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Tecnología del

Hormigón – Cemento

Parte 2

PROFESOR : Sergio Martínez Trejo

Ingeniero Civil

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Tiempos de fraguado Fraguado en el hormigón:

Los tiempos de fraguado en el hormigón no están relacionados

con los del cemento (pasta de cemento) debido a la pérdida

de agua en el aire (evaporación) y las diferencias de temperatura en la obra en contraste con la T° en laboratorio.

Medición de los tiempos de Fraguado:

Se mide con la aguja de Vicat

Inicio de Fraguado : 4 mm del fondo. Fin de Fraguado : solo impresión superficial

Grado de Tiempo Fraguado

Resistencia Inicial Final

Corriente >60’ <12 hrs

Alta Resistencia >45’ <10 hrs

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Medición de los tiempos de fraguado del cemento

Método de determinación de la consistencia normal (Nch

151. of 68)

La determinación de la consistencia normal de los

cementos se basa en la resistencia que opone la pasta

de cemento a la penetración de la sonda de un aparato

normalizado.

Aparato de Vicat

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Medición de los tiempos de fraguado del cemento

a. Aparatos

- Balanza: Deberá tener una capacidad de 1000 gr y una sensibilidad

reciproca de 1 gr.

-Bureta: Tendrá una capacidad total de 200 ml a 20ºC con una tolerancia

de ± 1 ml.

- Aparato de Vicat: Consta de un armazón con un vástago móvil provisto

de una Sonda de Tetmayer, un indicador y opcionalmente de un freno. El

vástago se puede fijar en cualquier posición mediante un tornillo. El

indicador es ajustable y se mueve sobre una escala graduada en mm.

Las características de este dispositivo serán:

Peso total del vástago móvil con agregados y sonda: 300.0 ± 0.5 gr.

Sonda tetmayer de latón pulido, cilíndrica con base plana: Diámetro 10 ±

0.05mm, Longitud libre 49 ± 1.00 mm

Tolerancia en la graduación de la escala, en todas las divisiones +

0.25mm.

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Medición de los tiempos de fraguado del cemento

Aparato para la

determinación de la

consistencia y de los

tiempos de fraguado.

Consistencia normal:

sonda de TETMAJER.

Principio y fin del

fraguado: Aguja de

VICAT.

. La pasta tendrá

consistencia normal,

cuando la sonda se

detiene a 6 ± 1 mm

sobre el fondo del

molde, 30 seg.

Después, soltarla

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Método de determinación del tiempo de fraguado (Nch 152. of 70)

La determinación del tiempo de fraguado de los cementos se

basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la

penetración de la aguja de un aparato normalizado

Medición de los tiempos de fraguado del cemento

El cemento ha alcanzado el principio

de fraguado cuando la aguja se

detenga a 4 ± 1 mm sobre el fondo

del molde 30 segundos después de

haber soltado el dispositivo móvil.

La determinación del tiempo de

fraguado final se hará con la probeta

invertida

El cemento ha alcanzado el final de

fraguado cuando solo la aguja deja una

impresión y no el borde circular del

accesorio.

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Falso Fraguado del Cemento

La pasta de cemento (cemento + agua).

Puede presentar un endurecimiento prematuro.

Debido a un comportamiento anómalo del yeso adicionado al

cemento en la etapa de molienda del clinquer.

Por > temperaturas durante la molienda el yeso puede perder

parte del agua de cristalización.

Se produce una perdida de plasticidad en el hormigón, poco

tiempo después del mezclado.

Solución:

Aumentar el tiempo de amasado.

Para romper la cristalización y recuperar la plasticidad.

Sin adicionar agua.

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Hidratación del Cemento El cemento mezclado con agua reacciona hidratándose.

Esta reacción libera una cierta cantidad de calor y provoca

el progresivo endurecimiento de la pasta de cemento.

La hidratación proporciona esencialmente dos productos principales):

Agujas (silicatos de calcio hidratados o CSH) de lento

crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación,

responsable de la formación de una matriz densa y resistente.

Pequeñas placas de hidróxido de calcio (Ca(OH)2), muy alcalinas,

sin aporte de resistencia pero adecuadas para proteger a la

armadura de la corrosión.

Piedra de cemento endurecida observada al microscopio de barrido electrónico (SEM).

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Reacciones de la Hidratación

Calor de hidratación

La reacción de la hidratación es un proceso Exotérmico.

Libera calor.

Normalmente se disipa pero en grandes masas puede causa daños.

La cantidad de calor depende principalmente de la composición química

del cemento.

C3A y C3S son los compuestos responsables del desarrollo de calor.

Otros factores que influyen son: w/c – finura del cemento – temp. curado

responsable de la formación de una matriz densa y resistente.

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Desarrollo de Calor de los componentes

de Cemento

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Proceso de endurecimiento del Cemento

A partir de ese momento el proceso no es

cabalmente conocido, existiendo teorías que

suponen la precipitación de los compuestos

hidratados:

1). La formación de cristales entreverados entre

si que desarrollen fuerzas de adherencia, las que

producen el endurecimiento de la pasta (Teoría

cristaloidal de Le Chatelier)

2). Alternativamente por el endurecimiento

superficial de un gel formado a partir de dichos

compuestos hidratados (Teoría coloidal de

Michaelis), estimándose actualmente que el

proceso presenta características mixtas.

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Proceso de endurecimiento del Cemento

El endurecimiento de la pasta de cemento muestra

particularidades que son de interés para el desarrollo de obras

de ingeniería:

►La reacción química producida es exotérmica, con

desprendimiento de calor, especialmente en los primeros días.

► Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen,

de dilatación si el ambiente tiene un alto contenido de humedad

o de contracción si este es bajo.

El proceso producido es dependiente de las características del

cemento, principalmente de su composición y de su finura, los

cuales condicionan en especial la velocidad de su generación.

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Endurecimiento en el Hormigón

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Endurecimiento en el Hormigón y Cemento

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Ensayos Normales del Cemento En polvo:

Densidades: NCh154.Of1969 - Determinación del peso específico relativo

Finura: NCh149.EOf1972 - Determinación de la superficie específica por el turbidímetro

de Wagner.

NCh159.Of1970 - Determinación de la superficie específica por el permeabilímetro

según Blaine

Composición Quimica: NCh147.Of1969 Cementos - Análisis químico

En pasta:

Agua de consistencia Normal: NCh151.Of1969 Cemento - Método de determinación de la consistencia normal

Tiempo de Fraguado: NCh152.Of1971 Cemento - Método de determinación del tiempo de fraguado

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Ensayos Normales del Cemento

En pasta: Estabilidad Volumétrica

Calor de hidratación

Poder de retención de agua

En Mortero: Compresión:

Flexotracción:

Deformaciones NCh158.Of1967 Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros

de cemento

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Ensayos Normales del Cemento

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Clasificación por Resistencia, NCh148.Of68

Grado de Tiempo Fraguado Resistencia

Resistencia Inicial Final 7 ds 28 ds

(kgf/cm2)

Corriente 60’ 12 hrs 180 250

Alta Resistencia 45’ 10 hrs 250 350

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Clasificación de los Cementos por composición, NCh148.Of 68

Requisitos Cementos Puzolánicos Cementos Siderúrgicos

Químicos Portland Portland Puzolánico Portland Siderúrgico

(máximo) Puzolánico Siderúrgico

Adición , % -- 30 50 30 75 Pérd. por calc., % 3.0 4.0 5.0 5.0

5.0

Residuo Ins., % 1.5 30.0 50.0 3.0

4.0

Cont. de SO3, % 4.0 4.0 4.0 4.0

4.0

Cont. de MgO, % 5.0 - - -

-

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6.550.000 t/año

INDUSTRIA CEMENTERA CHILENA CAPACIDADES INSTALADAS

POLPAICO

Polpaico 1.800.000 t/año

Coronel 650.000 t/año

Mejillones 300.000 t/año 2.750.000 t/año

MELÓN

La Calera 1.800.000 t/año 1.800.000 t/año

BÍO BÍO

Inacesa 400.000 t/año

Teno 1.000.000 t/año

Talcahuano 600.000 t/año 2.000.000 t/año

Hitos del Cemento en Chile

Planta Mejillones

Planta Cerro Blanco

Planta Coronel

1908: Cemento Melón (Inicio producción)

1949: Cemento Polpaico (Inicio producción)

1959: Cemento Polpaico (Portland Puzolánicos)

1961: Cementos Bío Bío (Inicio producción. Escoria)

1975: Inacesa (Hoy Bío-Bío. Inicio Producción)

1999: Cemento Polpaico (Molienda Coronel)

2000: Cementos Bío-Bío (Planta Teno - Puzolana)

2001: Cemento Polpaico (Molienda Mejillones)

2003: Cemento Polpaico (Cementos Puzolánicos)

2008: Cemento Melón (Molienda Puerto Montt)

2009: Cemento San Juan (Molienda)

2011: Cemento Melón (Molienda Quintero)

2013: Cementos Bío-Bío (Molienda San Antonio)

2013¿? Transex (Molienda)

2013¿? Búfalo (Molienda)

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TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND ASTM C 150

TIPO I CEMENTO NORMAL

TIPO II RESISTENCIA MODERADA AL SULFATO

TIPO III ALTA RESISTENCIA INICIAL

TIPO IV BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN

TIPO V ALTA RESISTENCIA A LOS SULFATOS

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FABRICACION DEL CEMENTO

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Fusión en horno rotatorio

Cementos Caliza (alto

contenido de cal)

Sílice (arcilla ó

escoria de alto

horno)

CLINKER

Molienda con

yeso

Cemento

PORTLAND

Molienda con yeso +

ADICIONES (Puzolanas,

escorias, etc.)

Cemento PORTLAND

con Adiciones

+

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FABRICACION DEL CEMENTO

CALIZA

( cal )

ARCILLA

(alúmina)

FIERRO

(óxidos)

HORNO

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FABRICACION DEL CEMENTO

CLINKER HORNO

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FABRICACION DEL CEMENTO

CLINKER

MOLINO YESO

PUZOLANA

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FABRICACION DEL CEMENTO

MOLINO

35

FABRICACION DEL CEMENTO

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Procesos de fabricación del

clínker

1. Vía Seca

2. Vía semi-seca,

3. Vía semi-húmeda

4. Vía húmeda

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1. Proceso de vía seca

► La materia prima es introducida en el horno en forma seca y

pulverulenta.

► El sistema del horno comprende una torre de ciclones para

intercambio de calor en la que se precalienta el material en

contacto con los gases provenientes del horno.

► El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación)

puede estar casi completado antes de la entrada del material en el

horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade

parte del combustible (precalcinador).

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2. Proceso de vía húmeda

► Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de

alto contenido en humedad.

► El material de alimentación se prepara mediante molienda

conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido

de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo más elevado

del horno de clínker.

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3 y 4. Procesos de vía semi-seca y semi-húmeda

► El material de alimentación se consigue añadiendo o

eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo. ► Se obtienen "pellets" o gránulos con un 15-20 % de humedad

que son depositados en parrillas móviles a través de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno. Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la cocción ha comenzado.

► En todos los casos, el material procesado en el horno

rotatorio alcanza una temperatura entorno a los 1450º. Es

enfriado bruscamente al abandonar el horno en enfriadores planetarios o de parrillas obteniéndose de esta forma el clínker.

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FABRICACION DEL CEMENTO

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FABRICACION DEL CEMENTO

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FABRICACION DEL CEMENTO

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FABRICACION DEL CEMENTO

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CLINKER

YESO

ADICIONES

(Puzolana)

CEMENTO

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Adición de yeso CaSO4 . 2H2O

• Regular el fraguado del cemento

• Mejorar la trabajabilidad

• Incrementar la resistencia de corto plazo

• En altas dosis puede producir problemas de

expansión

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Puzolana en el Cemento

VENTAJAS

Reducción de la razón clinker/cemento

Menor contaminación (CO2 y otros)

Reducción de costos

Durabilidad mayor que con Portland

Inhibe reacción álcali-árido

Calores de hidratación más bajos

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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

Perdida de Resistencia:

Se puede estimar empíricamente según:

% de Perd. Resist. = a*t – (t^2/b)

t : meses (valida hasta 24)

a,b: constantes según el tipo de cemento

Tipo de Cemento a b

Pórtland fino 3.5 25

Pórtland grueso 3.0 30

No usar en elementos estructurales un cemento perdida de resistencia

Mayor al 10%

Si es > al 10%, pedir ensayos de compresión y tiempos de fraguado

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ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

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Recepción de cemento

• Supervisión en la descarga

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• MINIMA POSIBLE

• EQUIPAMIENTO ADECUADO

Traslado dentro del local