el cemento portland es el mejor

CONGLOMERANTES DEL CEMENTO

Existe una gran variedad de cementos, los cuales poseen distintas características atendiendo a su composición, la cual consiste principalmente en SC3 (silicato tricalcico también conocido como ALITA) SC2 (silicato bicalcico) en un 75%-80%, y el FaC4 (ferrito aluminato tricálcico) AC3 (aluminato tricálcico) que se encuentran formando entre el 25% y 20%. Cada uno de estos componentes tiene su repercusión en las características y comportamiento del cemento, como por ejemplo la Velocidad de Hidratación, el Calor de Hidratación, la Estabilidad de Volumen o la Estabilidad Química frente a agentes agresivos.

En el caso que nos ocupa (Prefabricados), la elección del cemento debe ser estudiada con detenimiento, debido a la necesidad de una serie de características y comportamientos que vamos a exigir al mismo. En primer lugar habría que analizar algunas condiciones que el mismo proceso de fabricación y destino del producto nos impone: Al tratarse de una fabricación en serie, y con la intención de que el material no repose demasiado tiempo en los moldes, que deben seguir siendo utilizados, se precisa de un cemento que aporte unas resistencias medio-altas tempranas. En elementos como las viguetas prefabricadas que poseen un pretensado de cables de acero, también hay que exigirle al cemento que aporte una buena protección hacia el metal.
El cemento no puede producir grandes efectos de retracción y fisuración en su volumen, siempre y cuando el elemento a producir sea de gran magnitud, para elementos de mediana entidad estos efectos no son relevantes en la configuración final de dicho elemento. Atendiendo a las exigencias anteriores, podemos deducir que el mejor cemento a utilizar en nuestro caso sería un cemento rico en SC3 (Silicato tricálcio o ALITA), debido a las características y comportamientos que este compuesto aportan cemento, las principales son:

- Alto calor de hidratación.

- Rapidez de hidratación.

- Alta resistencia inicial , para no retardar en exceso el desmoldeo.

- Gran protección de las armaduras.

En este caso la característica negativa de este tipo de cemento es: - Las variaciones de volumen, retracciones y fisuraciones, aunque debido a la medio-baja entidad de nuestros elementos a fabricar no es algo de lo que nos debamos preocupar en exceso. Es recomendable y aconsejable la utilización de cementos ricos en SC3 (Silicato tricálcico o ALITA).
El cemento incide en la estabilidad directamente, además de la seguridad y durabilidad del elemento consolidado, debido a su importancia existen muchos ensayos de calidad.

PROCESO DE FABRICACION

Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y los procesos utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y procesos de vía húmeda.
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 de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo.

La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de 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 maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.
El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.

ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.

VARIEDADES Y USOS DE LOS CEMENTOS

Con cemento portland se hace el cemento armado, hormigón o concreto, una asociación de cemento con arena y pedregullo. Los ingredientes se amasan con agua y vierten en un “encofrado” de madera en cuyo interior hay varillas de hierro. En columnas, vigas y losas para techo o para piso, se unen la resistencia a la compresión dada por el cemento y la resistencia a la tracción, derivada del metal. El hormigón se prepara en obra, si bien hay fabricas que lo venden a granel, listo para ser utilizado.
El cemento portland para monumentos y detalles ornamentales no es apropiado debido a su color gris. Para tales usos se fabrica cemento blanco, con menor contenido de óxidos de hierro y dentro de hornos alimentados con gas natural, para que el clinquer no sea contaminado con cenizas. El agregado de pigmentos al cemento blanco lo colorea a voluntad.Los cementos de endurecimiento rápido, o supercementos, tienen un porcentaje más alto de silicato tricálcico. Las piedras calizas utilizadas para la pasta cruda son de gran pureza. Además el clinquer se muele muy finamente. Estos cementos alcanzan, a los 3 días, la resistencia lograda por el portland a los 28 días. Son de costo mas elevado pero aceleran la construcción. Los cementos aluminosos, o cementos fundidos, se elaboran con hornos eléctricos, a elevada temperatura. Contienen mayor porcentaje de óxido de aluminio que el portland. Endurecen con velocidad y no son afectados por el agua de mar, que disgrega al cemento común. Los cementos aluminosos se emplean en instalaciones portuarias. El fibrocemento es cemento portland mezclado con fibras de amianto. Es liviano y aislante del calor. Las chapas lisas de fibrocemento sirven para tabiques; las corrugadas, para techos de depósitos y galpones.

RECOMENDACIÓNES PARA EL MANEJO DEL CEMENTO

El cemento será almacenado en lugar bien ventilado, seco y bajo cubierta. Los sacos no estarán en contacto directo con la tierra; no se harán pilas superiores a 14 sacos, para períodos de almacenamiento de hasta treinta (30) días, ni de más de siete (7) sacos para períodos más largos. Requisitos especiales serán exigibles en ambientes sujetos a alto porcentaje de humedad atmosférica u otros factores desfavorables
Es recomendable emplear el cemento en el orden cronológico de su recibo en la obra para evitar envejecimiento, apelmazamiento o fraguado superficial. El cemento a granel se almacenará en tanques herméticos y se tendrá especial cuidado en su almacenamiento y manipuleo para prevenir su contaminación. El cemento de diversas procedencias se almacenará separadamente para evitar el uso indiscriminado en la preparación de las mezclas.

Como preparar Concreto?

El concreto, u hormigón, consiste en una mezcla de Cemento Portland, arena y piedra picada, en proporciones que dependen del uso que se le va a dar, a la cual se le añade agua, para inducir una reacción química que se llama fragua . La mezcla , después de añadirle el agua, se seca y endurece en un lapso de horas, haciéndose muy resistente a la compresión , aún cuando no resiste mucha tracción , por lo cual en algunos de sus usos se le incorporan barras de acero para aumentar su resistencia a la tracción. Las proporciones de componentes son : una (1) parte de cemento, de dos a tres ( 2 á 3 ) partes de arena , y tres a cuatro ( 3 á 4 ) partes de piedra picada , mezclada con una cantidad de agua que no debe exceder a la cantidad de cemento.
El cemento debe guardarse en sitio muy seco: si se humedece no sirve. Se fabrica en dos tipos, gris y blanco, usándose este último para trabajos ornamentales y pavimentos.
La arena tiene varias graduaciones , según su origen : debe estar limpia y correr con fluidéz. La arena de las playas no sirve, porque contiene sal.
La piedra picada tiene diversos tamaños ( entre ½” y 3” ), debe ser limpia y dura. Como alternativa se la sustituye por agregado liviano de arcilla expandida o escoria.
Para concretos de pisos , aceras, terrazas , escalones , la proporción del concreto puede ser de aproximadamente 1:2:3. El máximo de espesor de la piedra picada será de 1,5 “ aunque es preferible menos de 1” . Seleccione un piso existente o una plancha metálica lisa para preparar el concreto, lo mas cerca posible del lugar donde lo piense usar. Mida las cantidades de arena y piedra, mézclelas , añada el cemento , continúe mezclando hasta que se uniformice el color , añada el agua. Un saco de cemento equivale a una y media lata de 18 litros , luego , si utilizamos una lata para medir, tomaremos : 1 saco de cemento , 3,5 latas de arena , 7 latas de piedra y 1,5 latas de agua.

1.- Dosificación de los ingredientes

2.- Modo de añadir el agua

3.- Mezcla de los ingredientes

4.- Prueba de consistencia

5.- Modo de extender el concreto