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MATERIALES
Ing. JAVIER CÁRDENAS GUTIÉRREZIngeniero Civil Especialista enAlta gerencia Especialista enGestión Ambiental F. MBA en
Dirección de Proyectos
PRIMERA PARTEMATERIALES DE INGENIERÍA
CONCRETO
Puede definirse como la mezcla de:
Mezcla que al
endurecerse forma
un todo compacto
(Piedra Artificial) y
después de cierto
tiempo es capaz de
soportar grandes
esfuerzos de
compresión.
MaterialAglutinante
(cemento
Portland)
Material derelleno
(Agregados o áridos)
Eventualmente,
AditivosAgua
RESEÑA HISTÓRICA
Se remonta al año 2.690A.C.
• Fueron los egipcios cuando construyeron la pirámide de Gizeh (conmortero de yeso y arena).
• En Grecia y Roma, se realizan estructuras a base de caliza calcinada(cal viva) y agua.…Más Tarde
• Material volcánico conseguido en cercanías del pueblo de Pozzuoli.• Panteón Romano
• El coliseo Romano
• La Basílica de Constantino
• El puente de Gard, entre otras.
• Fueron pioneros los mayas y aztecas en México en la construcción de ciudades.
• Machu Picchu en Perú.
Aparece el CementoPuzolánico
En Latinoamérica
• A John Smeaton se le encomendó construir el faro de Eddyston en laCosta de Cornwall (Inglaterra), y dedujo que la cal hidráulica sólopodía obtenerse de una caliza que tuviera un alto contenido deimpurezas de tipo arcilloso.
En 1.756
• Joseph Aspdin (Inglaterra), calcinó en un horno una mezcla de 3partes de piedra caliza /1 de arcilla, la cual molió y pulverizó después,obteniendo la patente del Cemento Portland.
En 1.824
• Isaac Johnson perfeccionó la fórmula para hacer cemento Portland, quemando una mezcla de caliza y arcilla hasta formar el Clinker.En 1.845
En 1.900 • Empezó el crecimiento notable de la Industria Cementera.
OCEMENT PORTLAND
• Es una de las materias primasen día, más indispensables.
de la construcción más populares, y hoy
• Es un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia ycohesión, las cuales le permiten unir fragmentos minerales entre sí,para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas.
•Tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, yaque con ella experimenta una reacción química. Este proceso se llama
Hidratación, por lo cual son también llamados CEMENTOSHIDRÁULICOS.
FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
A partir de materiales minerales calcáreos como la caliza,Alúmina y Sílice, que se encuentran en la naturaleza.
1. Explotación de M.P.
2. Preparación , Dosificación y
Molienda de M.P.
7. Empaque yDistribución
ETAPAS DELPROCESO
6. Adicionesfinales y Molienda
3.Homogeneización
5. Enfriamiento 4. Clinkerización
1. EXPLOTACIÓN DE MATERIA PRIMA
• La materia prima (Caliza yArcilla) se extraen de las canteras(por procedimientos normales).
• Las calizas pueden ser de durezaelevada (requiere de explosivos), o
blandas.
• Las arcillas normalmentecondiciones
directamente
sede
conencuentran enpoder mezclarselas calizas (su
esextracción
arrastre,habitualmente porpalas mecánicas, cargadores, etc.).
2. PREPARACIÓN, DOSIFICACIÓN YMOLIENDA DE MATERIA PRIMA
La caliza se lleva a una trituradora para unatrituración primaria25mm).
(Tamaño máximo 1’’ o
Si la arcilla es bastante húmeda. Se debe
mezclar para formar la lechada en un molino
de lavado.Las materias primas se
lastrituran y adicionan enproporciones correctas en el
molino de crudo, donde se
secan y se reduce su tamaño
a un polvo fino. Este polvo
seco se llama grano molido,
crudo o HARINA.
La mezcla de caliza triturada y la lechada dearcilla se lleva a un molino de crudosmoledores (bolas o barras) que muele ypulveriza los materiales hasta un tamañomedio de 0,05mm.
La molienda se efectúa en presencia de agua y el producto que resulta tiene entre35 y 50% de agua, se conoce como PASTA.
VÍA
HÚ
ME
DA
VÍA
SE
CA
3. HOMOGENIZACIÓN
VÍA HÚMEDALa pasta es bombeada a
tanques de homogeneización
llamados Balsas, que impiden la
sedimentación de los sólidos
mediante agitación mecánica y
burbujeo de aire comprimido.
VÍA SECALa harina que sale del molino
se lleva a unos silos de
homogenización donde se
hacen los ajustes finales y la
mezcla se homogeniza
inyectando aire a presión por
la parte inferior del silo.
4. CLINKERIZACIÓN
La mezcla homogeneizada se somete a untratamiento térmico en grandes hornosrotatorios, los cuales alcanzan temperaturasentre 1.400 y 1.500 ºC.
VÍA HÚMEDA VÍA SECA
La pasta es bombeada al horno pordonde empieza a descender,encontrando progresivamente mayorestemperaturas.
1. Se elimina el H2O y se libera el CO2.
2. El material seco sufre reacciones químicas hasta que entre un 20-30% del material se vuelve líquido yla cal, la sílice y la alúmina vuelven a combinarse.
3. La masa se funde en bolas de diámetro, conocidos como clinker.
• En este proceso el horno estáconstituido por dos partes: una fija yuna móvil.
• Los gases calientes originados en laparte rotativa del horno son extraídos.
• La materia cruda es inyectada en laparte superior y desciende porgravedad. Posteriormente penetra en elhorno en un estado de descarbonataciónparcial.
5.ENFRIAMIENTO
El clinker salede
a una temperaturaaproximada 1.200-1.300 ºC, y eldescenso de temperatura (hasta 50-70ºC) debe ocurrir en forma brusca yrápida, debido a que si se enfríalentamente se presenta óxido
hidratardeen
delmagnesio, el cual se puedepresencia de humedad con aumentovolumen y posibilidaddel concreto hecho con
detal
desintegracióncemento.
El enfriamiento brusco se logra haciendopasar aire frío por el clinker, enenfriadores de tipo parrilla.
6. ADICIONES FINALES Y MOLIENDA
El clinker frío se lleva a un molino, donde se pulverizacon una pequeña adición de yeso (2-5%), que sirve para
evitar el fraguado relámpago del cemento y regular la
velocidad de endurecimiento.
7. EMPAQUE Y DISTRIBUCIÓN
Luego de los respectivos ensayos de control y calidad, elcemento es empacado y distribuido para su consumo.
Se empaca en sacos de 50 kg o de 42,5 kg.
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CEMENTOPORTLAND
Composición Química
Hidratación del Cemento
Formación de la Pasta deCemento
Reacciones de Hidratación
Calor de Hidratación
Resistencia a los Sulfatos
1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL C.P.
SilicatoTricálcico
(C3S)
ALITA
SilicatoDicálcico
(C2S)
Ferroaluminatotetracálcico
(C4AF)
Componentes principales
del CementoBELITA
AluminioTricálcico
(C3A)
2. HIDRATACIÓN DEL CEMENTO
SÓLIDOS•Conjunto de Partículas que difieren en cuanto
a su composición química, morfológica ycalidad cementante.
AGUA
•Cantidad de agua requerida para lograr la hidratación del cemento.
POROS•Difieren principalmente en tamaño, y por lo
eltanto, controlan el movimiento ycomportamiento del agua necesaria para losprocesos químicos de hidratación.
SE H
AC
E S
OB
RE
LA
PA
STA
DE C
EM
EN
TO
3. FORMACIÓN DE LA PASTA DECEMENTO
+ AGUA = Pasta deReacciones Químicas: CEMENTO Cemento
A medida que va perdiendo agua:El proceso inicial forma un gel:
GEL ESTABLEGEL INESTABLE
Responsable de las propiedades mecánicas de las pastas endurecidas
Posee un % muy elevado de agua
4. REACCIONES DE HIDRATACIÓN
Principales Reaccionesde Hidratación del
Clinker
Corresponde Hidratación delos silicatos y aluminatos de
calcio.
La resistencia se debe a hidratación del C3S (Silicato tricálcico) y el C3A (Aluminio
tricálcico).
La resistencia se debe a aumento de hidratación del
C3S.
La resistencia se debe a C3S
y pequeña contribución del
C2S, silicato dicalcico.
La resistencia se debe a
hidratación del C2S
A los 3 días
A los 7 días
A los 28 días
Después de 28 días
5. CALOR DE HIDRATACIÓN
«Es un proceso exotermico que hace que los concretos alfraguar y endurecer aumenten de temperatura».
El calor dedel
Hidratación depende de la composiciónquímica cemento, y por lo tanto, el calor dehidratación es aproximadamente igual a la suma de loscalores de hidratación de los compuestos individuales.
6. RESISTENCIA A LOS SULFATOS
Se debe controlar el contenido de C3A (Aluminato tricálcico)
Ya que los sulfatos atacan el concreto endurecido
Porque reaccionan con el aluminato tricalcico
PARA FORMAR EL SULFOALUMINATO DECALCIO
Tiene un volumen mayor que el de los componentesque los originan