miércoles, 11 de noviembre de 2015

Cemento expansivo

 RocaNegraSAS
Fotogr. 1 Aplicaciones cemento expansivo

Los Cementos expansivos son cementos hidráulicos que, a diferencia del cemento portland, se expanden  durante el período temprano de hidratación.         
Cuando la magnitud de la expansión es pequeña pero por lo general adecuada para compensar el esfuerzo de tracción por secado, el cemento es conocido como compensador de contracción.  
Cuando la magnitud de la expansión es grande, el cemento se llama auto desestresante y se puede utilizar para la producción de pretensado químico de elementos de hormigón.



 1. Composición química

El cemento Portland no es un compuesto puro, porque no se le puede asignar una fórmula química exacta; sin embargo, al estar constituido por cierto número de elementos conocidos, que al combinarse entre sí, lo hacen según las leyes ponderales de la química pura, es posible deducir a partir de su composición elemental toda una serie de relaciones estequiométricas que permiten entender, modificar y controlar sus propiedades tanto durante el proceso de fabricación como al emplearlo como material de construcción.   
Tenemos tres tipos de cemento expansivo.

-Tipo M
Mezcla de cemento portland, cemento de aluminato de calcio (con CA es el compuesto de principal), y sulfato de calcio.       
   CA + 3CS + 2CH + 30H = C
6AS3H32
-Tipo S 
Compuesto por una muy alta de cemento portland CA (aproximadamente 20% CA) y grandes cantidades de sulfato de calcio.       
   C
3A + 3CS + 32H = C6AS3H32
-Tipo K 
Desarrollado originalmente por Alexander Klein de la Universidad de California en Berkeley en la década de 1960, el Clinker tipo sulfoaluminato es un clinker modificado de cemento portland.     
   C
4A3S + 8CS + 6CH + 90H = 3C6AS3H32


Cemento
CCN
Masa%
Óxido de calcio - CaO
C
61 - 67
Dióxido de silicio -  SiO2
S
19 - 23
Óxido de Aluminio - Al2O3
A
2.5 - 6
Óxido de hierro - Fe2O3
F
0 - 6
Sulfato
S
1.5 - 4.5
Tabla 1 Componentes del cemento



Clinker
CCN
Masa %
Alita - Silicato tricálcico - (CaO)3 * SiO2
C3S
45 – 75
Belita - Silicato dicálcico - (CaO)2 * SiO2
C2S
7 – 32
Aluminato tricálcico - (CaO)3 * Al2O3
C3A
0 – 13
Ferroaluminato tetracálcico - (CaO)4 * Al2O3 * Fe2O3
C4AF
0 – 18
Aljez (Yeso) - Sulfato de calcio - CaSO4 * 2H2

2 – 10
  Tabla 2 Componentes del clinker 


2. Propiedades físicas y químicas

Los componentes que pueden provocar expansiones destructivas a largo plazo cuando están presentes en cantidad excesiva en el cemento portland, incluyen la cal calcinada a muerte, la magnesia calcinada a muerte y el sulfato cálcico.
Las características de estos cementos dependerán de las proporciones dadas a cada compuesto que los conforma, así un cemento que requiera una  expansión mayor tendrá más adición de aluminato de calcio o sulfato de calcio, mientras uno que requiera un retraso en el tiempo de fraguado tendrá más silicato tricálcico.
Como generalmente se les adiciona cemento portland tendrán características propias de este tipo de cementos, si se requiere un cemento resistente a sulfatos presentes en el ambiente la mezcla tendrá adición de cemento portland tipo III.

-Resistencia
Estos cementos al estar confinados aumentan su resistencia debido al aumento de la presión en función del aumento de volumen.

Imagen 1 Resistencias de pastas de cemento comprimido y con libre expansion. 

-Temperatura de curado
Si la temperatura del agua de curado aumenta la pasta de cemento alcanza su expansión en un  menor tiempo y en menor magnitud.

Imagen 2 Expansión de prismas de concreto a lo largo del tiempo con agua a diferentes temperaturas.

3. Proceso de elaboración

Diagrama 1 Pasos en la elaboración del cemento.


SobreImpactoCotidianoExtracciónYusoCementoI
Imagen 3 Procesos en la elaboración del cemento.


4 Usos y aplicaciones.


-Compuesto demoledor no explosivo
Debido a la expansión de este tipo de cemento se generan grandes fuerzas de tensión sobre la superficie del elemento que lo contenga, usándose como un agente demoledor no explosivo (idea tomada de procesos naturales de meteorización en los que interviene el agua y sales minerales).



Este, que su uso más común, se aplica en pequeñas demoliciones así como en proyectos de gran escala, lugares en donde no sea viable el uso de explosivos. En canteras y minas es usado por facilidad de manejo, costos y el hecho que no requiera un cese de actividades mientras se realiza el proceso de demolición.


-Concreto de retracción compensada

Al pasar del estado plástico al estado endurecido la pasta de cemento presenta contracciones causadas por la rápida evaporación del agua en la pasta o una mala proporción agregado-cemento. Esta contracción aumenta en relación a la superficie expuesta al aire, como es el caso de pisos y muros.


Esta contracción puede “evitarse” usando cementos expansivos que compensen el cambio volumétrico.


5 Efectos sobre el medio ambiente


-El cemento expansivo y los concretos elaborados con este una vez endurecidos se meteorizan como cualquier otra roca, cumpliendo un ciclo natural.

-Pueden generar molestias si no se desechan de forma adecuada y son vertidos en lugares inapropiados.

-Usado como compuesto demoledor no genera ruido, gases, vibraciones o daños indeseados.

-Los impactos ambientales son generados en la elaboración y trasporte inadecuados del cemento y sus materias primas.
El CO2 y demás gases producidos durante la extracción de materias primas, trasporte, horneado y trasporte del producto final son liberados a las atmosfera.
El polvo producto del horno contiene metales pesados que deben manejarse de una manera adecuada, de lo contrario pueden contaminar diversas fuentes hídricas.

-Erosión y pérdida de suelos debida a la extracción de caliza.


6 Bibliográfia

-UNIVERSITY OF CALIFORNIA. Expansive cements.     

-LIBIA GUTIERREZ DE LOPEZ. EL concreto y otros materiales para la construcción. Segunda edición. Manizales. 2003. ISBN 958-9322-82-4

-G. E. MONFORE. Propiedades de los cementos expansivos, hechos con cemento portland, yeso y cemento aluminoso.
Journal of the P.C. A., Mayo 1964 (pag. 2). http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/viewFile/1717/2114