CAP 4 Aglomerantes

 

CAPITULO 4 AGLOMERANTES 1. DEFI DEFINI NICI CION ONES ES Es un compuesto de una o varias sustancias, capaz de endurecerse a corto o largo plazo y de unir materiales heterogéneos. Los aglomerantes pueden ser resinas o polímeros en general, de naturaleza orgánica o inorgánicas. 2. ARCILLA Son So n roca rocass sedi sedime ment ntar aria iass disg disgre rega gada das. s. Pose Posee e pl plas astitici cida dad d cuan cuando do se le humedece; y así se le moldea, después de seca conserva la forma que ha recibido; pero sometida al fuego (después de moldeada y seca), a temperatura de 900° a 1000° es vidriosa y adquiere dureza y resistencia similar a las rocas naturales. En su estado puro recibe el nombre de caolín y está representado por la fórmula: 2SiO2Al203.2H2O (Silicatos alumínicos hidratados) 2.1 Propiedades Las arcillas en su estado más general contienen impurezas tales como cuarzo, carbonato cálcico, sulfatos sódicos y cálcicos, hidróxido de hierro y sustancias orgáni org ánicas cas teniend teniendo o propie propiedad dades es que las hacen hacen aptas aptas para distin distintos tos usos usos o aplicaciones. 2.2 Clasificación De acuerdo con las impurezas que contienen y del grado de plasticidad de las mismas, las arcillas se agrupan en grasas, magras y secas • • •

Grasas: Las que me Grasas: mejor jor aglutinan aglutinan y las de ma mayor yor grado grado de plasticida plasticidad d Magras: Magr as: Son meno menoss plásticas plásticas y menos aglutin aglutinantes antes.. Seca Se cas: s: Por Por su gr gran an conte conteni nido do de impu impure reza zas, s, su grado grado de plasti plastici cida dad d y su poder aglutinante son prácticamente prácticamente nulos.

2.3 Usos - Se utiliza en la industria ladrillera como materia prima. - Es la materia prima del cemento. - Para la artesanía. - Como aglutinante, se adapta a las juntas resultantes del acoplamiento de las piedras. 3. YESO El yeso es uno de los materiales más antiguos conocidos (asirios, fenicios, egipcios, hebreos y árabes). Los egipcios los emplearon en las construcciones de sus y en diversos funerarios, los bes griegos lo usaron usa ron pirámides en sus monum mo nument entale alessmonumentos con constr strucc uccion iones es y los árabes ára como comyoromanos eleme elemento nto decorativo.

 

En Li Lima ma exis existe ten n caso casona nass con con mu muro ross y te tech chos os re reve vest stid idos os de yeso yeso;; en la actualidad el yeso sólo se usa en reparaciones o refacciones de casas que han utilizado este material.

3.1 Propiedades El yeso natural tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs y es muy blando. El yeso aglomerante se obtiene deshidratando a temperaturas relativamente bajas, entre 100° y 130°, el SO4 Ca.2H2O, ( sulfat sulfato o cálcico cálcico dihidr dihidrato) ato) que se transforma en diversas fases y estados alotrópicos en función de la temperatura.

3. 3.22 Prin Princi cipa pale less fa fact ctor ores es que que cond condic icio iona nan n la cali calida dad d de lo loss yeso yesoss aglomerantes La calidad de los yesos aglomerantes pueden valorarse teniendo presente las si sigu guie ient ntes es ca cara ract cter erís ístitica cas: s: titiem empo po de ut utililiz izac ació ión, n, re resi sist sten enci cias as,, seca secado do y expansión diferencial. 3.3 Tipos de yeso y sus empleos más destacados a) El yeso de moldeo o escayola.- Se emplea para los tabiques y placas de prefabricados y, para elementos aislantes, con densidades aparentes que oscilan entre 0.6 y 1.2 1.2 g/cm g/cm2 . Por ello, debe poseer las máximas cualidades y resistencias por ser el requerido en la industria de yesos de moldeo y de prefabricados. b)

El yeso de enlucir o yeso blanco .- El empleo es muy amplio y así se usa sobre cerámica, sobre hormigón o sobre construcciones metálicas. Tiene un tiempo de fraguado que oscila entre 3 a 7 minutos, y las aplicaciones generales de este tipo de yeso son los guarnecidos y tendidos, en espesores de 10 a 15 mm.

3.4 Drywall Este sistema se introduce en Perú como una experiencia innovadora en 1992, en la que todos los materiales fueron importados desde los Estados Unidos. En la actualidad, Perú tiene fábricas de planchas de yeso, que cumplen con las especificaciones especificac iones técnicas establecidas en la norma ASTM-36. Su componente principal es la plancha de yeso forrada con papel especial en el lado expuesto y papel normal en la parte posterior. Entre sus aplicaciones, por la ligereza de la plancha y su forma de instalación, el drywall es apropiado para todo tipo de construcciones. Es una buena solución para modificar espacios de una forma limpia y rápida. Entre las características de este sistema se puede citar: Su instalación, por ser ligero, es rápida y limpia. No hay hay nece necesi sida dad d de pica picarr pare parede dess para para la lass in inst stal alac acio ione ness eléctricas e hidro sanitarias. Las modificaciones, reparaciones y remodelaciones se hacen en forma sencilla. Aislamiento acústico térmico usando lana de fibra de vidrio - dentro de los muros o detrás de losy cielos rasos. Buen comportamiento durante los sismos.

 

4. CAL Es el producto resultante de la descomposición, por el calor de las rocas calizas, se le conoció en la antigüedad, pero la cal hidráulica fue descubierta a principios del siglo XIX. Si una piedra caliza es pura y se somete a la acción de temperatura entre 880°C y 900°C, se verifica la siguiente reacción: Ca CO3 + Calor = CO2+CaO (PIEDRA CALIZA) 880° - 900°C CAL El procedimiento anterior recibe el nombre de calcinación

4.1 Propiedades - El endurecimiento de la pasta o de la mezcla es muy lento. - Durante el proceso de endurecimiento o de fraguado la pasta o mezcla experimenta una contracción o disminución de volumen, lo que unido a la compresión que sufren por el peso propio de los elementos que liga, al irse elevando la obra, cuando todavía se encuentra en estado plástico origina grietas o perturbaciones en la construcció construcción. n. cal se usa apagada, esque decirllega hidratada; la hidratación se Apagado cal.- La realiza conde unlafuerte desprendimiento de calor a 160°C. Teóricamente el apagado de la cal viva sólo requiere un volumen de agua equivalente al 35% del peso de la cal.

4.2 Clases de cal Según la mayor o menor pureza del producto obtenido se distinguen las cales: a)

b)

c)

Cal aérea o grasa.- La cal al apagarse da una pasta fina, trabada y untuosa, que aumenta 3½ su volumen, pudiendo conservarse indefinidamente blanda en sitios húmedos. Cal magra.- Esta cal se apaga más lentamente que la grasa, desprendiendo menor calor, su pasta es menos trabada y untuosa y su uso debe evitarse en construcciones. Cal hidráulica.- Pueden endurecerse y solidificarse bajo el agua o en un medio húmedo.

 

4.3 Clasificación de las cales por su contenido de arcilla Naturaleza de los Productos Cal grasa o magra Cal débilmente hidráulica Cal medianamente hidráulica

Índice Hidráulico 0.00 – 0.10 0.10 – 0.16 0.16 – 0.31

Cal propiamente hidráulica Cal eminentemente hidráulica Cal límite o cemento lento Cemento rápido

0.31 - 0.42 0.42 – 0.50 0.50 – 0.65 0.65 – 1.20

% de arcilla en Tiempo de fraguado la caliza (sólo fragua en el aire) 0.0 – 5.30 5.3 – 8.2 16 – 30 días 8.2 – 14.8 10 – 15 días 14.8 – 19.1 19.1 – 21.8 21.8 – 26.7 26.7 – 40.0

5 – 9 días 2 – 4 días 1 – 12 horas 5 – 15 minutos

5. CEMENTO El ceme cement nto, o, en su co conc ncep epci ción ón más más ampl amplia ia,, es cu cual alqu quie ierr ma mate teri rial al que que po pose see e propiedades cohesivas. 5.1 Cemento Portland El Cemento Portland es el resultado de una mezcla de materiales calcáreos arcillosos en propor proporcio ciones nes conven convenien ientes tes lle llevad vada a has hasta ta fus fusión ión y pos poster terior iormen mente te mol molida ida muy finamente sin contar con ninguna adición fuera del yeso. Loss Ceme Lo Cement ntos os Po Port rtla land nd se llam llaman an Hidr Hidraú aúlic licos os po porq rque ue frag fragua uan n y en endu dure rece cen n al reaccionar con el agua. Esta reacción química se llama hidratación. Es una reacción química en la que se combinan el cemento y el agua para formar una masa parecida a la piedra. 5.2 Fabricación Loss ma Lo mate teri rial ales es usad usados os en la fa fabr bric icac ació ión n de dell ceme cement nto o Po Port rtla land nd de debe ben n tene tenerr la lass proporciones adecuadas de cal, sílice, alúmina y componentes de hierro. Durante el proceso de fabricación, se analizan los materiales, para tener la seguridad de obtener  Cement Cem ento o Por Portla tland nd de alta alta calida calidad d y uni unifor forme. me. Mat Materia eriass pri primas mas sel selecc eccion ionada adass se pulverizan y se dosifican de manera que la mezcla resultante tenga la composición química deseada. 5.3 Composición Química y sus Propiedades Los cementos pertenecen a la clase de materiales denominados aglomerantes en cons co nstr truc ucci ción ón,, como como la cal cal aére aérea a y el yeso yeso (no (no hi hidr dráu áulic lico) o),, el ceme cement nto o en endu dure rece ce rápidamente y alcanza resistencias altas; esto gracias a reacciones complicadas de la combinación cal – sílice. a)

Composición Química.- El cemento tiene la siguiente composición química: Cal Ca O 59 a 67% Sílice SiO2 16 a 25% Alumina Al2O3 3.0 a 8.0% Oxido Ox ido de F Fie ierr rro o Fe2O3 0.5 a 5.0%

 b)

Elementos Principales.- Entre los elementos principales del cemento se tienen los siguientes:

 

C3S: C2S: AC3: FAC4:

Silicato tri – cálcico Silicato bi – cálcico Aluminato tri – cálcico Ferroaluminato tetra – cálcico

67.82% 07.35% 12.35% 07.80%

La relación de estos elementos principales con los componentes del cemento está dada por la Fórmula de Bogue: C3S = 4.071 CaO – 7.6 SiO 2 – 6.718 Al2O3 – 1.43 Fe2O3 – 2.852 SO2 C2S = 2.867 SiO2 – 0.7544 C3S AC3 = 2.655 Al2O3 – 1.692 Fe2O3 FAC4 = 3.043 Fe2O3

5.4 Propiedades Físicas Conocer las propiedades físicas del cemento es importante para aceptar el material y para prognosticar su comportamiento. Entre las propiedades físicas se tienen a las siguientes: a)

Finura.- La hidratación del cemento depende de la finura de las partículas del cemento, pero una finura muy elevada resulta costosa y ocasiona mayores cambios de volumen en la mezclas.

b)

espasa el término que adescribe toma de rigidez de Tiempo la pasta de de Fraguado.cemento, (laFraguado pasta que de fluida sólida); lapor lo que la fragua indica el paso de un material plástico a uno menos plástico: Aglomerante + Agua → Plástico Plástico → menos plástico → Rígido → Endurecimiento El paso del estado plástico al menos plástico se conoce como fragua inicial, y el paso del estado rígido al estado de endurecimiento se conoce como fragua final.

c)

Falso Fraguado.- Este fenómeno consiste en un prematuro fraguado del cemento pocos minutos después de mezclado; se diferencia del fraguado rápido en que no existe desprendimiento del calor y al remezclar sin adición de agua, se recupera la plasticidad.

d)

Estabilidad de Volumen.- Loa determinación de esta propiedad permite verificar la ausencia de agentes expansivos en el cemento, tales como la cal libre o sulfato de calcio. Dicha determinación se determina en un equipo de autoclave.

e)

f)

Resistencia Mecánica.- Es la propiedad más significativa del cemento con miras a su uso estructural. Existen diversas pruebas de resistencia tales como compresión, tracción, flexión, siendo la única requerida por la norma ASTM o INDECOPI, la re resi sist sten enci cia a a la co comp mpre resi sión ón cons consid ider erad ada a la prop propie ieda dad d má máss imp impor orta tant nte e de un cemento. Cont Co nten enid ido o de Ai Aire re..- Mi Mid de el por orce cent nta aje de ai aire re atra atrapa pado do en la mez ezccla la,, normalmente se realiza ensayos en mortero.

 

5.5 Cementos Portland Puros Entre los cementos portland puros se tienen los siguientes: TIPO I.- Para usos generales en la construcción TIPO II.- Para uso general y donde se requiera resistencia moderada a la acción de los sulfatos y donde se necesite un moderado calor de hidratación, como la construcción de presas donde hay vaciados masivos de concreto. TIPO III.- Para obras donde se requiera de una alta resistencia inicial, como por  ejemplo cuando se necesite que la estructuras de concreto reciba carga lo mas antes posible. TIPO IV.- Para obras donde se requiere un bajo calor de hidratación. Ejemplo: vaciado de grandes cantidades de concreto y que no deben producirse dilataciones durante el fraguado, que más tarde pueden sufrir contracciones con la siguiente aparición de fisuras. TIPO V.- Para uso en obras donde se requiere una alta resistencia a los sulfatos, como el revestimiento de túneles o canales de ciertas minas o hidroeléctricas. En el Perú solo se fabrican los cementos tipos I, II y V.

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5.6 Clasificación y Empleo de los Cementos Nacionales Los cementos portland se clasifican en Portland puros y Portland adicionados. a) b)

I, II, III, IV V Portland Portland puros: adicionados: IP y(cemento Portland Puzolánico), IPM (cemento Portland Puzolánico Modificado), IS (cemento Portland de Escoria)

5.7 Las Normas de Cemento en el Perú La normalización del cemento se lleva a cabo por el Comité Técnico Permanente de Normalización de Cementos y Cales, cuya gestión tiene a su cargo ASOCEM. In Inic icia ialm lmen ente te las las norm normas as adop adopta tada dass fu fuer eron on la lass AS ASTM TM.. La prim primer era a en entitida dad d de normalización fue el INANTIC. Posteriormente este organismo fue reemplazado por el ITINTEC, organismo que actualizó las normas existentes y formuló otras nuevas. En la actualidad la responsabilidad de la normalización se encuentra en el INDECOPI 5.8 Otros Cementos Usados dos con pro propós pósito itoss arq arquit uitect ectóni ónicos cos (ve (verr NTP a) Cemen Cemento to Portl Portland and Blanc Blanco.o.- Usa 334.050). b)

Cemento de Albañilería.- Es ideal para trabajos de albañilería ya que mejora la plasticidad y retención de agua. (ver ASTM C91, ITINTEC 334.069).

c)

Cementos Aluminosos.- Son resistentes a los ataques por sulfatos y por el CO 2 disuelto en agua, y es muy conveniente para construcciones en agua de mar. Son también conocidos como supercementos, ya que tienen un rápido desarrollo de resistencia y alcanza alrededor de 80% de su resistencia última a las 24 horas de fabricado.

5.9 Almacenamiento Se debe almacenar el cemento en lugares abiertos para protegerlos de la humedad, deben estar ambiente ventilado elpara la carbonatación, no deberán estar en contacto conen el un suelo (se recomienda usoevitar de parihuelas de madera).

 

6. PUZOLANAS Son So n sust sustan anci cias as si silílíce ceas as que que re redu duci cida dass a polv polvo o y am amas asad adas as con ca cal,l, form forman an aglomerantes hidráulicos. 6.1 Clasificación Se suelen clasificar en naturales y artificiales, agrupándose de la siguiente manera: Cenizas y tobas volcánicas (riolitas, andesitas y fenolita). • Rocas silíceas sedimentarias (diatomeas, pizarras y pedernales). • Arcillas y pizarras calcinadas (caolinita). • Subproductos industriales (escorias, cenizas volantes). • La composición química de las puzolanas, tanto naturales como artificiales, varían entre los siguientes límites: • Sílice 42 a 66% • Alúmina 14 a 20% • Óxido de hierro 05 a 20% • Óxido de calcio 03 a 10% • Óxido de magnes magnesio io 02 a 10% • Agua combina inada 01 a 15% a)

Puzolanas Puzo lanas Naturales. Naturales.-- So Son n las ro roca cass ex exis iste tent ntes es en la nat natur urale aleza za que

pa para ra

emplearlascomo solo las deben pasar por la andesitas molienda.yProvienen volcánicas riolitas, traquitas, basaltos. de las rocas eruptivas b)

Puzolanas Artificiales.- Se forman al calentar las arcillas y pizarras y enfriarlas rápidamente. La preparación de las puzolanas artificiales se reduce a la cocción de las arcillas y pizarras a temperaturas que oscilan en 600º a 900ºC, según sean más o menos calizas y a una pulverización análoga a la del cemento Portland.

6.2 Ventajas de la Puzolana La puzolana finamente molida proporciona resistencia mecánica. • No daña el concreto, por lo que la durabilidad aumenta. • • Al generarse menos calor de hidratación se evitará el fisuramiento prematuro. • Ayuda a la impermeabilidad de la mezcla endurecida, aumentando su resistencia al paso del agua. • La plasticidad y cohesión de la puzolana aumentan trabajabilidad y retención de agua, evitando la segregación de los agregados. • El incremento de resistencia mecánica de las mezclas fabricadas con cementos puzolánicos se observa a edades avanzadas. 7. ESCORIAS DE ALTOS HORNOS Constituye un sub producto de la fabricación del hierro. La composición química de las escorias está formada por los mismos óxidos de cal, sílice y alúmina que se encuentran en el cemento Portland, con las l as siguientes proporciones: Ca O 25 a 50% SiO2 25 a 40% Al2O3 10 a 30% Fe2O3 0.4 a 1.6% MgO SO3

0.8 a 1.0% 1.1 a 3.7%

 

Las es Las esco cori rias as de alto altoss horn hornos os se ob obtitien enen en en form forma a de un una a masa masa flflui uida da,, a un una a temperatura mayor de 1500ºC y según se produzca su enfriamiento, se obtienen en forma vítrea si éste es brusco, y en horma cristalina si el enfriamiento es lento y de estructura esponjosa al desprender los gases que lleva en disolución.

7.1 Escorias de Altos Hornos en el Perú Ancash, Chimbote, se encuentra la planta de Sider Perú. • Marcona. • 8. MATERIALES BITUMINOSOS Los materi materiales ales bitum bituminoso inososs son cuer cuerpos pos comp complejos lejos cons constituid tituidos os por hidro hidrocarbu carburos ros asociados con materiales minerales. Los términos: bitumen, betún, asfalto y brea son utilizados para determinar diferentes sustancias bituminosas. El asfalto es un material aglomerante resistente muy adhesivo, altamente impermeable y duradero. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se combina. Además es altamente resistente r esistente a la mayor parte de los ácidos, álcalis y sales. 8.1 Definición Betún Bet ún o bitume bitumen n es el compon component ente e bás básico ico de sus sustan tancia ciass o cu cuerp erpos os bitumi bituminos nosos os constituidos por hidrocarburos naturales o de petróleo, sólidos, viscosos o líquidos, conten con tenien iendo do una peq pequeñ ueña a pro propo porció rción n de pro produc ductos tos vol voláti átiles les;; tien tienen en pro propie piedad dades es aglomerantes. a)

Composición Química.- Los betunes están formados por: Carbono 80 a 88% Hidrógeno 9 a 12% Oxígeno 0 a 12% Azufre 0 a 3% Nitrógeno 0 a 2%

b)

Compon Comp onen ente tess de lo loss Betu Betune nes. s.-- En los los be betu tune ness se tien tienen en lo loss si sigu guie ient ntes es componentes: asfaltenos, maltenos, carbenos y resinas asfálticas o carboides.

8.2 Clasificación Los materiales bituminosos se dividen en: A) As Asfa faltlto os a) Ceme Cement ntos os as asfá fálti ltico cos. s. b) Asfa Asfalto ltoss lílíqu quid idos os.. c) As Asfa falto ltoss em emul ulsi sion onad ados os.. B) Al Alqu quititra rane ness a) Alquit Alquitran ranes es pro propia piamen mente te dic dichos hos.. b) Breas.

 

8.3 Propiedades de los Asfaltos a)

Consistencia.- Es la propiedad de los asfaltos que varía desde la de un líquido muy fluido a la de un cuerpo semi – sólido, rígido, de propiedades semejantes a las del lacre o brea.

b)

Durabilidad o resistencia al envejecimiento.- Un asfalto de pavimentación para que qu e si sirv rva a como como ligan ligante te debe debe mant manten ener erse se pl plás ástic tico. o. Cu Cuan ando do se ex expo pone ne a la lass inclemencias atmosféricas, pierde parte de su plasticidad y se hace quebradizo. Este deterioro natural e conoce como envejecimiento atmosférico. El envejecimiento de un pavimento ocasiona finas grietas, que luego se ensanchan y luego el agua ingresa por las grietas abiertas, reblandeciendo la base ocasionando un excesivo desgaste y deteriorando el pavimento.

c)

Velocidad de curado.- El tiempo de curado está en función del disolvente que usen los los asfa asfaltltos os:: naft nafta, a, ke kero rose sene ne,, ac acei eite te lige ligero ro.. El cu cura rado do es el au aume ment nto o de la cons co nsis iste tenc ncia ia de un asfa asfalto lto de debi bido do a la pérd pérdid ida a prog progre resi siva va de dell dis disolv olven ente te po por  r  evaporación. En este proceso es importante que el asfalto no pierda su función ligante.

d)

durabi abilida lidad d de un pav pavime imento nto asf asfálti áltico co Resistencia a la acción del agua.- La dur depende de la capacidad del asfalto para adherirse a los áridos en presencia del agua.

8.4 Pruebas de los Asfaltos a)

Viscosidad.- Consiste en medir el tiempo que demora un líquido en pasar por un orificio de sección determinada (ver T.72 de AASHO y D88 de ASTM).

b)

Ductilidad.- Los cementos asfálticos que tienen ductilidad tienen mayor poder  cementante que los que lo tienen en menor grado.

c)

Inflamación.- El punto de inflamación de un asfalto indica la temperatura hasta la cual puede ponerse un asfalto (ver T.48 de AASHO y D92 de ASTM).

d)

Destilación.- Se usa para determinar la cantidad de cemento asfaltico y de solvente que existe en un asfalto diluido (ver T.78 de AASHO y D402 de ASTM).

e)

Calentamiento.- Sirve para determinar la volatilidad de los asfaltos, es decir, para conocer la pérdida de peso que experimentan al ser calentados (ver D6 de ASTM).

f)

Solubilidad.- Determina la cantidad de bitumen o betún que contiene un material bituminoso (cemento asfáltico, asfalto diluido o alquitrán).

g)

efec ectú túa a con con los los re resi sidu duos os de la de dest stililac ació ión, n, vie iene ne a se serr un una a Flotación.- Se ef modificación de la prueba de viscosidad (ver T.50 de AASHO y D139 de ASTM).