Cemento portland: Tipos, propiedades, componentes y usos
¿Qué es el cemento portland?
El cemento Portland es una combinación química estrechamente controlada de calcio, silicio, aluminio, hierro y pequeñas cantidades de otros compuestos, a los que se agrega yeso en el proceso de molienda final para regular el tiempo de fraguado del concreto.
Algunas de las materias primas utilizadas para fabricar el cemento portland son piedra caliza, conchas y yeso o marga, combinadas con esquistos, arcilla, pizarra o escoria de alto horno, arena de sílice y minerales de hierro. La cal y la sílice constituyen aproximadamente el 85 por ciento de la masa que conforma este tipo de cemento.
Pequeña historia del cemento portland
El término «Portland» en el cemento Portland se originó en 1824 cuando un albañil inglés obtuvo una patente para su producto, al que llamó Portland Cement. Esto se debió a que su mezcla de cemento produjo un concreto que se parecía al color de la piedra caliza natural extraída en la Isla de Portland en el Canal de la Mancha.
Composición y propiedades químicas
Los tres componentes de los cementos hidráulicos son cal, sílice y alúmina. Además, la mayoría de los cementos contienen pequeñas proporciones de óxido de hierro, magnesia, trióxido de azufre y álcalis.
Ha habido un cambio en la composición del cemento Portland a lo largo de los años, reflejado principalmente en el aumento del contenido de cal y en una ligera disminución del contenido de sílice.
Un aumento en el contenido de cal más allá de cierto valor hace que sea difícil combinarlo completamente con otros compuestos.
En consecuencia, la cal libre existirá en el clínker y dará como resultado un cemento poco sólido.
Un aumento en el contenido de sílice a expensas de la alúmina y el óxido férrico hace que el cemento sea difícil de fusionar y formar clínker
El cemento Portland consiste de los siguientes compuestos químicos:
| Silicato tricálcico | 3 CaO.SiO2 (C3S) | 40% |
| Silicato di cálcico | 2CaO.SiO2 (C2S) | 30% |
| Aluminato tricálcico | 3CaO.Al2O3 (C3A) | 11% |
| Aluminato de tetracalcio | 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C3AF) | 11% |
Puede haber pequeñas cantidades de impurezas presentes, como óxido de calcio (CaO) y óxido de magnesio (MgO).
Cuando se agrega agua al cemento, C3A es el primero en reaccionar y causar el fraguado inicial.
Genera gran cantidad de calor.
C3S hidrata temprano y desarrolla fuerza en los primeros 28 días.
También genera calor.
C2S es el siguiente en hidratarse.
Se hidrata lentamente y es responsable del aumento de la fuerza máxima.
C4AF es un compuesto relativamente inactivo.
Tipos de cemento portland, características y usos
Se fabrican diferentes tipos de cemento portland para cumplir con diferentes requisitos físicos y químicos para fines específicos.
La designación C 150 de la Sociedad Estadounidense de Ensayos y Materiales (ASTM) establece ocho tipos de cemento Portland:
Cemento portland tipo I
El tipo I es un cemento portland de uso general adecuado para todos los usos donde no se requieren las propiedades especiales de otros tipos. Se utiliza donde el cemento o el hormigón no están sujetos a exposiciones específicas, como el ataque de sulfatos del suelo o el agua, o un aumento de temperatura objetable debido al calor generado por la hidratación.
Sus usos incluyen aceras y aceras, edificios de hormigón armado, puentes, estructuras ferroviarias, tanques, depósitos, alcantarillas, alcantarillas, tuberías de agua y unidades de mampostería.
Cemento portland tipo II
El cemento Portland tipo II se usa donde es importante la precaución contra el ataque moderado de sulfatos, como en estructuras de drenaje donde las concentraciones de sulfato en las aguas subterráneas son más altas de lo normal pero no inusualmente severas.
El cemento portland Tipo II generalmente generará menos calor a un ritmo más lento que el Tipo I.
Con este calor moderado de hidratación (un requisito opcional), el cemento Tipo II se puede usar en estructuras de masa considerable, como pilares grandes, estribos pesados y pesados Muro de contención.
Su uso reducirá el aumento de temperatura, lo que es especialmente importante cuando el hormigón se coloca en un clima cálido.
Cemento portland tipo III
El tipo III es un cemento portland de alta resistencia temprana que proporciona altas resistencias en un período inicial, generalmente una semana o menos.
Se utiliza cuando los encofrados deben retirarse lo antes posible o cuando la estructura debe ponerse en servicio rápidamente.
En clima frío, su uso permite una reducción del período de curado controlado. Aunque se pueden usar mezclas más ricas de cemento Tipo I para obtener una alta resistencia inicial, el cemento Portland de alta resistencia inicial, Tipo III, puede proporcionarlo de manera más satisfactoria y económica.
Cemento portland tipo IA, IIA, IIIA
Las especificaciones para tres tipos de cemento portland incorporados de aire (tipos IA, IIA y IIIA) se dan en ASTM C 150.
Corresponden en composición a los tipos I, II y III de ASTM, respectivamente, excepto que pequeñas cantidades de los materiales se trituran con el clínker durante la fabricación para producir burbujas de aire diminutas, bien distribuidas y completamente separadas.
Estos cementos producen hormigón con una resistencia mejorada a la acción de congelación-descongelación.
Cemento portland tipo IV
El Tipo IV es un cemento de hidratación de bajo calor para uso donde se debe minimizar la tasa y la cantidad de calor generado. Desarrolla resistencia a un ritmo más lento que el cemento Tipo I.
El cemento Portland tipo IV está diseñado para su uso en estructuras de hormigón masivas, como grandes presas de gravedad, donde el aumento de temperatura resultante del calor generado durante el curado es un factor crítico.
Cemento portland tipo V
El tipo V es un cemento resistente a los sulfatos que se usa solo en concreto expuesto a la acción severa de los sulfatos, principalmente donde los suelos o las aguas subterráneas tienen un alto contenido de sulfatos.
Se requiere un contenido bajo de aluminato tricálcico (C3A), generalmente 5% o menos, cuando se necesita una alta resistencia a los sulfatos.
Propiedades físicas del cemento portland
Deben verificarse las siguientes propiedades físicas antes de seleccionar un cemento portland para las obras de ingeniería civil. IS 269–1967 especifica el método de prueba y prescribe los límites:
Finura
Se mide en términos de porcentaje de peso retenido después de tamizar el cemento a través de un tamiz de 90 micras o por área de superficie de cemento en centímetros cuadrados por gramo de cemento. Según la especificación del código IS, el peso retenido en el tamiz no debe ser superior al 10 por ciento. En términos de superficie específica no debe ser inferior a 2250 cm2 / gm.
Tiempo de fraguado
Un período de 30 minutos como tiempo mínimo de configuración para la configuración inicial y un período máximo de 600 minutos como tiempo máximo de configuración se especifica mediante el código IS, siempre que las pruebas se realicen según el procedimiento prescrito por IS 269-1967.
Solidez o dureza
Una vez que el concreto se ha endurecido, es necesario asegurarse de que no se produzcan cambios volumétricos. Se dice que el cemento no es sólido, si presenta inestabilidad volumétrica después del endurecimiento. El código IS recomienda probar con el molde Le Chatelier para probar esta propiedad. Al final de la prueba, el indicador del molde Le Chatelier no debe expandirse más de 10 mm.
Resistencia a la compresión
Para este mortero, los cubos se hacen con arena estándar y se prueban en máquinas de prueba de compresión según la especificación del código IS. La resistencia mínima especificada es 16 N / mm2 después de 3 días y 22 N / mm2 después de 7 días de curado.
Fabricación del cemento portland
Aunque hay varias variaciones de cemento portland fabricado comercialmente, cada uno comparte muchas de las mismas materias primas básicas y componentes químicos.
Los principales componentes químicos del cemento portland son calcio, sílice, alúmina y hierro.
El calcio se deriva de la piedra caliza, la marga o la tiza, mientras que la sílice, la alúmina y el hierro provienen de las arenas, arcillas y fuentes de mineral de hierro.
Otras materias primas pueden incluir lutitas y subproductos industriales.
El proceso básico de fabricación calienta estos materiales en un horno a aproximadamente 1400 a 1600 ° C (2600 – 3000 ° F), el rango de temperatura en el que los dos materiales interactúan químicamente para formar silicatos de calcio.
Esta sustancia calentada, llamada » clínker «, generalmente tiene la forma de pequeñas bolitas de color gris-negro de aproximadamente 12.5 mm (0.5 pulgadas) de diámetro.
Luego, el clínker se enfría y se pulveriza en un polvo fino que pasa casi por completo a través de un tamiz de 0.075 mm (No. 200) y se fortifica con una pequeña cantidad de yeso.
El resultado es el cemento portland.
Usos del cemento portland
El cemento portland se usa ampliamente para la construcción de varias estructuras. Algunos de ellos se enumeran a continuación:
- La lechada de cemento se utiliza para rellenar grietas en estructuras de hormigón.
- El mortero de cemento se utiliza para trabajos de albañilería, enlucido y apuntado.
- El hormigón de cemento se utiliza para la construcción de varias estructuras como edificios, puentes. tanques de agua, túneles, muelles, etc.
- El cemento se utiliza para fabricar postes de lámparas, postes telefónicos, traviesas de ferrocarril, pilas, etc.
- Para la fabricación de tuberías de cemento, asientos de jardín, papeleras, macetas, etc., se usa comúnmente cemento.
- Es útil para la construcción de carreteras, senderos, canchas para diversos deportes, etc
Soy ingeniero geólogo con experiencia y conocimiento en el área de exploración minera, hidrocarburos, evaluación de depósitos minerales metálicos y no metálicos, exploración de piedras preciosas y de metales preciosos, procesamiento de datos geológicos en software especializado y métodos de explotación de recursos naturales.
Además, tengo conocimiento en geología aplicada a la ingeniería geológica, donde se incluye el estudio de suelos, rocas y agua para la construcción de obras de ingeniería civil.
