Propiedades Fisicas y Quimicas Del Cemento

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Propiedades físicas y químicas del cemento

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DEL CEMENTO PROPIEDADES QUIMICAS: a. MODULO DE FUNDENTES (MF): El valor límite aproximado es: MF = % Al2O2

= [1.5-2.5]

% Fe2O3

El modulo de fundentes, es un valor que no afecta a las resistencias a largo plazo, sino tan solo a las resistencias iniciales cuando es elevado. Influye sobre la mayor o menor facilidad de clinkerizacion por su acción sobre la viscosidad de la fase liquida a alta temperatura. Al disminuir su valor, como se consigue normalmente por una adición al crudo de 1% a 2% de Fe 2O3, disminuye la temperatura de combinabilidad del Clinker; en igualdad descomposición deja más CaO disponible aumentando el contenido de silicatos y disminuyendo el contenido de aluminato tricálcico (C3Al). Este es la base para la elaboración de cementos especiales resistentes a la acción agresiva de los sulfatos, limitando el contenido de C 3Al, entre 3% y 5%.Cuando el M.F., es igual a 0.64, todo el oxido de aluminio forma el ferroaluminato tetracálcico (C 4AlFe), en cuyo caso no cristaliza prácticamente el C3Al. Este tipo de Clinker, constituye el fundamento de los cementos resistentes a los sulfatos.

b. COMPUESTOS SECUNDARIOS DEL CEMENTO 

Oxido de magnesio (MgO) Pese a ser un componente menor, tiene importancia ya que si tiene un

contenido mayor a un 5% trae problemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida. 

Óxidos de potasio Y SODIO (K2O, Na2O) [Álcalis] Tienen importancia para casos especiales de reacciones químicas en ciertos agregados y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos.

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Oxido de manganeso (Mn2 O3) No tiene importancia en las propiedades del cemento salvo en su coloración que tiende a ser marrón en algunos casos si se excede el contenido al 3%; en algunos casos se ha detectado que si se excede

el 5% se obtiene una reducción de la resistencia a largo plazo.

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Oxido de titanio (TiO2) Tiene cierta influencia en la resistencia, reduciendo su resistencia

para contenidos mayores a 5%. Para contenidos menores no tiene mayor trascendencia.

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Oxido de fierro Tiene una gran influencia en el color que toma el cemento.

c. PERDIDA DE CALCINACIÓN La pérdida por calcinación es la disminución relativa de peso del cemento al calentarlo a 1000 °C. En este calentamiento se desprende principalmente agua e hidróxido de carbono. El H 2O proviene de varios orígenes: en primer lugar de que en las fábricas se rocía el clínquer con agua para enfriarlo, lo que produce una pequeña hidratación superficial; en segundo lugar, de la humedad del aire absorbida por el mismo Clinker; en tercer lugar, del agua que lleva el yeso, ya que este no pasa por el horno de fabricación. El CO 2 proviene de la absorción del aire.

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d. RESIDUO INSOLUBLE El residuo insoluble se refiere a la parte del cemento que se disuelve en ácido clorhídrico. Es un

índice para saber si la clinquerización ha sido, o no, completa , o sea, es un índice de que el proceso de fabricación ha sido bien efectuado.

PROPIEDADES FISICAS: a. SUPERFICIE ESPECIFICA Se llama superficie específica de un polvo a la superficie (expresada, por ejemplo, en cm2) de un gramo de este polvo igual a la suma de las superficies individuales de todos los gramos. La superficie especifica de las diferentes materias son muy variables ; la del cemento esta comprendida entre

2500 y 4500 cm2/g (BLAINE). Precisemos, sin embargo, que la superficie así definida no es la superficie real ya que los métodos que permiten obtenerla no tienen en cuenta mas que de un modo imperfecto las fisuras y sinuosidades que existen en la superficie de los granos. La superficie medida proporciona así y toda una referencia útil, elemento importante en el control de fabricación. Es interesante también conocer porque los fenómenos de fraguado son primeramente fenómenos superficiales; es la superficie del cemento la que primero se hidrata y el grado de hidratación esta relacionado con esta superficie. El método de medida de la superficie específica mas corrientemente usado consiste en hacer circular un fluido a través del polvo que se estudia. Para el cemento este fluido es el aire. Los granos de cemento cuyo tamaño van de 2 a 200 µ, aproximadamente, son suficientemente gruesos para que los huecos que ellos dejan entre si sean superiores al recorrido libre medio de la moléculas de aire.

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Para calcularla podemos utilizar dos métodos: 

Método de Blaine

La determinación de la finura del cemento se basa en el hecho de que la velocidad de paso del aire a través de una capa de material con determinada porosidad es función del número y del tamaño de los huecos existentes en la capa, los cuales dependen del tamaño de las partículas del material, y por lo tanto, de la superficie específica de éste. Consiste en aspirar el aire a través de la capa de polvo por medio de una perilla de caucho y un manómetro. 

Turbidimetro de Wagner

El turbidímetro de Wagner consiste fundamentalmente de una fuente luminosa: de intensidad constante, ajustada, de manera que los rayos de luz pasen a través de una suspensión de cemento e incidan sobre una célula fotoeléctrica. La corriente generada se mide con un microamperímetro y la lectura es una medida de la turbiedad de la suspensión, Esta turbiedad es, a su vez, una medida de la superficie específica del cemento.

b. TIEMPO DE FRAGUADO: Para determinar si un cemento fragua de acuerdo con los tiempos especificados en la norma ASTM C 150 , se efectúan pruebas usando el aparato de Vicat (ASTM C

191) o la aguja de Gillmore. El fraguado inicial de la pasta de cemento no debe ocurrir demasiado pronto; el fraguado final tampoco debe ocurrir demasiado tarde. Los tiempos de fraguado indican si la pasta esta desarrollando sus reacciones de hidratación de manera normal.

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El yeso regula el tiempo de fraguado en el cemento . También influyen sobre el tiempo de fraguado la finura del cemento, la relación agua-cemento, y los aditivos usados. Los tiempos de fraguado de los concretos no están relacionados directamente con los tiempos de fraguado de las pastas debido a la pérdida de agua en el aire (evaporación) o en los lechos y debido a las diferencias de temperatura en la obra en contraste con la temperatura controlada que existe en el laboratorio.

DESPUES DEL FRAGUADO

ANTES DE FRAGUADO

c. Falso fraguado: El falso fraguado (Norma ASTM C 451 para el método de la pasta y norma ASTM C 359 para el método del mortero), se comprueba por una considerable pérdida de plasticidad sin que se

desarrolle calor en gran abundancia poco tiempo después del mezclado. Desde el punto de vista de la colocación y del manejo, las tendencias del cemento portland a provocar fraguado falso no causarán dificultades si el concreto se mezcla un mayor tiempo de lo normal o si es remezclado sin agregarle agua antes de ser transportado y colado.

d. Resistencia mecánica del cemento El cemento al hidratarse con el agua constituye la matriz que asegura la resistencia del esqueleto de agregados que conforman morteros y concretos. La resistencia Intrínseca del cemento es función creciente del contenido de silicatos cálcicos en el Clinker y de la finura de molienda, como parámetros básicos. El incremento de resistencia en el tiempo depende de la relación entre el C 3S

que genera las resistencias iniciales y el C 2S que contribuye posteriormente. En las pastas endurecidas, independientemente de la resistencia propia del cemento, la resistencia se debe al volumen de producto de hidratación que se forman en la expansión definida por el cemento y el agua de mezcla. Factor que en cierta medida se expresa en la clásica relación agua / cemento.

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La resistencia de los aglomerados reside en las condiciones de adherencia pasta-agregado y/o en la resistencia intrínseca de la pasta. Debe recordarse que la resistencia de los agregados excede en mucho la resistencia de la pasta y aquella que normalmente deben asumir los elementos de concreto. La resistencia del concreto difiere según el tipo de solicitación que se le impone ; por

ejemplo, en compresión resiste diez veces más que la tracción. Siendo la resistencia a la compresión la más alta, el concreto tiene una vocación natural para cumplir este régimen de trabajo; reforzándose con barras de acero que asumen las tensiones de tracción o sometiéndose a un estado de coacción previa que compensa la tracción. Por otra parte, la resistencia de compresión constituye un índice general de calidad, pues guarda correlación con el módulo de elasticidad y es un eficiente indicador de durabilidad.

RESISTENCIA A LA COMPRESION

RESISTENCIA A LA FLEXION

e. Estabilidad de volumen: El cemento tiene estabilidad de volumen cuando, después de su endurecimiento no surgen en él reacciones expansivas que debiliten o destruyan su estructura ya consolidada. La estabilidad de

volumen es puesta en peligro por cantidades notables de MgO libre (periclasa),a causa de la expansión debida a la magnesia, por lo cual la norma alemana DIN 1164 solo tolera un contenido porcentual de MgO del 5.0 % en masa. También el exceso de sulfatos en el cemento es una

amenaza para la estabilidad de volumen de este , por la expansión causada por aquellos, en previsión de lo cual norma DIN 1164 fija limites superiores para el contenido de SO3.

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Finalmente, grandes cantidades de CaO (cal libre) pueden atentar también contra la estabilidad

de volumen del cemento por la expansión debida a dicha cal, y como consecuencia de ello se ha impuesto la realización del ensayo y cocción.

f.

CALOR DE HIDRATACION:

Se llama calor de hidratación al calor que se desprende durante la reacción que se produce entre el agua y el cemento al estar en contacto, el contacto se puede llevar a cabo aún si el agua está en forma de vapor, por lo que es muy importante que el cemento esté protegido del medio ambiente ya sea en sacos o en silos, hasta el momento en que se le mezcle con el agua. El calor de hidratación que se produce en un cemento normal es del orden de 85 a100 cal/g. La Tabla 6.3 presenta una apreciación cualitativa de la participación de los compuestos principales del cemento Portland en la rapidez de reacción con el agua y en el calor de hidratación por unidad de compuesto.

Tabla: Los Compuestos Principales del Cemento en el Calor de Hidratación.

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