El cemento

HistoriaDesde la antigüedad se emplearon pastas y morteros elaborados con arcilla o greda, yeso y cal para unir mampuestos en las edificaciones. El cemento se empezó a utilizar en laAntigua Grecia utilizando tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini, los primeros cementos naturales. En el siglo I a. C. se empezó a utilizar en la Antigua Roma, un cemento natural, que ha resistido la inmersión en agua marina por milenios, los cementos Portland no duran más de los 60 años en esas condiciones; formaban parte de su composición cenizas volcánicas obtenidas en Pozzuoli, cerca del Vesubio. La bóveda del Panteón es un ejemplo de ello. En el siglo XVIII John Smeaton construye la cimentaciónde un faro en el acantilado de Eddystone, en la costa Cornwall, empleando un mortero de cal calcinada. El siglo XIX, Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 elPortland Cement, denominado así por su color gris verdoso oscuro similar a la piedra de Portland. Isaac Johnson, en 1845, obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura. En el siglo XX surge el auge de la industria del cemento, debido a los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán Michaélis, que logran cemento de calidad homogénea; la invención del horno rotatorio para calcinación y el molino tubular y los métodos de transportar hormigón fresco ideados por Juergen Heinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907.Tipos de cemento

Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente;2. de origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o volcánico.

Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio,

obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja.Propiedades generales del cemento

Buena resistencia al ataque químico. Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario. Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. Conversión interna. Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad. Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico.

Está prohibido el uso de cemento aluminoso en hormigón pretensado. La vida útil de las estructuras de hormigón armado es más corta.El fenómeno de conversión (aumento de la porosidad y caída de la resistencia) puede tardar en aparecer en condiciones de temperatura y humedad baja.El proyectista debe considerar como valor de cálculo, no la resistencia máxima sino, el valor residual, después de la conversión, y no será mayor de 40 N/mm2.

Se recomienda relaciones A/C ≤ 0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los recubrimientos (debido al pH más bajo).

Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio Fraguado: Normal 2-3 horas. Endurecimiento: muy rápido. En 6-7 horas tiene el 80% de la resistencia. Estabilidad de volumen: No expansivo. Calor de hidratación: muy exotérmico

Proceso de fabricaciónEl proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:

1. Extracción y molienda de la materia prima2. Homogeneización de la materia prima3. Producción del Clinker4. 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.Componentes y propiedades del cementoEl cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de  reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos debe producir un hormigón o mortero que conserve su trabajabilidad durante un tiempo suficiente, alcanzar unos niveles de resistencias preestablecido y presentar una estabilidad de volumen a largo plazo.El endurecimiento hidráulico del cemento se debe principalmente a l hidratación de los  silicatos de calcio, aunque también pueden participar en el  proceso de endurecimiento otros compuestos químicos, como por ejemplo, los aluminatos. La suma de las proporciones de óxido de calcio reactivo (CaO) y de dióxido de silicio reactivo (SiO2) será al menos del 50% en masa, cuando las proporciones se determinen conforme con la Norma Europea EN 196-2.Los cementos están compuestos de diferentes materiales (componentes) que adecuadamente dosificadas mediante un proceso de producción  controlado, le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y resistencias adecuadas al uso deseado.

Existen, desde el punto de vista de composición normalizada, dos tipos de componentes: Componente principal: Material inorgánico, especialmente seleccionado, usado en proporción superior al 5% en masa respecto de la suma de todos los componentes principales y minoritarios. Componente minoritario: Cualquier componente principal, usado en proporción inferior al 5% en masa respecto de la suma de todos los componentes principales y minoritarios.

Descripción de los componentesCaliza (L)

Especificaciones: CaCO3 >= 75% en masa. Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g. Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,50% en masa.

Caliza (LL)Especificaciones:

CaCO3 >= 75% en masa. Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g. Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,20% en masa.

Cenizas volantes calcáreas (W)Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante calcárea es un polvo fino que tiene propiedades hidraúlicas y/o puzolánicas. Composición: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones:

CaO reactivo > 10,0% en masa si el contenido está entre el 10,0% y el 15,0% las cenizas volantes calcáreas con más del 15,0% tendrán una resistencia a compresión de al menos 10,0 Mpa a 28 días SiO2 reactivo >= 25% Expansión estabilidad) <= 10 mm Pérdida por calcinación <= 5,0% en masa si está entre el 5,0% y 7,0% en masa (pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al hielo, y la ompatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización)

Cenizas volantes silíceas (V)Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante silícea es un polvo fino de partículas esféricas que tiene propiedades puzolánicas. 

Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones:

(SiO2) reactivo >= 25% CaO reactivo < 10,0% en masa CaO libre < 1,0% en masa si el contenido es superior al 1,0% pero inferior al 2,5% es también aceptable con la condición de que el requisito de la expansión (estabilidad) no sobrepase los 10 mm Pérdida por calcinación < 5,0% en masa si el contenido está entre el 5,0% y 7,0% en masa pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al al hielo, y la compatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización.

Clínker (K)El clínker de cemento portland es un material hidráulico que se obtiene por sintetización de una mezcla especificada con precisión de materias primas (crudo, pasta o harina). Composición química: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones:

(CaO)/(SiO2) >= 2,0 MgO <= 5,0% 3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 >= 2/3

Clínker Aluminato de CalcioEl clínker de cemento de aluminato de calcio es un material hidráulico que se obtiene por fusión o sinterización de una mezcla homogénea de materiales aluminosos y calcáreos conteniendo elementos, normalmente expresados en forma de óxidos, siendo los principales los óxidos de aluminio, calcio y hierro (Al2O3, CaO, Fe2O3), y pequeñas cantidades de óxidos de otros elementos (SiO2, TiO2, S=, SO3, Cl-, Na2O, K2O, etc.). El componente mineralógico fundamental es el aluminato monocálcico (CaO Al2O3).

Escoria granulada de horno alto (S)La escoria granulada de horno alto se obtiene por enfriamiento rápido de una escoria fundida de composición adecuada, obtenida por la fusión del mineral de hierro en un horno alto. Composición química: CaO, SiO2, MgO, Al2O3 y otros compuestos. Especificaciones:

Fase vítrea >= 2/3 CaO + MgO + SiO2 >= 2/3 CaO + MgO)/SiO2) > 1,0

Esquistos calcinados (T)El esquisto calcinado, particularmente el bituminoso, se produce en un horno especial a temperaturas de aproximadamente 800ºC y finamente molido presenta propiedades hidráulicas pronunciadas, como las del cemento Portland, así como propiedades puzolánicas. Composición: SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones:

Resistencia a compresión a 28 días >= 25,0 MPa

La expansión estabilidad) <= 10 mmNOTA: Si el contenido en sulfato SO3 del esquisto calcinado excede el límite superior permitido para el contenido de sulfato en el cemento, esto debe tenerse en cuenta por el fabricante del cemento reduciendo convenientemente los constituyentes que contienen sulfato de calcio.

Humo de Sílice (D)El humo de Sílice se origina por la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos de arco eléctrico, para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio, y consiste en partículas esféricas muy finas. Especificaciones:

SiO2) amorfo >= 85% Pérdida por calcinación <= 4,0% en masa Superficie específica BET) >= 15,0 m2/g

Puzolana natural (P)Las puzolanas naturales son normalmente materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias de composición silícea o silico-aluminosa o combinación de ambas, que finamente molidos y en presencia de agua reaccionan para formar compuestos de silicato de calcio y aluminato de calcio capaces de desarrollar resistencia. Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3, CaO y otros compuestos. Especificaciones: SiO2 reactiva > 25%

Puzolana natural calcinada (Q)Las puzolanas naturales calcinadas son materiales de origen volcánico, arcillas, pizarras o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico. Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3, CaO y otros compuestos. Especificaciones: SiO2 reactiva > 25%