Tema-Mecanismos de Acción Cementante

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE ARQUITECTURA Y INGENIERIA CIVIL

“MECANISMOS DE ACCIÓN CEMENTANTE”

PRESENTADO POR:

ALVAREZ ALVAREZ CORDOVA CO RDOVA,, Neftaly Nefta ly CUPE ALARCON, Efrain SUPO BUSTINCIO, Rnal! CURSO" #UIMICA DOCENTE" ING. FORTUNATO VARGAS MORAN

SEMESTRE

: III

JULIACA - PERÚ 2016

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TIPOS DE CEMENTO La industria de cemento en el Perú produce los tipos y clases de cemento que son requeridos

en

el

mercado

nacional,

según

las

características

de

los

diferentes procesos que comprende la construcción de la infraestructura necesaria para el desarrollo, la edificación y las obras de urbanización que llevan a una mejor calidad de vida. Los diferentes tipos de cemento que se encuentran en el mercado cumplen estrictamente con las normas nacionales e internacionales. De esta manera eiste una gran variedad de este material !cemento", de distintos componentes, productores y precios, pero casi todos con la misma finalidad.

Cemento Portland #l cemento Portland es un conglomerante o cemento $idr%ulico que cuando se mezcla con %ridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa p&trea resistente y duradera denominada $ormigón. #s el m%s usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del $ormigón !llamado concreto en varias partes de 'ispanoam&rica". (omo cemento $idr%ulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

Composición: )

(emento compuesto de una mezcla de caliza y arcilla, que fragua muy despacio y es muy resistente* al secarse adquiere un color semejante al de la piedra de las canteras inglesas de Portland.

La fabricación del cemento Portland se da en tres fases+ •

preparación de la mezcla de las materias primas

•

producción del cliner

•

preparación del cemento.

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Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen+ •

óido de calcio !-- ",

•

óido de silicio !/-,0 ",

•

óido de aluminio !1,0 ",

•

óidos de $ierro !1 "

•

2ido de magnesio !/,3 ".

Cemento portland tipo l (cemento común, para usos generales: 4ormal es el cemento portland destinado a obras de concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo.

Cemento portland tipo ll (Cemento modiicado para usos generales: de moderada resistencia a los sulfatos es el cemento portland destinado a obras de concreto en general y obras epuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de $idratación, cuando así sea especificado.

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TIPO III, cemento de alta resistencia inicial 5ecomendable cuando se necesita una resistencia temprana en una situación particular de construcción. #ste cemento se obtiene por un molido m%s fino y un porcentaje m%s elevado de (16 y (17. #l $ormigón tiene una resistencia a la compresión a los 1 días aproimadamente igual a la resistencia a la compresión a los 8 días para los tipos 9 y 99 y una resistencia a la compresión a los 8 días casi igual a la resistencia a la compresión a los :; días para los tipos 9 y 99. 7in embargo, la resistencia última es m%s o menos la misma o menor que la de los tipos 9 y 99. Dado que el cemento tipo 999 tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en $ormigones masivos. (on un /0 de (16 presenta una mala resistencia a los sulfatos. #l contenido de (16 puede limitarse al ; para obtener una resistencia moderada a los sulfatos o a 0 cuando se requiere alta resistencia.

TIPO I!" Cemento de #a$o calor de %idratación . Los porcentajes de (:7 y (-6< son relativamente altos* #l bajo calor de $idratación en el cemento tipo 9= se logra limitando los compuestos que m%s influyen en la formación de calor por $idratación, o sea, (16 y (17. Dado que estos compuestos tambi&n aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. #ste cemento se usa para estructuras de $ormigón masivo, con bajas relaciones superficie>volumen. 5equiere muc$o m%s tiempo de curado que los otros tipos.

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TIPO !" Cemento resistente a los sulatos. La resistencia al sulfato se logra minimizando el contenido de (16 !?0", pues este compuesto es el m%s susceptible al ataque por sulfatos. #ste tipo se usa en las estructuras epuestas a los sulfatos alcalinos del suelo o del agua, a los sulfatos de las aguas fre%ticas y para eposición al agua de mar. Las resistencias relativas de los $ormigones preparados con cada uno de los cinco tipos de cemento se comparan en la tabla /.@, a cuatro edades diferentes* en cada edad, se $an normalizado los valores de resistencia para comparación con el $ormigón de cemento tipo 9.

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Cemento portland Pu&ol'nico #l eco)material Cemento Pu&ol'nico CP) es un aglomerante $idr%ulico, producido por la mezcla íntima de un material conocido como puzolana y cal $idratada, finamente molidos. 7u fraguado es algo m%s lento que el del cemento Portland, pero tiene la ventaja de que va fijando lentamente la cal liberada en la $idratación del cliner en un proceso que se prolonga durante muc$o tiempo, por lo que el cemento va ganando, con la edad, en resistencia tanto mec%nica como química, superando en ambas al portland. Los aglomerantes cal)puzolana tienen su origen reconocido en las construcciones $ec$as por los romanos. 'oy en día se conservan aún las ruinas de los grandes edificios construidos con este material.

Cemento Portland Pu&ol'nico Tipo IP .) Para usos en construcciones generales de concreto. #l porcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre /0 y -A.

Cemento Portland Pu&ol'nico Modiicado Tipo IPM .) (emento Portland Puzol%nico modificado para uso en construcciones generales de concreto. #l porcentaje adicionado de puzolana es menor de /0. QUIMICA

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Cemento Portland de escoria de alto %orno #l cemento que contiene escoria de alto $orno se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de cliner Portland y escoria granulada de alto $orno, con la adición eventual de sulfato de calcio. #l contenido de escoria granulada de alto $orno debe estar comprendido entre :0 y 30 en peso del total. #l cemento Portland de escoria modificado tiene un contenido de escoria granulada menor que el :0. La escoria granulada de alto $orno, es el subproducto del tratamiento de minerales de $ierro en el alto $orno, que para ser usada en la fabricación de cementos, debe ser obtenida en forma granular por enfriamiento r%pido y adem%s debe tener una composición química conveniente.

Cemento Tipo MS Bue corresponde a la norma de performance de cementos Portland adicionados, en el tipo de moderada resistencia a los sulfatos.

Cemento Portland Compuesto Tipo *Co, #s un cemento adicionado obtenido por la pulverización conjunta de cliner portland, materias calizas como travertino y>o $asta un m%imo de 1A de peso.

Cemento de +l#ailer-a #l cemento de albaCilería es el material obtenido por la pulverización conjunta de cliner Portland y materiales que aún careciendo de propiedades $idr%ulicas o puzol%nicas, mejoran la plasticidad y la retención de agua, $aci&ndolos aptos para trabajos generales de albaCilería.

CONC./SION: 6l $aber concluido este informe, estaremos en la capacidad de conocer que es el cemento y cu%les son sus propiedades de acuerdo a sus tipos, ya sean cementos Pórtland o especiales. ambi&n tendremos el conocimiento de la $istoria del cemento en el mundo y en el Perú, así como tambi&n las principales f%bricas de cemento del mundo, y las fabricas de cemento en el Perú. 6sí tambi&n se $a conocido acerca de las últimas tecnologías acerca del cemento como es el caso de las carpas de concreto. QUIMICA

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P0OD/CCI1N DE CEMENTO PO0 EMP0ES+ EN PE0/ Las empresas cementeras en Perú, producen los siguientes tipos de cemento+

Cemento +ndino S"+" (emento Portland ipo 9 (emento Portland ipo 99 (emento Portland ipo = (emento Portland Puzol%nico ipo 9 !PE"

Cementos .ima S"+" (emento Portland ipo 9* Earca F7olF (emento Portland ipo 9P ) Earca F7uper (emento 6tlasF

Cementos Pacasma2o S"+"+" (emento Portland ipo 9 (emento Portland ipo 99 (emento Portland ipo = (emento Portland Puzol%nico ipo 9P (emento Portland E7)67E ()//08 (emento Portland (ompuesto ipo /(o

Cementos Sel3a S"+" (emento Portland ipo 9 (emento Portland ipo 99 (emento Portland ipo = (emento Portland Puzol%nico ipo 9P (emento Portland (ompuesto ipo /(o

Cemento Sur S"+" (emento Portland ipo 9 ) Earca F5umiF (emento Portland Puzol%nico ipo 9PE ) Earca F9ntiF (emento Portland ipo 99G (emento Portland ipo =G QUIMICA

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4ura S"+" (emento Portland ipo 9 (emento Portland ipo 9P (emento Portland ipo 9PE

CO00OSI1N EN PIED0+ DE CONC0ETO Mecanismos de corrosión en concreto La integridad de una estructura de concreto armado depende tanto de la calidad de sus componentes como de su dosificación, para lograr las mejores propiedades que garanticen un periodo de vida útil prolongado. La barrera de protección que le proporciona el concreto a la varilla de acero es reforzada por el valor de p' alcalino que se alcanza despu&s de las reacciones de $idratación del cemento, que pasivan al elemento met%lico y lo protegen químicamente. 7in embargo, la interacción con el medio ambiente provoca que la protección se vea disminuida. Los principales agentes agresivos son los cloruros en regiones marinas y la carbonatación en zonas rurales e industriales. La combinación de los agentes agresivos tiene un efecto sin&rgico, acelerando el proceso de degradación de las estructuras de concreto. (uando los agentes agresivos no est%n presentes desde la elaboración del concreto, &stos penetran a trav&s de &l cuando la estructura es puesta en servicio. 6l llegar a la superficie del metal, provocan que la corrosión se QUIMICA

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desencadene. Hna vez que la corrosión se $a desencadenado, &sta se manifestar% bajo tres vertientes+ /. 7obre el acero, con una disminución de su di%metro inicial y por lo tanto de su capacidad mec%nica. :. 7obre el concreto, debido a que al generarse acumulación de óidos epansivos en la interface acero)concreto, provoca fisuras y desprendimientos. 1. 7obre la ad$erencia acero>concreto. Desde el punto de vista de la corrosión del acero en el concreto, utti:3 definió un modelo muy sencillo que representa el tiempo que tarda una estructura de concreto proporcionando servicios para los cuales $a sido diseCada. #ste modelo se divide en dos periodos.

Periodo de iniciación: iempo en que tarda el agente agresivo en atravesar el recubrimiento, alcanzar el acero y provocar el rompimiento de la capa de óido protector. Periodo de propagación: (omprende la acumulación progresiva del deterioro, $asta que alcanza un nivel inaceptable.

#stos periodos se ilustran en la 5igura N6 * .

Durante el periodo de iniciación los agentes agresivos llegan a la superficie del metal e inician el proceso de corrosión. Los agentes m%s comunes son los QUIMICA

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iones cloruro y la neutralización de la pasta de concreto conocida como carbonatación.

*" Car#onatación La carbonatación en el concreto es la p&rdida de p' que ocurre cuando el dióido de carbono atmosf&rico reacciona con la $umedad dentro de los poros del concreto y convierte el $idróido de calcio con alto p' a carbonato de calcio, que tiene un p' m%s neutral IPor qu& es un problema la p&rdida de p'J Porque el concreto, con su ambiente altamente alcalino !rango de p' de /: a /1", protege al acero de refuerzo a$ogado contra la corrosión. #sta protección se logra por la formación de una capa de óido pasivo sobre la superficie del acero que permanece estable en el ambiente altamente alcalino. #sta es la misma capa pasivadora que atacan los cloruros cuando alcanzan el acero de refuerzo epuesto a sales descongelantes y ambientes marinos. #l p' del concreto puede cambiar por el ingreso de diversas sustancias desde el medio ambiente. #stas sustancias son principalmente el (K: que se encuentra de manera natural en el aire y el 7K1 que se produce de la combustión de combustibles fósiles. De estos, el (K: en el aire es de mayor importancia, de a$í el nombre de carbonatación. 9nicialmente el (K: no es capaz de penetrar profundamente dentro del concreto, debido a que reacciona con el calibre del concreto superficial !
Dando como resultado un cambio en el p'+

6unque la porción de mezcla eterna del concreto se carbonata r%pidamente, el (K: continúa su ingreso a mayor profundidad y cuando el p' alrededor del acero de refuerzo es cercano a @, la capa

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de óido protector pierde su estabilidad termodin%mica, !ver
7i el poro est% seco, como se muestra en la
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7i los poros est%n llenos de agua !
La carbonatación se presenta comúnmente en medios rurales y con mayor incidencia en zonas urbanas, en las que se alcanzan grandes concentraciones de óidos sulfurosos !7K" y nitrosos !4K", que son combinados con el agua de la $umedad ambiental formando los respectivos %cidos sulfurosos y nitrosos. #n zonas de alta contaminación ambiental y altas precipitaciones pluviales, el p' llega a tomar valores cercanos a -, lo que se conoce como lluvia %cida, que afecta las estructuras de concreto de la misma forma que la carbonatación.

+lgunos actores 7ue aectan la car#onatación" 

#l aumento de carbonatación depende, en gran medida, del contenido de $umedad y permeabilidad del concreto.

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

Para que tenga lugar la carbonatación, debe $aber presencia de $umedad. La reacción de carbonatación avanza m%s r%pidamente cuando la $umedad relativa en el concreto se encuentra entre 0A y 00



por ciento. 5ecubrimiento del concreto y defectos de superficie. La carbonatación puede inclusive causar problemas de corrosión aun en concreto de alta calidad. Hn recubrimiento bajo del concreto y defectos de superficie tales como grietas y pequeCos $oyos proporcionan una ruta



directa al acero de refuerzo. Durante la construcción original, las esquinas son tambi&n %reas donde con frecuencia el concreto no est% bien compactado. Los $uecos y los agregados epuestos de la superficie reducen el recubrimiento de concreto, permitiendo que la carbonatación alcance r%pidamente el acero.

8" Cloruros La corrosión inducida por cloruro se presenta en nuestro país en estructuras epuestas al medio marino. Los iones cloruro est%n presentes en el agua de mar, pero es posible que tambi&n los desplace el viento de la brisa marina a la zona costera y los deposite en estructuras de concreto cercanas a la línea de mar. Ktra fuente de cloruros es en el agua de amasado, lo cual aumenta el alto riesgo de corrosión. De acuerdo al modelo de vida útil, tambi&n es necesario que los iones cloruro avancen desde el eterior $asta llegar al nivel de la varilla. Hna vez que llegan al acero, se acumulan $asta alcanzar una concentración crítica, la cual tiene la capacidad de romper la estabilidad de la película pasiva y dar inicio al proceso de corrosión.

5actores 7ue lle3an a la corrosión 5actores in%erentes al medio corrosi3o emperatura –

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4aturaleza del medio

5actores in%erentes al material 4aturaleza del metal o aleación. –

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Presencia de inclusiones en la


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•

(oncentración de oígeno p'

superficie. –

'umedad

–

(ontaminantes

–

6cción de microrganismos (orrientes eternas

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–

'omogeneidad de su estructura. ratamientos t&rmicos. ensiones residuales. Nrietas o defectos superficiales. 9ncrustaciones de óidos o poros.

ensiones aplicadas

La corrosión en el armado de los $ormigones de concreto, es una de las patologías m%s frecuentes, el aumento de volumen en las varillas de acero, producto de la oidación, provocan

la aparición de fisuras y

desprendimientos en el $ormigón.

Corrosión en el concreto: •

#l acero en el concreto se encuentra usualmente en condición pasiva, no corroído. 7in embargo, el concreto reforzado con acero es frecuentemente utilizado en ambientes severos donde est% presente el agua de mar o las sales de des$ielo. (uando los cloruros se mueven dentro del concreto, provocan la ruptura de la capa pasiva de protección del acero, causando que &ste se oide y se delamine.

•

La carbonatación del concreto es otra causa de la corrosión del acero. (uando el concreto se carbonata $asta el nivel de la barra de acero, el ambiente normalmente alcalino que protege el acero de la corrosión, es reemplazado por un ambiente m%s neutral. Oajo estas condiciones el acero no permanece pasivo y comienza una corrosión r%pida. #l ritmo de corrosión debido al recubrimiento de concreto carbonatado es m%s lento que la corrosión inducida por cloruros.

•

Kcasionalmente, la falta de oígeno que rodea la barra de acero causar% que el metal se disuelva, conduciendo a un líquido de p' bajo.

+m#iente a3ora#le para la corrosión: •

#l problema de corrosión en las estructuras de concreto, especialmente en pilotes de estructuras marinas, es uno de los mas frecuentes debido al contacto directo con el mar.

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•

#l agua de mar contiene aproimadamente 1.0  de sal !predominantemente (loruro de 7odio" así como algunos minerales y materia org%nica, si a esto agregamos una $umedad conteniendo Kigeno disuelto !primer agente corrosivo" estamos ante el ambiente ideal para el proceso de corrosión.

•

#l ataque químico del $ormigón, se origina por la acción de los cloruros y sulfatos del agua marina, que se combinan con el cemento, formando compuestos solubles como $idróido de magnesio, que se epande y eplosiona dentro del $ormigón en los moldajes !causa grietas y fisuración".

•

#ste tipo de ataque es m%s r%pido en aguas tibias y es de mayor significancia en aguas tropicales.

Pro#lemas corrosi3os m's recuentes: •

'ielo ) des$ielo. #ste ataque, en un $ormigón fisurado o poroso, es la m%s destructiva de todas las fuerzas, debido al aumento de volumen del agua, al pasar de líquido a sólido.

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•

(orrosión de armaduras. #l cambio m%s serio que se produce en una estructura de $ormigón armado en ambiente marino, es la corrosión de sus armaduras. #n t&rminos generales, este fenómeno se produce en

un

$ormigón

poroso

y permeable,

que est% epuesto

alternativamente al agua salada y al aire, en las zonas epuestas a la marea y salpicadura de las olas

Como sa#er si una estructura esta corro-da: •

La corrosión ocurre antes de que se evidencie eteriormente, por el desprendimiento del $ormigón que recubre la armadura.

•

Neneralmente, la corrosión se presenta por sobre el nivel mínimo de mareas. La mayor parte de la corrosión se produce en la zona de amplitud de mareas y zonas epuestas a salpicaduras.

•

La corrosión se presenta en forma de grietas localizadas, algunas veces, se presenta a gran altura por sobre el nivel m%imo de mareas. #n las estructuras con arcos, se presenta en la clave, debido a la propagación interna de la corrosión.

•

7iempre, el $ormigón del entorno de la zona corroída, es altamente permeable, fisurado y de baja resistencia.

•

#n el $ormigón del entorno de la barra corroída, se $a encontrado invariablemente, una alta concentración de sales marinas.

•

•

La naturaleza de la corrosión es galv%nica. #l avance de la corrosión es mayor, mientras menor sea la resistencia el&ctrica del $ormigón.

•

Las posibilidades de corrosión disminuyen a medida que aumenta la profundidad, debido a que disminuye el oígeno disuelto en el agua, pero en el fondo, y por diferencia de concentración de oígeno en el agua y suelo marino, se produce una pila, lo que da origen a una zona potencial propensa a la corrosión, sobre todo, si el fondo, se encuentra a poca profundidad.

•

La circulación de corriente alterna por el $ormigón armado, no tiene ningún efecto corrosivo apreciable y conocido, sobre las armaduras de acero.

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•

4o se considera el ataque químico al $ormigón, como causa directa de la corrosión de las armaduras

Eectos de la corrosión  

6parición de manc$as, grietas y desprendimientos o deslaminaciones. La corrosión lleva generalmente, la p&rdida de la competencia estructural* por la destrucción del concreto* por la corrosión del acero que, cuando es generalizada produce reducción de la sección de la barra y p&rdida de ad$erencia y cuando es localizada produce picaduras que originan concentraciones de esfuerzos que puede llevar a la rotura de las barras con resultados generalmente graves.

Pre3enir la corrosión •

(alidad del cemento, que debe estar certificados por las normas 956E 0A.AAA/

•

5elación agua>cemento, el eceso de agua provoca la perdida de resistencia

y $abr% mayor evaporación, causando mayores

deformaciones por contracción y aumento de la porosidad en el $ormigón. •

5ecubrimiento del acero, debe tener como mínimo de :.0 cm., para evitar que el proceso de carbonatación en el $ormigón llegue al acero o armado del $ormigón.

•

La primera defensa contra la corrosión de acero en el concreto es la calidad del concreto y recubrimiento suficiente alrededor de las barras de refuerzo.

•

(urado del $ormigón en losas, consiste en mantener $umedecida la pasta cementante, esto puede $acerse mediante un regado periódico durante el primer día en las $oras de mayor incidencia solar y luego seis días m%s por maCana y la tarde.

•

#s importante tener en cuenta que solo $ay que $umedecer la superficie* cuidando no agregar en eceso el agua a la superficie para evitar formar capilares por donde tratara de salir el agua.

•

#n las estructuras eistentes es importante detectar las patologías y actuar a tiempo evitando que se produzca el deterioro de parcial o total de la estructura, que ser% m%s costosa para su reparación.

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Hna


solución para estos casos es aplicar un sistema anticorrosivo en los sectores afectados por el oido, sacando toda la capa de $ormigón que se encuentra floja, limpiando los $ierros para eliminar el oido y colocando imprimación de anti oido, luego se pinta el sector a reparar con puente de ad$erencia para unir el material nuevo con el viejo, y se realiza la separación con mortero de cemento.

Conclusiones #l deterioro por corrosión de las estructuras de concreto armado es de gran magnitud debido a su impacto económico, por lo cual es importante conocer las causas de su origen y desarrollo para controlarlo a fin de prolongar la vida útil de las obras civiles. La influencia del medio ambiente en el deterioro del concreto es fundamental, siendo característica para medios marino, urbano y rural. #s por esta razón que el concreto debe ser diseCado con los requerimientos específicos de servicio para cada estructura de acuerdo al sitio en que sea construida.

9i#liogra-a 

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Tema-Mecanismos de Acción Cementante

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