EL CEMENTO, LOS DIFERENTES TIPOS, ADITIVOS Y EL PROCESO DE FABRICACION

EL CEMENTO

El cemento es el material conglomerante por excelencia, siendo el componente primordial del hormigón (y de algunos morteros).

Es un material capaz de endurecerse después de interactuar químicamente con el agua del mezclado en un proceso conocido como fraguado, siendo la fuente de las propiedades fisicoquímicas y mecánicas del hormigón. Sin embargo, el cemento sólo constituye entre un 10 y 20% del peso del hormigón.

HISTORIA DEL CEMENTO

6000 aC

La mezcla de cemento con agua, arena y áridos dio como resultado un nuevo material que se podía modelar fácilmente y que, cuando endurecía, adquiría características de solidez, resistencia y durabilidad notables. Este nuevo material fue el origen del hormigón.

5600 aC

Según fuentes históricas, la construcción más antigua realizada en hormigón es el suelo de una cabaña en Lepensky Vir (Serbia).

2600 aC

El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero –mezcla de arena con materia cementosa- para unir bloques de piedra y levantar sus prodigiosas construcciones. Parte de una de las pirámides de Gizeh fue levantada con hormigón.

1950 aC

En el mural de Tebas se conservan escenas de hombres fabricando hormigón y aplicándolo en una obra.

450 aC

Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos materiales procedentes de depósitos volcánicos, mezclados con caliza, arena y agua, producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua dulce y salada.

100 aC

La civilización romana utilizaba el hormigón en la construcción de grandes edificios, y también en la red de agua potable y en la evacuación de aguas residuales.

75 aC

Se construye el anfiteatro de Pompeya, que muestra anillos de hormigón en su perímetro.

127 dC

Construcción del Panteón de Roma donde se utilizó un hormigón aligerado para construir la cúpula, de 50 m de diámetro.

1200 dC

Construcción de grandes obras como la Catedral de Salisbury en Inglaterra, cuyos cimientos están hechos de hormigón.

1759 dC

John Smeaton, un ingeniero de Leeds, en el Reino Unido, desarrolló un nuevo mortero para unir los bloques de piedra del faro de Eddystone. Al cabo de pocos años, el reverendo James Parker creó un nuevo cemento de manera accidental al quemar unas piedras calizas. Este nuevo cemento, denominado cemento romano porque se pensaba que era el que se había utilizado en la época romana.

1824 dC

James Parker y Joseph Aspdin patentaron un nuevo cemento hidráulico artificial, fabricado por la combustión conjunta de caliza y carbón, que denominaron Portland Cement por su color oscuro, similar a la piedra de la isla de Portland.

1980 dC

A pesar de todas las mejoras técnicas introducidas, el cemento Portland continúa siendo, en esencia, muy similar al primero que se patentó, aunque su impacto y prestaciones han mejorado muy significativamente.

2000 dC

Hoy en día, los hormigones fabricados con cemento portland admiten múltiples posibilidades de aplicación. La diversidad de características pone al alcance de la sociedad un amplio abanico de modalidades para escoger. Todas las modalidades de hormigones han demostrado a lo largo del tiempo sus excelentes propiedades y su elevado grado de durabilidad y resistencia, lo que se puede constatar en las grandes edificaciones, las obras públicas o los conjuntos artísticos (como esculturas), muestra de la funcionalidad y el buen comportamiento de todo un clásico actual.

TIPOS DE CEMENTO

· Cemento Portland Ordinario (OPC)

El cemento Portland ordinario, también conocido como OPC, es un tipo de cemento que se fabrica y se utiliza en todo el mundo. Se usa ampliamente para todos los propósitos, incluidos:

Hormigón: muy utilizado en la construcción de edificios.

Mortero: para unir mampostería

Yeso: para dar un acabado perfecto a las paredes

Además, el Portland ordinario también se usa para fabricar lechada, masilla para paredes y diferentes tipos de cemento.

· Cemento Portland Puzolana (PPC)

Para preparar PPC o Portland Puzolana, es necesario moler Clinker puzolánico con cemento Portland. PPC es muy utilizado en estructuras marinas, obras de alcantarillado, trabajos de cimentación, muelles, puentes, etc.

· Cemento resistente a los sulfatos

Este tipo de cemento está fabricado para resistir el ataque de sulfatos en el hormigón. El cemento resistente a sulfatos se utiliza para construcciones en contacto con el suelo o aguas subterráneas que tienen más de 0,2% o 0,3% g/l de sales de sulfato de calcio, respectivamente.

· Cemento de fraguado rápido

Este tipo de material se utiliza para construcciones que necesitan un fraguado rápido, como estructuras bajo el agua y en condiciones climáticas frías y lluviosas.

· Cemento con alto contenido de alúmina

El cemento con alto contenido de alúmina se obtiene mediante la calcinación de bauxita y cal con Clinker durante el proceso de fabricación de OPC. Los usos más habituales se encuentran en construcciones sometidas a altas temperaturas o que generen mucho calor como talleres, refractarios y fundiciones.

· Cemento de escoria de alto horno

Este tipo de material se fabrica triturando el Clinker con aproximadamente un 60% de escoria y es similar al cemento Portland. Se utiliza para construcciones donde las consideraciones económicas son importantes.

¿DE QUÉ ESTÁ COMPUESTO EL CEMENTO?

Así, desde una perspectiva química, está compuesto por los siguientes óxidos:

Ø Sílice (SiO2): este óxido representa entre 19 y 25% del cemento.

Ø Alúmina (Al2O3): su cantidad varía entre un 3,5 y 8% del cemento.

Ø Óxido de Hierro (Fe2O3): su proporción oscila entre el 2,5 y 4,5% del total.

Ø Cal (CaO): el componente predominante, representando entre un 62 y 65% del cemento.

Ø Yeso (SO3): representa un 1,5 y 4,5% del material.

Ø Magnesia (MgO): su proporción se ubica entre un 0,5 y 5% de la mezcla.

Ø Álcalis (Na2O, K2O): por último, la cantidad este óxido oscila entre 0,2 y 1,2% del total.

EL PROCESO DE FABRICACIÓN

El proceso estándar de fabricación industrial del cemento diferencia 3 pasos principalmente:

1º La extracción, trituración, dosificación, corrección y molienda de la materia prima, que se trata principalmente de caliza, arcilla, arena, yeso y mineral férrico.

2º La producción de clínkers. La caliza, arcilla, arena y mineral férrico molidos son homogenizados en depósitos de almacenamiento para producir unidades básicas, las cuales son precalentadas y calcinadas en hornos para producir estos llamados clínkers.

3º El enfriado y almacenamiento de los clínkers.

4º Por último, a estos clinker producidos se le añade cierta cantidad de yeso, con el objeto de reducir la tendencia del material básico a contraerse excesivamente al fraguar.

APLICACIONES DEL CEMENTO

ü En pisos (suelos modificados o para hacer pisos de cemento).

ü Para hacer concreto poroso y pobre.

ü Losas de concreto.

ü Gravas de cemento.

ü Concreto compactado con rodillo.

ü Para ciertas obras públicas de hormigón pretensado.

ü Para hacer columnas y zapatas.

ü Para la elaboración de muebles municipales como los bancos y mesas de concretos, fuentes y hasta escaleras.

ü Lavaderos de concretos.

LOS ADITIVOS

Los aditivos son ingredientes del concreto o mortero que, además del agua, agregados, cemento hidráulico y, en algunos casos, fibra de refuerzo, son adicionados a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado.

Se utilizan con el objeto de modificar las propiedades del concreto o mortero, ya sea en estado fresco, durante el fraguado o en estado endurecido, para hacerlo más adecuado según el trabajo o exigencia dada y para que cumpla los requisitos y especificaciones particulares de cada tipo de estructura. Las características logradas mediante el uso de aditivos, que en muchos casos no se pueden lograr por otros métodos o en forma tan económica, son:

Ø Mejorar el desempeño de una mezcla de concreto ante determinadas solicitaciones.

Ø Asegurar la calidad del concreto en condiciones ambientales severas durante la etapa de mezclado, transporte, colocación y curado.

CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS

Tipo A: Plastificante

Permite disminuir la cantidad de agua necesaria para obtener una determinada consistencia del concreto. Se adicionan a aquellos concretos de bajo asentamiento y baja relación agua/material cementante para producir un concreto de consistencia fluida, con alto asentamiento, pero trabajable, que se pueda colocar con poca o ninguna vibración. Su empleo ayuda además a minimizar la exudación y a disminuir la segregación, siempre y cuando sea bien colocado. Su característica principal es aumentar la manejabilidad del concreto fresco, y/o reducir la cantidad de agua utilizada para un asentamiento determinado.

Tipo B: Retardante

Se usan para prolongar la tasa de fraguado del concreto, aunque también son muy útiles para disminuir la pérdida de asentamiento y extender la trabajabilidad, especialmente antes de la colocación de la mezcla en ambientes con altas temperaturas. Estos aditivos se emplean básicamente en la colocación del concreto en época de calor, contrarrestando el efecto acelerante de la alta temperatura cuando se desea suprimir el efecto de las reanudaciones de trabajo y para el transporte del concreto a grandes distancias.

Tipo C: Acelerante

Son utilizados para aumentar la tasa de hidratación y el desarrollo de la resistencia del concreto a edades tempranas. El uso difundido de los acelerantes a base de cloruro de calcio ha proporcionado muchos datos y experiencia sobre su efecto en las propiedades del concreto, por lo que se debe tener especial cuidado al emplearlo, determinando la cantidad máxima de iones cloruro, puesto que el cloruro de calcio puede promover un aumento de la contracción por secado, corrosión potencial de la armadura, decoloración (oscurecimiento del concreto) y un aumento del potencial de descascaramiento, generando daños a la estructura. Este tipo de aditivos generalmente se usa para acabados más rápidos de placas, colocación del concreto en clima frio, reducción de tiempos de desenconfrado, prefabricados, sellado, impermeabilización y obturación de grietas y ventanas de agua, entre otros.

Tipo D: Plastificante retardante

Este aditivo busca fusionar las propiedades de dos sustancias, una de plastificante (acción primaria) y la otra de retardante (acción secundaria), así se aprovechan los dos efectos permitiendo controlar la pérdida acelerada de manejabilidad. Este aditivo es utilizado en plantas de mezcla porque permite alcanzar y sobrepasar la resistencia de diseño, así como satisfacer los requerimientos de manejabilidad.

Tipo D: Plastificante acelerante

Son una variedad de aditivos que cumplen una doble función: plastifican la mezcla aumentando su manejabilidad, permitiendo una colocación y compactación más fácil y aceleran la ganancia de resistencia a edad temprana.

Tipo D: Superplastificante

Los superplastificantes son aditivos de una categoría superior a la de los plastificantes. Permiten dosificaciones hasta 5 veces mayores sin alterar significativamente el tiempo de fraguado ni el contenido de aire del concreto. La aplicación práctica de estos aditivos se encuentra en la elaboración de mezclas con altas resistencias, con un porcentaje de cemento balanceado, sin problemas de contracción y fisuramiento de aquellas que contienen cemento en exceso. Otras aplicaciones inmediatas de las mezclas fluidas se dan en el bombeo del concreto, la colocación de concreto tipo tremie y en elementos esbeltos y/o densamente armados, entre otros, pues el desempeño es muy alto compensando de esta manera los costos.

Tipo G: Superplastificante retardante

Permite la reducción del agua de mezcla en más de un 12% para obtener determinada consistencia en el concreto y además retardar su fraguado. Estos aditivos resultan ideales para concreto premezclado que necesita largos tiempos de transporte. En su desempeño se asemejan a los estabilizadores, pero con un poder reductor de agua que nunca será alcanzado por un estabilizador. En ese sentido, este tipo de aditivos son polifuncionales.