Portland

Hormigón de Cemento Portland


Cemento Portland





INCI 4035 - Materiales de Ingeniería Civil





El hormigón de cemento Portland es el material de construcción más utilizado en el mundo. Edificios, puentes, túneles, represas, fábricas, pavimentos y otros. El hormigón de cemento Portland consiste de cemento Portland, agregados, agua, vacios de aire y a veces aditivos. El cemento Portland fue patentado por Joseph Aspdin en 1824. Es un pegamento instantáneo (mezclado con agua) que une agregados para hacer el hormigón de cemento Portland. 2

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Ingredientes del hormigón de Cemento Portland

Producción de Cemento Portland

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Composición química del cemento

Producción de Cemento Portland


Productos químicos en la materia prima:








Durante la calcinación en el horno (kiln) se producen:





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Caliza Sílica Alúmina Oxido de hierro Silicato tricalcio (C3S) Silicato dicalcio (C2S) Aluminato tricalcio (C3A) Alúminoferrito tetracalcio (C4AF) 6

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Hidratación del cemento Portland

Finura y peso específico del cemento Portland








Mientras más fino el cemento más rápida la hidratación y mayor calor de hidratación inicial Sin embargo, cemento muy fino es más costoso de producir y puede ser dañino para la calidad del cemento Algunos números:







Máximo tamaño: 0.09 mm 85-95% son menores que 0.045 mm El diámetro promedio es 0.01 mm









La gravedad específica (sin incluir vanos): 3.15

Es la reación química entre las partículas de cemento y el agua Muchas reacciones químicas ocurren ya que el cemento tiene muchos compuestos químicos Los aluminatos se hidratan más rápido que los silicatos La reacción del aluminato tricalcio con el agua es inmediata y libera mucho calor El yeso se usa para retrasar la velocidad de esta reacción produciendo iones de sulfato. El balance entre el aluminato y sulfato determina la velocidad de fragüado.

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Hidratación del cemento Portland (cont)








Vacíos en el hormigón de cemento Portland

El cemento de fragüado normal tiene poca concentración de aluminato y sulfato. Permanece manejable por ~45 min y empieza a solidificarse a las 2~4 horas Exceso de aluminato y sulfato la manejabilidad dura ~10 min y se solidifica a las 1~2 horas Alto aluminato con bajo sulfato produce un fragüado rápido (10~45 min) o un fragüado instantáneo ( A Workability = B

Superplastificantes


28 day strength > A + WRA - water

Workability = B




28 day strength = A




+ cement 28 day strength = A Workability = B

- water - cement + WRA

Workability = B




+ cement + water

+ WRA

28 day strength = A

28 day strength = A

Workability > B

Workability > B




Se llaman tambien reductores de alto rango. Aumentan grandemente el flujo del hormigón fresco o reducen la cantidad de agua necesaria para obtener una consistencia dada. Se puede lograr asentamientod de 8-10”. La reducción de agua varia entre el 12-40%. Gracias a los superplastificantes se ha podido conseguir hormigones de alta resistencia. Con el superplastificante, el tiempo en que la mezcla es manejable disminuye drásticamente.

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Usos de superplastificantes







¿Cual da más trabajo?

Cuando se necesita una relación w/c baja. Cuando se funden secciones finas. Cuando se funde donde hay barras de refuerzo escasamente espaciadas. Cuando se funde hormigón bajo el agua. Cuando se funde utilizando bombas. Cuando consolidar el hormigón es dificíl Vaciado de hormigon en losa (método tradicional)

Vaciado de hormigon en losa con superplastificante

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Aditivos controladores de hidratacion

Retardadores















Usos:




Para anular el efecto de altas temperaturas. Para transportar el hormigón distancias considerables. Para dar más tiempo a un acabado especial.

Los retardadores reducen la resistencia inicial del hormigón. Algunos retardadores incorporan aire y aumentan la manejabilidad. Otros retardadores reducen el tiempo entre el fraguado inicial y final. 29





Paran y/o reactivan el proceso de hidratacion. Tienen dos partes: un estabilizador y un activador. Pueden parar la hidratacion por hasta 72 horas. Son utiles para extender el uso de hormigon ready-mix (preparado en planta).

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Aceleradores




Se usan para desarrollar la resistencia inicial del hormigón a una mayor velocidad. Pero la resistencia final no varia. Usos:









Aceleradores (cont)







Reducir el tiempo antes que las operaciones de acabado empiecen. Reducir el tiempo de curado. Aumentar la velocidad de ganancia de resistencia. Sellar pérdidas bajo presión hidráulica.









El más utilizado es el cloruro de calcio (CaCl2). En algunas condiciones no conviene usar cloruro de calcio.










Son desperdicios de procesos industriales. Mejoran propiedades del hormigon y solucionan el problema de desperdicio. Pueden usarse en adicion, o como substituto parcial del cemento. Los mas usados son: Fly Ash (Ceniza volante) Escoria de alto horno.
Silica fume (microsilica)
Pozolanas naturales

















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Cemento tipo III Aumentar el contenido de cemento. Curar el hormigón a altas temperaturas. Usar otros aceleradores químicos.

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Fly Ash

Aditivos Cementicios Suplementarios


Hormigón es pretensado. Hormigón contiene aluminio. Hormigón está sujeto a reacción alcalí-sílica. Hormigón está en contacto con agua se suelos que contienen sulfatos. Hormigón se funde bajo altas temperaturas. Applicaciones masivas de hormigón

Alternativas al uso de cloruro de calcio:


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No debe usarse cloruro de calcio cuando:

Es un subproducto del proceso de combustion de carbon en plantas generadoras de electricidad. El fly ash es extraido de las camaras de combustion y se enfria formandose esferas. La forma esferica aumenta la manejabilidad de la mezcla. Extiende el proceso de hidratacion, consiguiendose mayor resistencia y menor porosidad. 34

Fly Ash (cont)


El menor calor de hidratacion reduce la ganancia de resistencia inicial, pero permite una ganancia mas alla de lo que el cemento comun puede lograr.

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In this photograph, high-fly-ash concrete is used without a secondary finish.

Escoria de Alto Horno







Subproducto de desperdicio del proceso de produccion del acero. Para hidratarse necesita agua y un activador (NaOH o CaOH), ambos suplidos por el cemento. La escoria molida de alto horno se ha usado como material cementicio desde los 1900s. Puede substituir entre 30% y 45% del cemento.

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Escoria de Alto Horno

Silica Fume










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Subproducto del proceso de produccion de metal de silicon o aleaciones de ferrosilicon. Es un producto puzzolanico muy reactivo. El hormigon hecho con SF tiene alta resistencia y es muy durable. Puede reducir la corrosion causada por la sal. Es altamente resistente a la penetracion de iones de cloruro. 42

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Puzolanas naturales

Silicon metal and alloys are produced in electric furnaces as shown in this photograph










Una puzolana es un material que en sí no posee propiedades cementicias, Pero finamente partida y en presencia de agua, reacciona con el hidróxido de calcio para formar compuestos cementicios. Han sido usados desde hace 2000 años.

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Una de las más antiguas construcciones en ceniza volcanica

Ceniza volcanica

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Efectos de aditivos cementicios suplementarios Propiedad

Efecto

Requerimiento de agua Contenido de aire

Fly ash lo reduce. Silica fume lo aumenta.

Manejabilidad

Fly ash, escoria molida aumentan manejabilidad. Silica fume lo reduce Fly ash lo reduce. Silica fume no lo afecta, excepto con plastificante (lo aumenta) Fly ash, puzolanas y escoria molida lo aumentan.

Hidratacion Tiempo de fraguado

Aditivos especiales





Fly ash y silica fume lo disminuyen







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Agentes de manejabilidad Inhibidores de corrosión Agentes selladores Agentes reductores de permeabilidad Aditivos fungicidas, germicidas, e insecticidas. Ayudas de bombeo. Ayudas para adherencia. Ayudas para grouting. Agentes colorantes. Reductores de encogimiento. 48

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