Características y propiedades de los aglomerantes

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CLASE Nº 7CLASE Nº 7
AGLOMERANTES
UNIDAD IUNIDAD I
Características y PropiedadesCaracterísticas y Propiedades
de los Materialesde los Materiales

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AGLOMERANTESAGLOMERANTES
Los aglomerantes son
materiales capaces de mantener
juntos a otros materiales sin
reaccionar con ellos. Debido a
esto, los materiales formados por
un aglomerante y uno o más
materiales aglomerados se
denominan materiales
compuestos. Ejemplos de este
tipo de materiales son el
hormigón, el asfalto y la madera
aglomerada.
En un material compuesto se
pueden identificar claramente las
diferentes fases que lo componen,
como se puede ver en la imagen
adjunta.

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TIPOS DE AGLOMERANTESTIPOS DE AGLOMERANTES
Dependiendo del proceso mediante el cual un aglomerante
endurece y adquiere resistencia, se tienen:
Aglomerantes térmicos: estos aglomerantes adquieren
resistencia por enfriamiento, por ejemplo el cemento asfáltico y el
azufre.
Aglomerantes polimérico: estos aglomerantes adquieren
resistencia mediante reacciones de polimerización, como sucede
con las resinas epóxicas (materiales sintéticos).
Aglomerantes aéreos e hidráulicos: los aglomerantes aéreos
endurecen en contacto con el aire y los hidráulicos en presencia de
agua. A este tipo de aglomerante pertenecen la cal, el cemento y
el yeso.
Las reacciones de fraguado de los aglomerantes poliméricos e
hidráulicos son exotérmicas, es decir, liberan calor, lo que se
debe considerar cuando se trabaja con ellos, para evitar fisuración
de los materiales finales o estructuras.

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ASFALTOASFALTO
Producto sólido o semisólido de color negro o pardo oscuro, cuyos
elementos constituyentes son betunes o hidrocarburos y que se
obtiene de depósitos naturales o de la refinación del petróleo.
Con el calor se reblandece y con el frío solidifica. El punto de
reblandecimiento depende del tipo de asfalto, variando entre 40 y
120ºC.
Químicamente el asfalto es un hidrocarburo, y físicamente tiene
dos grandes componentes:
- asfaltenos (sólidos quebradizos).
- maltenos (aceites pesados).
De la proporción de estos componentes
resulta las diversas propiedades y usos
del asfalto. Dentro de sus propiedades
podemos citar viscosidad, punto de
reblandecimiento, etc.

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ASFALTOASFALTO
La viscocidad es una característica primordial para los asfaltos y
es el grado de solidez que tiene la mezcla.
Se mide por ensayo de penetración, donde se dispone una aguja
de 1mm2 cargada con 100grs sobre el asfalto durante 5 segundos
a 25ºC, midiendo su penetración en décimas de milímetros o
centistokes.

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ASFALTOASFALTO
Existen cinco categorías de asfaltos comerciales:
a) Asfaltos naturales de elevada pureza. Llamados
generalmente betunes naturales y se usan en la fabricación
de lacas e impermeabilizantes.
b) Asfaltos naturales impuros. Contienen arcillas y minerales,
con similares aplicaciones al anterior.
c) Asfaltos de petróleo. Llamados asfaltos artificiales,
constituyen el grueso de los asfaltos usados en el mundo,
sobretodo en pavimentación.
d) Asfaltos para techumbres. Llamados asfaltos soplados, se
obtienen por oxidación del residuo del petróleo mediante el uso
de aire caliente, aplicándose como impermeabilización en
techos.
e) Asfaltos “cracking”. Se obtienen por descomposición térmica
del petróleo, aplicándose como alquitrán para carreteras.

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APLICACIONES DEL ASFALTO
• Pavimentos.
• Impermeabilización.
• Adhesivos.
• Pinturas.
• Protección química.

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CARACTERÍSTICAS
Viscosidad de aplicación. (fluidez)Viscosidad de aplicación. (fluidez):
Aplicación Viscosidad requerida
(Centistokes)
Spray 20 - 100
Llenado de juntas 100 - 200
Impregnación 20 - 200
Impermeabilización 200 - 1000
Pintado 600
Recubrimiento 1000
Bombeado 1500 - 2000

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CEMENTOS ASFÁLTICOSCEMENTOS ASFÁLTICOS
Son mezclas de asfaltos con materiales fluidificantes que aumentan
su viscosidad, como son aceites, bencina y parafina.
Se conocen por la sigla CA seguida de dos números que definen su
límite mínimo y máximo de viscosidad, por ejemplo:
CA 60-80
Significa que es un cemento asfáltico que tiene un índice de
penetración de 60 a 80 décimas de milímetro (centistokes).
Los cementos asfálticos se usan con
material pétreo en la fabricación de
concretos asfálticos para
pavimentación, con arena en la
fabricación de morteros asfálticos de
pega y de relleno, y con algunos
solventes especiales en la fabricación de
adhesivos e impermeabilizantes.

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AGLOMERANTES HIDRÁULICOSAGLOMERANTES HIDRÁULICOS
CAL:
En la naturaleza se encuentra la caliza o carbonato cálcico, la
que corresponde a óxido de calcio quemado, es decir, que ha
reaccionado con dióxido de carbono.
Industrialmente, la caliza es molida en un horno, lo que permite
obtener óxido de calcio en estado sólido. Este óxido es muy activo
y se conoce con el nombre de “cal viva” debido a su alta
reactividad y su carácter corrosivo. Este es un material altamente
alcalino, es decir, tiene un pH muy alto.

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CAL:
La cal viva se mezcla con agua para formar hidróxido de calcio o
cal hidratada, la que se comercializa como adición para la
elaboración de morteros (de fragüe lento) o simplemente para
pintar fachadas (con adición de sal). Debido a que forma una
capa relativamente impermeable, antiguamente, se utilizaba para
proteger los adobes utilizados en la construcción de edificaciones.

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CAL:
Se utiliza como materia prima en la fabricación de cemento
portland. También se ocupa en mortero de cemento como
adición para mejorar la plasticidad y retentividad del agua
(máximo 25% de cal en la mezcla), reduciendo la aparición de
fisuras, aunque tiene el efecto de reducir la resistencia del mortero
(denominado bastardo). Por lo anterior es que sólo son
recomendables en revoques (estucos).

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Yeso:
El yeso se encuentra en la naturaleza como un mineral
denominado “Selenita” y químicamente corresponde a un sulfato
de calcio dihidratado.
Industrialmente, se muele en un horno a una temperatura de 130º
para deshidratarlo y transformarlo en un polvo blanco capaz de
reaccionar con el agua.

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Yeso:
En construcción se utiliza como materia
prima en la fabricación de cemento
portland y en la planchas de yeso
cartón, que en nuestro país se conocen
comercialmente como volcanitas y que
se utilizan mucho en tabiquería y cielos.
El yeso blanco se usa mezclado con agua
formando una pasta muy fina que sirve
como enlucido, vale decir, como capa
de terminación para muros y cielos
interiores antes de recibir pintura o
papel mural.
Aún se ocupa en la fabricación de
molduras, especialmente cornisas, y
placas (Isomur) aunque se prefieren
otros materiales para ello.

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CEMENTOCEMENTO
Es un polvo gris muy fino que tiene la cualidad de reaccionar con el
agua formando una pasta que endurece tanto bajo agua como al aire.
El cemento hidráulico o cemento pórtland se obtiene de la
sinterización de caliza (CaO) con algunas arcillas, tales como óxido
de aluminio o alúmina (Al2O3), óxido de silicio o sílice (SiO2) y óxido de
fierro (Fe2O3). Estos materiales se muelen a alta temperatura (1500º
C) en un horno rotatorio y como resultado se obtiene un material
compacto denominado clinker.
Materia Prima
Caliza (óxido de calcio)
Arcilla (sílice)
chancado
CLÍNQUER mezclafusión

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CEMENTOCEMENTO
Proceso por Vía Seca

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CEMENTOCEMENTO
Proceso por Vía Seca

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VÍA SECAVÍA SECA
En la fabricación seca, una vez que las materias
primas han sido trituradas, molidas y
homogeneizadas pasan a un horno que alcanza
temperaturas de 1450º C, obteniéndose de este
modo el clinker. Seguidamente, se deja reposar el
clinker por un período de entre 10 y 15 días.

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VÍA HÚMEDAVÍA HÚMEDA
La diferencia está en la etapa de Molienda Húmeda en la cual, la
caliza triturada se continúa moliendo en forma húmeda hasta formar
una "pasta de caliza“, la que es enviada a las Celdas de Flotación
donde se concentra. Luego pasa a los Espesadores, donde a la pasta
se extrae el agua. Por último, esta pasta de caliza es bombeada a los
Silos de Mezcla, donde se le adiciona óxido de aluminio y de hierro,
de tal forma de obtener una pasta mezclada cuya composición
química sea la requerida para producir el Clinquer.

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VÍA HÚMEDAVÍA HÚMEDA
La pasta mezclada presenta un exceso de humedad para ingresar al
Horno, por lo cual es necesario pasarla por Filtros Prensa, en donde
el agua disminuye de 45% a 16%, y luego por un Proceso de Secado
hasta obtener una "harina cruda" con sólo 0,5% de humedad,
denominada "Crudo". Este Crudo es alimentado a través de una torre
de ciclones precalentándose hasta unos 850° C, previo a su ingreso
al Horno, en donde a temperaturas de alrededor de 1.450° C,
ocurrirán las reacciones químicas que lo transformarán en "Clinquer".
Por último este Clinquer se enfría y almacena en Silo o en Canchas.

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PROCESO PRODUCTIVOPROCESO PRODUCTIVO

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CEMENTOCEMENTO
El clínquer está constituido por cuatro compuestos básicos:
CLÍNQUER
Silicato trícálcico (3 CaO. SiO2)
Silicato bicálcico (2 CaO. SiO2)
Aluminato tricálcico (3 CaO. Al2O3)
Ferroaluminato tetracálcico (4 CaO. Al2O3. Fe2O3)
Estas cuatro fases mineralizadas en conjunto con una fase vítrea,
integrada por los dos últimos, constituyen el 95% del peso total del
clinquer, siendo el 5% restante componentes menores,
principalmente óxidos de sodio, potasio, titanio, residuos insolubles y
otros. Dependiendo de los porcentajes de cada componente se tienen
cementos con diferentes propiedades.
Los componentes más activos son el Silicato trícálcico ((C3S) y el
Aluminato tricálcico ((C3A). De la cantidad de estos componentes
depende la velocidad de fraguado y el calor que libera un cemento
durante el proceso de hidratación.

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CEMENTOCEMENTO
El clinquer es sometido a molienda mediante
molinos de bolas hasta convertirlo en el
polvo finísimo ya mencionado,
adicionándose en esta etapa una proporción
de yeso de alrededor de un 5% de su peso,
destinado a regular el proceso de fraguado
de la pasta de cemento, la que de otra
manera endurecería en forma casi
instantánea. El cemento así obtenido se
denomina Cemento Portland.
El cemento moderno fue desarrollado a partir
de las investigaciones del francés Vicat en
1818 y del escocés Aspdín, quien lo patentó
en 1824 con el nombre de cemento
portland, por la denominación romana del
hormigón y por la similitud del producto
obtenido con las rocas de la isla de ese
nombre.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS
CEMENTOS
El tamaño de los granos de cemento está
comprendido entre 2 y 100 micrones.
Estos son más activos cuando su tamaño
está comprendido entre 3 y 30 micrones.
Los granos menores a 3 micrones se
hidratan casi instantáneamente al entrar
en contacto con el agua, mientras que los
superiores a 60 micrones son
prácticamente inertes, ya que su
hidratación es extremadamente lenta.
La finura se puede medir por diversos
métodos:
Tamizaje (sólo hasta cierto tamaño, NCh
150, Of. 70).
Superficie específica (permeabilímetro
Blaine NCh, 159 Of. 70).
Turbidimetría (turbidímetro de Wagner
NCh 149, Of. 72).
Blaine
Granulómetro láser
FINURA

Se llama peso específico absoluto o
densidad real, a la relación entre el
peso del cemento y el volumen real
que ocupan los granos. Este se
determina en el matraz de Le
Chatelier, en el cual se mide el
desplazamiento de un líquido producido
por 64 g de cemento (NCh 154, Of.
69).
En los cementos Portland, el peso
específico debe ser igual o superior a 3
g/ml y en los cementos con adiciones
puede ser menor o mayor según la
adición empleada, pero siempre será
cercano a 3 g/ml (3 kg/l). La densidad
aparente suelta es del orden de 1
Matraz de Le Chatelier
PESO ESPECÍFICO ABSOLUTO
O DENSIDAD REAL
CEMENTOS

Es el tiempo que transcurre entre el instante en que el
cemento se mezcla con el agua para forman una pasta y el
momento en que la pasta pierde su plasticidad. Se determina
con un instrumento denominado Aparato de Vicat y consiste
en una aguja de 1 mm2 de superficie con un peso de 300 g, la
cual se hace penetrar en la pasta de consistencia normal
colocada en un molde.
Al momento en que la aguja se detiene a 4 mm del fondo, se
le considera como tiempo de “principio de fraguado” y cuando
la aguja penetra solamente 0,5 mm se considera como tiempo
de “fin de fraguado” (NCh 152, Of. 70).
El principio de fraguado en los cementos de alta resistencia no
puede ser inferior a 45 minutos y en los cementos corrientes
debe ser a lo menos de 1 hora.
TIEMPO DE FRAGUADO
CEMENTOS

Es la cantidad de agua expresada como porcentaje del peso del
cemento, que confiere a la pasta una plasticidad determinada.
La consistencia normal se determina con la sonda de Tetmejer.
Esta consiste en un vástago pulido de 1 cm de diámetro que se
hace penetrar en la pasta con un peso de 300 g. Se considera
que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda se
detiene a 6 mm del fondo (NCh 151, Of. 68).
RESISTENCIAS MEC ÁNICAS
Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias
iguales o superiores a las indicadas por las normas, en
probetas preparadas con un mortero cuyos componentes,
fabricación, conservación y ensayos están normalizados (NCh
158, Of. 67).
Los cementos van adquiriendo resistencia progresivamente con
el tiempo. A este fenómeno se le conoce como curva de
resistencia del cemento.
CONSISTENCIA NORMAL
CEMENTOS

El endurecimiento de los cementos se produce por reacciones
químicas entre los compuestos mineralógicos del cemento y el
agua de amasado. Estas reacciones químicas transforman a los
componentes anhídridos inestables en compuestos hidratados
estables.
Las reacciones químicas se producen con desprendimiento de
calor. Según la proporción en que esté presente cada uno de
los compuestos principales del clínker, será el calor resultante
desprendido por el cemento, de tal forma que habrá cementos
de bajo calor de hidratación,
mediano calor de hidratación o de alto calor de hidratación.
Cementos de bajo calor de hidratación son aquellos que
desprenden menos de 70 cal/g a los 7 días.
CALOR DE HIDRATACIÓN
CEMENTOS

Los cementos pueden ser atacados por ciertos productos
químicos, entre los cuales, los de mayor interés de
analizar son:
• Ataque por aguas ácidas: en general los ácidos
disuelven a los cementos, con mayor o menor
velocidad, según sea el ácido y su concentración.
• Ataque de sulfatos: atacan el C3A formando sales
expansivas que destruyen el hormigón.
• Ataque de aguas puras: las aguas muy puras son
ávidas de sales y disuelven principalmente el hidróxido
de calcio generado por el clínker durante su
hidratación.
RESISTENCIA AL ATA QUE QUÍMICO
CEMENTOS

• Reacción álcalis–áridos: algunos áridos contienen sílice
reactiva que se combina con el álcalis del cemento,
provocando una expansión del hormigón.
• Permutación de cationes: cationes tales como el del
magnesio (M++) que contienen algunas aguas, se
intercambian con los cationes de calcio, dando origen a
una acción destructiva.
• Carbonatación: el hidróxido de calcio generado por el
clínker durante su hidratación se puede transformar en
carbonato de calcio (CaCO3), por acción del anhídrido
carbónico (CO2) del aire.
RESISTENCIA AL ATA QUE QUÍMICO
CEMENTOS

NORMAS OFICIALES PARA CEMENTONORMAS OFICIALES PARA CEMENTO
NCh147.Of1969 Cementos - Análisis químico.
NCh148.Of1968 Cemento - Terminología, clasificación y
especificaciones generales.
NCh149.EOf1972 Cemento - Determinación de la superficie
específica por el
turbidímetro de Wagner.
NCh150.Of1970 Cemento - Determinación de la finura por
tamizado.
NCh151.Of1969 Cemento - Método de determinación de la
consistencia normal.
NCh152.Of1971 Cemento - Método de determinación del
tiempo de fragüado.
NCh153.Of1973 Cemento - Ensayo de indeformabilidad al
vapor de agua.
NORMATIVA VIGENTE

NORMAS OFICIALES PARA CEMENTONORMAS OFICIALES PARA CEMENTO
NCh154.Of1969 Cemento - Determinación del peso específico
relativo.
NCh157.Of1967 Cemento - Ensayo de expansión en autoclave.
NCh158.Of1967 Cementos - Ensayo de flexión y compresión de
morteros de cemento.
NCh159.Of1970 Cemento - Determinación de la superficie
específica por el
permeabilímetro según Blaine.
NCh160.Of1969 Cemento - Agregado tipo A para uso en
cemento – Especificaciones.
NCh161.EOf1969 Cemento - Puzolana para uso en cementos –
Especificaciones.
NCh162.Of1977 Cemento - Extracción de muestras.
NCh642.Of1999 Cemento - Envases - Sacos de válvula -
Especificaciones.
NORMATIVA VIGENTE

CEMENTOS NORMALIZADOS EN CHILE
•En Chile está vigente la norma NCh 148, Of.
68 (Cemento. Terminología, Clasificación y
Especificaciones Generales).
•En ella se definen algunos términos, se
clasifican según sus componentes y según sus
resistencias. Se fijan los límites de las
características físicas (propiedades físicas y
mecánicas) y de los componentes secundarios
(requisitos químicos).
NORMATIVA VIGENTE

De acuerdo a los componentes, esta norma clasifica a los
cementos de la siguiente forma:
Cementos Portland: obtenidos por la molienda de clínker más
un porcentaje de yeso para regular el fraguado.
Cementos Siderúrgicos: subdivididos en “Portland
siderúrgico”, si el contenido de escoria de alto horno es inferior
al 30%, y “Siderúrgico”, si está comprendido entre el 30 y el
75%.
Cementos con Agregado Tipo A: subdivididos en “Portland
con agregado tipo A”, si el contenido del agregado es inferior a
30%, y “Con agregado tipo A” si está comprendido entre el 30
y el 50%. Cabe hacer notar que el “agregado tipo A” es un
producto chileno que se usó por varios años, pero que se ha
dejado de usar.
Cementos Puzolánicos: subdividido en “Portland puzolánico”,
si la puzolana incorporada es menor a un 30%, y “Puzolánico”,
si se incorpora entre el 30 y el 50% del producto terminado.
NORMATIVA VIGENTE

De acuerdo a esta norma, los cementos se
clasifican igualmente según sus resistencias, en
dos grados:
Cementos corrientes.
Cementos de alta resistencia.
Los valores mínimos en kgf/cm2 que deben
cumplir los cementos son los indicados en la
siguiente tabla:
NORMATIVA VIGENTE

37
PRÓXIMA CLASE …PRÓXIMA CLASE …
CEMENTO PÓRTLANDCEMENTO PÓRTLAND
(continuación)(continuación)

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