TEMA 6: CEMENTOS.

1.- CONTENIDO DE UNA NORMA. INDIQUE SU ESQUEMA PRINCIPAL

• Objetivo de la norma: se enuncia la finalidad de la norma, y los ensayos a realizar.Toma de muestras: se enuncian carácterísticas de la muestra como cantidad, volumen, peso..Aparatos empleados: se describen herramientas, aparatos y utillaje utilizados en el ensayo.Obtención de resultados.2.- DEFINIR LOS SIGUIENTES CONCEPTOS:Actividad puzolánica e hidráulica:Actividad puzolánica: las puzolanas, al molerlas finamente, pueden reaccionar con el Ca(OH)₂ fijándolo, y dando lugar a compuestos estables con carácter aglomerante Actividad hidráulica: en conglomerantes hidráulicos, que amasadas con agua, fraguan y endurecen en contacto con dicho líquido.Estabilidad de volumen: consiste en limitar los contenidos de CaO (a un 2%) y de MgO (a un 5%) por precaución, en cementos y hormigones, debido a su carácter expansivo.

1. Clase resistente:
   Define la resistencia a compresión mínima del cemento a edad de 28 días desde su fabricación, expresada en N/mm². Se diferencian 3 clases resistentes: 32.5, 42.5 y 52.5.

2. Falso fraguado:
   Debido a la deshidratación parcial del yeso dihidrato en la molienda con el clínker, si se hace a demasiada temperatura. El dihidrato, utilizado como regulador de fraguado da lugar a hemihidrato o anhidrita, provocando el efecto contrario, acelerar el fraguado; produciendo un agarrotamiento de la pasta. Se soluciona amasando de nuevo, recuperando así la plasticidad. También puede darse debido a la carbonatación de los álcalis durante el almacenamiento. Se forman carbonatos alcalinos, que reaccionan con la portlandita dando lugar a CaCO₃, que también agarrota la pasta.

3. Fraguado relámpago: el hormigón adquiere resistencias en 24 h en vez de en 48 debido a la hidratación del C₃A, que viene acompañado de un impar, dando desprendimiento de calor.
   Se frena utilizando yeso dihidratado como regulador de fraguado en las cantidades adecuadas.

4. Regresión de resistencias en el CAC-R: en condiciones de alta temperatura y humedad, se produce una recristalización del CA (aluminato monocálcico) en C₃A (aluminato tricálcico), acompañado de una pérdida de resistencias mecánicas a largo plazo (en meses o años). Es por esto que debe tenerse mucha precaución en su empleo. No se utiliza en estructuras ni en hormigón pretensado.

5. Limitaciones que contempla el pliego RC-03 en los cementos resistentes a los sulfatos y al agua del mar:
   

6. Influencia de las componentes del clínker respecto al calor de hidratación y resistencias mecánicas:

   1. C₃S: silicato tricálcico (alita):
      aporta una alta resistencia inicial. Es el 60% del clínker, y es por tanto el principal componente. Desprende un alto calor de hidratación (~120 cal/g).

   2. C₂S: silicato bicálcico (belita): no aporta resistencia inicial, pero sí a medio y largo plazo. Con el tiempo adquiere las mismas resistencias que el C₃S. Desprende un bajo calor de hidratación ~ 62cal/g (la mitad que el anterior).

   3. C₃A: aluminato tricálcico: por sí solo no aporta resistencias, pero combinado con los silicatos aporta resistencia inicial. Desprende un alto calor de hidratación (~207 cal/g), lo que puede generar un fraguado rápido, que debe frenarse añadiendo yeso como regulador de fraguado en la molienda.

   4. C₄AF: ferrito aluminato tetracálcico: casi no aporta resistencias. Actúa como fundente, disminuyendo la temperatura de fusión en las reacciones de formación del clínker. Desprende 100 cal/g.

7. Carácterísticas adicionales de los cementos comunes: son 3:

   1. SR? resistentes a los sulfatos.

   2. MR ? resistentes al agua de mar.

   3. BC ? bajo calor de hidratación.

8. ¿Qué significa que en un cemento de albañilería aparezca la letra X?
   Significa que posee un aditivo aireante, o incluso de aire, que crea burbujas de aire interrumpiendo la red capilar de forma que durante las heladas, al aumentar el agua de la red de poros y su volumen, no se producen fisuras. También favorece la trabajabilidad, pero empeora las resistencias mecánicas (+ porosidad).

3.- ÓXIDOS PRINCIPALES QUE APORTAN LAS MATERIAS PRIMAS EN CEMENTOS, Y CÓMO REACCIONA PARA DAR LOS COMPONENTES DEL CLÍNKER.

• Las materias primas son las calizas y margas calizas (CaCO₃), y las impurezas arcillosas, de las arcillas y margas. Aportan los siguientes óxidos: SiO₂, Al₂O, CaO y Fe₂O₃.

• Las reacciones que tienen lugar:

  • A 900 C: calcinación: descomposición de las arcillas.

  • A 1200 C: clinkerización: reaccionan los óxidos fundamentales para dar los componentes del clínker C₂S, C₃S, C₃A y C₄AF.

4.- Describir CEMII/A-P 42.5/ BC UNE 80306:
Los CEM II son cementos Pórtland con adiciones.
La P significa que la adición es de puzolana natural.
La A es el alto contenido de clínker.
42,5 es la resistencia mínima a compresión a edad de 28 días (clase resistente).
BC corresponde a los cementos con carácterística adicional de bajo calor de hidratación. Obedece la norma UNE 80306.

5.- ¿De qué constituyentes depende la retracción de un cemento?
La retracción es una contracción de la pasta que se presenta durante el fraguado y la primera época del endurecimiento del hormigón. No se debe a los constituyentes, sino al tamaño del grano. Cuanto más fino es el grano, mayor es la retracción de la pasta.

6.- ¿DE QUÉ CONSTITUYENTES DEPENDE EL ENDURECIMIENTO DE UN CEMENTO?

El endurecimiento es una expansión, o aumento del volumen del hormigón a causa de la absorción de agua. Se produce debido a la hidratación del CaO y la magnesia MgO, o bien debido a las reacciones entre el C₃A con el yeso, dando sal de Candlot (ettringita), muy expansiva.

7.- ESQUEMA DE LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA, INDICANDO EL OBJETO DE CADA UNA DE LAS FASES DEL PROCESO

Explicación:

1. Trituración de la caliza y secado de la humedad en molinos de palastro. Secado de arcillas en molinos de cilindros.

2. Se pasa el crudo a los dosificadores (uno para la caliza y otro para la arcilla).

3. Se pulverizan en los molinos.

4. Se almacenan en silos de homogeneización.

5. Se envía el clínker a los hornos, y después se realiza la molienda conjunta del clínker y el yeso (adición de regulador de fraguado).

6. Almacenamiento en silos de cemento y envasado.

8.- ESQUEMA DE LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HÚMEDA, CON LA DESCRIPCIÓN DE LAS FASES DEL PROCESO

Explicación:

1. Trituración de las materias duras (caliza y margas), y decantación de las arcillas húmedas. Separación de las piedras y arenas mediante agitación. Se obtiene una papilla fluida de arcilla húmeda.

2. Se posa la caliza triturada y la arcilla a las dosificaciones.

3. Se pasa a los molinos de refino (rejillas cada vez más finas).

4. Se almacena en silos de porta o vasos de homogeneización, en agitación continua.

5. La pasta húmeda pasa al horno.

9.- INDICAR LAS ADICIONES Y LA FORMA DE ACTUAR DE LAS MISMAS DE LOS CEMENTOS CEM II

• Escorias de horno alto (s): subproducto de la fabricación del hierro. Es capaz de hidratarse dando lugar a constituyentes resistentes. Tiene más sílice y menos cal que el cemento Pórtland, lo que lo hace más resistente a las aguas ácidas y selenitosas. Desprende menos calor de hidratación, por lo que tenemos menor retracción.

• Humo de sílice (D): polvo muy fino de sílice en estado amorfo, con acción similar a las escorias de horno alto.

• Puzolanas (P y Q): naturales (P) y naturales calcinadas (Q). Compuestos silíceos con parte de la sílice en estado amorfo. Reaccionan fijando el Ca(OH)₂, vulnerable a los ácidos y al Co₂, creando compuestos similares a los de la hidratación del clínker, con carácter aglomerante. Mejoran resistencias químicas contra aguas ácidas y CO₂.

• Cenizas volantes: silíceas (V) y calcáreas (W). Polvos muy finos que presentan actividades puzolánicas.

• Caliza (L): adiciones de rocas muy finamente molidas, inactivas (carácter inerte, no reacciona con los componentes del cemento ni con el agua de amasado), que aportan resistencias mecánicas, disminuyen la retracción rellenando los huecos, y aumentan la trabajabilidad.

10.- INDICAR CÓMO AFECTAN LOS COMPONENTES DEL CLÍNKER A LAS SIGUIENTES PROPIEDADES DEL CEMENTO:

1. Calor de hidratación: C₃A desprende 207 cal/g, C₃S desprende 120 cal/g, C₄AF desprende 100 cal/g y C₂S desprende 62 cal/g. Aumentando los porcentajes de C₂S y C₄AF mediante hierro y sílice, podemos obtener cementos con menos calor de hidratación, aunque también con menos resistencias mecánicas iniciales, y además cementos más estables químicamente. En grandes masas, para evitar fisuras, aumentamos la proporción de C₂S.

2. Resistencias mecánicas: el C₃S, principal componente del clínker, aporta grandes resistencias iniciales.
   El C₂S aporta resistencias a largo plazo que con el tiempo llegan a igualar las resistencias del C₃S.
   El C₃A no aporta por sí solo resistencias, pero al reaccionar con los silicatos aporta resistencia inicial (poca).
   El C₄AF apenas no aporta resistencias mecánicas.

3. Resistencia química: tanto el C₃A como el C₃S, son más vulnerables químicamente. El C₃S desprende Ca(OH)₂, sensible a los ácidos y al CO₂, y el C₃A, a las aguas sulfatadas o selenitosas, sobre todo cuando la dosificación del yeso es insuficiente, y queda libre C₃A, que pueda reaccionar con sulfatos dando lugar a sal de Candlot o ettringita, muy expansivo, dando lugar a grietas.
   El C₃A también es muy vulnerable a los ciclos hielo-deshielo. Si añadimos sílice y hierro al cemento, aumentarán los porcentajes de C₂S y C₄AF en el cemento, más resistentes químicamente que el C₃S y C₃A.

11.- UN ALTO CONTENIDO EN C3A PRODUCE:

• Aporta mayor docilidad.

• Aunque debido al alto calor de hidratación que desprende, el fraguado es muy rápido.

• Está expuesto a agresiones químicas importante (sobre todo sulfatos).

12.- COMPONENTES DEL CLÍNKER EN RELACIÓN A RESISTENCIAS MECÁNICAS Y QUÍMICAS:

• Ricos en C₃S y C₃A:

  • Altas resistencias iniciales (por el C₃S sobre todo).

  • Más vulnerables químicamente (ácidos y CO₂ y sulfatos).

  • Alto calor de hidratación.

• Ricos en C₂S y C₄AF:

  • Bajos resistencias iniciales, pero resistencias a largo plazo (C₂S).

  • Bajo calor de hidratación.

  • Resistentes químicamente (sílice y hierro).

13.- FACTORES QUE ALTERAN EL ENDURECIMIENTO:

• Exceso de agua de amasado: lo frena.

• Hormigonado en tiempo frío: lo frena.

• Hormigonado en tiempo caluroso: lo acelera.

• Mayor finura, aporta mayor velocidad en las reacciones tanto en el fraguado como en el endurecimiento.

14.- INFLUENCIA DE LA FINURA DE MOLIDO EN EL CEMENTO Pórtland:

• A mayor finura de molido, más rápidas son las reacciones tanto en el fraguado como en el endurecimiento.

• A mayor finura de molido, mayor es el calor de hidratación que se desprende.

• A mayor finura, mayor retracción de la pasta.

• A mayor finura, mayor vulnerabilidad a los agentes meteorológicos.

El cemento Pórtland debe estar finamente molido pero no en exceso.

15.- VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS ADICIONES:

• Ventajas: aportan más durabilidad (estabilidad química).

• Inconvenientes: menos densidad, baja protección de las armaduras, retardan el fraguado, por lo que disminuyen las resistencias iniciales, y necesitan un curado intenso.

16.- TIPOS DE ADICIONES:

• Adiciones activas: son las que reaccionan fijando el Ca(OH)₂ del cemento que queda libre, haciéndolo más resistente químicamente a los ácidos y al CO₂. Se forman silicatos hidratados con carácter aglomerante.

  • Puzolanas: compuestos de sílice con parte de ella en estado amorfo que fijan el Ca(OH)₂ formando compuestos similares a los de la hidratación del clínker con carácter aglomerante. Mejora las resistencias químicas contra aguas ácidas.

  • Escorias de horno alto: subproducto de la fabricación del hierro que al hidratarse da lugar a constituyentes resistentes. Contiene más sílice que cal, por lo que posee mejores propiedades químicas y menor retracción al desprender menor calor de hidratación.

  • Cenizas volantes (V/W).

  • Humo de sílice (D).

• Adiciones inactivas: son inertes, por lo que no reaccionan con los componentes del cemento ni con el agua de amasado.

  • Filleres calizos (L/LL): roca finamente molida que aporta resistencia mecánica porque ocupa los huecos, y a su vez le aporta mayor trabajabilidad.

17.- LOS CEMENTOS PUZOLÁNICOS:

Formados por cemento Pórtland con puzolanas P o Q.

• Requieren más agua de amasado y un curado muy intenso.

• Las puzolanas frenan el fraguado, con lo que disminuyen las resistencias iniciales.

• Las puzolanas aportan resistencia a largo plazo.

Ventajas:

• Fijan el Ca(OH)₂ liberado en la hidratación, dando gel de sílice aluminoso (silicatos y aluminatos hidratados), lo que da lugar a:

  • Resistencias a largo plazo.

  • Elevada densidad, aumentando la resistencia química, por lo que es idóneo para canales, obras marítimas, pavimentos…

• Bajo calor de hidratación, lo que aporta mayor estabilidad de volumen, lo que los hace idóneos para hormigones bombeados al ser más manejables.

18.- EL CEMENTO DE ALUMINATO CÁLCICO:

• Caliza + bauxita (contiene hierro) fundidos a 1500 C en horno eléctrico.

• Objetivo: se utiliza cuando queremos un hormigón con gran resistencia química contra medios ácidos, a los sulfatos, a las aguas salinas, o cuando queremos un hormigón con grandes resistencias iniciales.

• Principal componente: el CA?aluminato monocálcico, que aporta un endurecimiento muy rápido.

• Hidratación: al hidratarse libera Al(OH)₃, hidróxido de aluminio, con carácter ácido, lo que lo hace mucho más resistente a las aguas ácidas y al CO₂. El cemento Pórtland en su hidratación liberaba Ca(OH)₂ vulnerable a estos agentes (ácidos y CO₂). Al tener carácter ácido, el hidróxido de aluminio es vulnerable a las aguas básicas y alcalinas, protegiendo peor las armaduras.

• No necesita regulador de fraguado, ya que de por sí tiene un fraguado lento, que al contrario que en los cementos Pórtland, se debe al alto calor de hidratación que desprende.

• Este calor de hidratación lo hace idóneo para hormigones en tiempo frío.

• Es un hormigón refractario.

• Regresión de resistencias: en condiciones de alta humedad y temperatura, el CA puede recristalizar en C₃A, lo que viene acompañado de una pérdida a largo plazo de resistencias mecánicas que puede presentarse en meses o años, por lo que deben tomarse muchas precauciones al usar este tipo de cemento.

19.- ¿QUÉ ENTIENDE LA RC-03 POR “CEMENTOS COMUNES CON CarácterÍSTICAS ADICIONALES”? DEFINE CADA UNO DE ELLOS

Son aquellos cementos que deben cumplir, además de las prescripciones propias de su tipo y clase, las prescripciones correspondientes a las carácterísticas adicionales que posean, esto es, resistencia a los sulfatos (SR), al agua del mar (MR), o cementos comunes con bajo calor de hidratación (BC).

20.- HIDRATACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL CLÍNKER

• C₃S: se hidrata dando lugar a silicatos hidratados, y liberando Ca(OH)₂, atacable por los ácidos y el CO₂.

• C₂S: se hidrata más lentamente, liberando también aunque en menor cantidad Ca(OH)₂.

• C₃A: reacciona muy rápidamente con el agua formando aluminatos hidratados.

• Ferrito aluminato tetracálcico C₄AF se hidrata también muy rápidamente formando aluminatos cálcicos hidratados cristalizados y ferrito cálcico hidratado amorfo.

• CaO y MgO libre, más o menos rápidamente reaccionan con el agua, formando hidróxidos de calcio y de Mg: expansivos.

21.- DEFINIR FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO

Fraguado: al hidratarse los componentes del cemento, precipitan, aumentando la viscosidad de la pasta, y reduciendo su trabajabilidad. El momento en que la pasta empieza a solidificar adquiriendo un estado semisólido o viscoso, es el principio de fraguado, y cuando la pasta se rigidiza y solidifica es el fin de fraguado.

Endurecimiento: debido a la cristalización, se produce una interposición de cristales, y una adherencia coloidal, dando a la pasta dureza y cohesión. La pasta adquiere progresivas resistencias debido a la cohesión entre esos cuerpos cristalizados. Se considera finalizado a los 28 días en la mayoría, pero en algún caso son 90 días.