ingenieria

1. Historia
Desde la antigüedad se emplearon pastas y morteros elaborados con arcilla, yeso o cal
para unir mampuestos en las edificaciones. Fue en la Antigua Grecia cuando empezaron
a usarse tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini, los primeros cementos
naturales. En el siglo I a. C. se empezó a utilizar el cemento natural en la Antigua
Roma, obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio. La bóveda del Panteón es un ejemplo
de ello. En el siglo XVIII John Smeaton construye la cimentación de un faro en el
acantilado de Edystone, en la costa Cornwall, empleando un mortero de cal calcinada.
El siglo XIX, Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement,
denominado así por su color gris verdoso oscuro similar a la piedra de Portland. Isaac
Johnson, en 1845, obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza
y arcilla calcinada a alta temperatura. En el siglo XX surge el auge de la industria del
cemento, debido a los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el
alemán Michaélis, que logran cemento de calidad homogénea; la invención del horno
rotatorio para calcinación y el molino tubular y los métodos de transportar hormigón
fresco ideados por Juergen Hinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907.
Véase también: Historia del hormigón
[editar] Tipos de cemento
Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:
1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a
4 aproximadamente;
2. de origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o
volcánico.
Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades
de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.
Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y
aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El
material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y
solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es
compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones.

2. [editar] El cemento portland
Artículo principal: cemento portland
El tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o
concreto es el cemento portland, producto que se obtiene por la pulverización del
clinker portland con la adición de una o más formas de sulfato de calcio. Se admite la
adición de otros productos siempre que su inclusión no afecte las propiedades del
cemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser pulverizados
conjuntamente con el clinker. Cuando el cemento portland es mezclado con el agua, se
obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que
solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias
semanas hasta adquirir su resistencia característica.
Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el
cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este
material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.
Normativa
La calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150. En
Europa debe estar de acuerdo con la norma EN 197-1. En España los cementos vienen
regulados por la Instrucción para recepción de cementos RC-08, aprobada por el Real
Decreto 956/2008 de 6 de junio.
[editar] Cementos portland especiales
Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma
que el portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el
porcentaje de los componentes que lo forman.
[editar] Portland férrico
El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto
significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendo
cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comporta por
lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una menor presencia de 3CaOAl2O3
cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementos son
particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Los mejores cementos
férricos son los que tienen un módulo calcáreo bajo, en efecto estos contienen una
menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación produce la mayor cantidad de cal libre
(Ca(OH)2). Puesto que la cal libre es el componente mayormente atacable por las aguas
agresivas, estos cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las
aguas agresivas.
[editar] Cementos blancos
Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de
fundentes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje
bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le da una tonalidad

3. grisácea al Portland normal y un gris más oscuro al cemento ferrico. La reducción del
Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y de criolita (Na3AlF6),
necesarios en la fase de fabricación en el horno.para bajar la calidad del tipo de cemento
que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II 32,5;también
llamado pavi) se le suele añadir una adición extra de caliza que se le llama clinkerita
para rebajar el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso sería tipo I
[editar] Cementos de mezclas
Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros
componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da a estos
cementos nuevas características que lo diferencian del Portland normal.
[editar] Cemento puzolánico
Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la
región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las
proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado
a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro tipos de
puzolana: negra, blanca, gris y roja.
Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y
permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.
Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido
los romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con cal
apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, para
depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles son visibles
todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100 años.
La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede
obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:
 55-70% de clinker Portland
 30-45% de puzolana
 2-4% de yeso
Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad
de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las
aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataque de éstas. Por otro
lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente constituido por el
clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de
reacción durante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en
climas particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones.
Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta impermeabilidad y
durabilidad.
[editar] Cemento siderúrgico

4. La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente de
las centrales termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el
cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35 hasta el 80%. El porcentaje de
estos materiales puede ser particularmente elevado, siendo que se origina a partir de
silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Esta debe sin embargo ser activada
en un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este motivo que
debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento Portland normal. Por los mismos
motivos que el cemento puzolanico, el cemento siderurgico también tiene buena
resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor durante el fraguado. Otra
característica de estos cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde
particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos.
Tiene alta resistencia química, de ácidos y sulfatos, y una alta temperatura al fraguar.
[editar] Cemento de fraguado rápido
El cemento de fraguado rápido, también conocido como "cemento romano ó prompt
natural", se caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con
agua. Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una
temperatura menor (1.000 a 1.200 °C).1 Es apropiado para trabajos menores, de
fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría
del tiempo para efectuar una buena colada. Aunque se puede iniciar el fraguado
controlado mediante retardantes naturales (E-330) como el ácido cítrico, pero aun así si
inicia el fraguado aproximadamente a los 15 minutos (a 20 °C). La ventaja es que al
pasar aproximadamente 180 minutos de iniciado del fraguado, se consigue una
resistencia muy alta a la compresión (entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene gran
prestación para trabajos de intervención rápida y definitivos. Hay cementos rápidos que
pasados 10 años, obtienen una resistencia a la compresión superior a la de algunos
hormigones armados (mayor a 60 MPa).
[editar] Cemento aluminoso
Artículos principales: cemento aluminoso y aluminosis
El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de
óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2).
Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso,
también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza hasta
los 1.600 °C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado
en moldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el
producto final.
El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos:
 35-40% óxido de calcio
 40-50% óxido de aluminio
 5% óxido de silicio
 5-10% óxido de hierro
 1% óxido de titanio

5. Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
 60-70% CaOAl2O3
 10-15% 2CaOSiO2
 4CaOAl2O3Fe2O3
 2CaOAl2O3SiO2
Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor
al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas
propiedades hidrófilas (poca absorción de agua).
[editar] Reacciones de hidratación
CaOAl2O3+10H2O → CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)
2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia
de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente neutra. La
presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta como ácido,
provocando la neutralización de los dos componentes y dando como resultado un
cemento neutro.
El cemento aluminoso debe utilizarse con temperaturas inferiores a los 30 °C, por lo
tanto en climas fríos. En efecto, si la temperatura fuera superior la segunda reacción de
hidratación cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O (cristales cúbicos)
y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un aumento del volumen y podría
causar fisuras.
Proceso de fabricación del cemento Portland.
[editar] Propiedades generales del cemento
 Buena resistencia al ataque químico.
 Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario.

6.  Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. Conversión interna.
 Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad.
 Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico.
Está prohibido el uso de cemento aluminoso en hormigón pretensado. La vida útil de las
estructuras de hormigón armado es más corta.
El fenómeno de conversión (aumento de la porosidad y caída de la resistencia) puede
tardar en aparecer en condiciones de temperatura y humedad baja.
El proyectista debe considerar como valor de cálculo, no la resistencia máxima sino, el
valor residual, después de la conversión, y no será mayor de 40 N/mm2.
Se recomienda relaciones A/C ≤ 0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los
recubrimientos (debido al pH más bajo).
[editar] Propiedades físicas del cemento de aluminato de calcio
 Fraguado: Normal 2-3 horas.
 Endurecimiento: muy rápido. En 6-7 horas tiene el 80% de la resistencia.
 Estabilidad de volumen: No expansivo.
 Calor de hidratación: muy exotérmico.
[editar] Aplicaciones
El cemento de aluminato de calcio resulta muy adecuado para:
 Hormigón refractario.
 Reparaciones rápidas de urgencia.
 Basamentos y bancadas de carácter temporal.
Cuando su uso sea justificable, se puede utilizar en:
 Obras y elementos prefabricados, de hormigón en masa o hormigón no
estructural.
 Determinados casos de cimentaciones de hormigón en masa.
 Hormigón proyectado.
No resulta nada indicado para:
 Hormigón armado estructural.
 Hormigón en masa o armado de grandes volúmenes.(muy exotérmico)
Es prohibido para:
 Hormigón pretensado en todos los casos.
[editar] Usos comunes del cemento de aluminato de calcio
 Alcantarillados.

7.  Zonas de vertidos industriales.
 Depuradoras.
 Terrenos sulfatados.
 Ambientes marinos.
 Como mortero de unión en construcciones refractarias.
[editar] Proceso de fabricación
Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y los procesos
utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y procesos de vía
húmeda.
El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:
1. Extracción y molienda de la materia prima
2. Homogeneización de la materia prima
3. Producción del Clinker
4. Molienda de cemento
La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de
hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del
material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la
materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de
crudo.
La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de
si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la
mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los
hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500 °C. En el
proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso
de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el
consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el
objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos
tiempo sometido a las altas temperaturas.
El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de
homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente
obtener cemento.
Reacción de las partículas de cemento con el agua
1. Periodo inicial: las partículas con el agua se encuentran en estado de disolución,
existiendo una intensa reacción exotérmica inicial. Dura aproximadamente diez
minutos.
2. Periodo durmiente: en las partículas se produce una película gelatinosa, la cuál
inhibe la hidratación del material durante una hora aproximadamente.
3. Inicio de rigidez: al continuar la hidratación de las partículas de cemento, la
película gelatinosa comienza a crecer, generando puntos de contacto entre las
partículas, las cuales en conjunto inmovilizan la masa de cemento. También se le

8. llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado sería el aumento de la viscosidad de
una mezcla de cemento con agua.
4. Ganancia de resistencia: al continuar la hidratación de las partículas de cemento,
y en presencia de cristales de CaOH2, la película gelatinosa (la cuál está saturada
en este punto)desarrolla unos filamentos tubulares llados «agujas fusiformes»,
las cuales al aumentar en número, generan una trama que traspasa resistencia
mecánica entre los granos de cemento ya hidratados.
5. Fraguado y endurecimiento: el principio de fraguado es el tiempo de una pasta
de cemento de difícil moldeado y de alta viscosidad. Luego la pasta se endurece
y se transforma en un sólido resistente que no puede ser deformado. El tiempo
en el que alcanza este estado se llama «final de fraguado».
.
Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas;
no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento
de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para
evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el
contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se
utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el
área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones
satisfactorias.
CLINKER
Componentes básicos
El clinker portland se forma tras calcinar caliza y arcilla a una temperatura que está
entre 1350 y 1450 °C. El clínker es el producto del horno que se muele para fabricar el
cemento portland. El promedio del diámetro de las partículas de un cemento típico es
aproximadamente 15 micrómetros. Hay 4 compuestos principales en el cemento
portland que totalizan el 90% o más del peso del cemento portland.
Se compone aproximadamente de:
 40-60% Silicato tricálcico,
 20-30% Silicato dicálcico,
 7-14% Aluminato tricálcico,
 5-12% Ferritoaluminato tetracálcico.
Cada tipo de cemento contiene los mismos 4 compuestos principales, pero en diferentes
proporciones.
El aluminato tricálcico reacciona inmediatamente con el agua por lo que al hacer
cemento, éste fragua al instante. Para evitarlo se añade yeso, que reacciona con el
aluminato produciendo estringita o Sal de Candlot, sustancia que en exceso es dañina
para el cemento. Generalmente su tiempo de curado se establece en 28 días, aunque su
resistencia sigue aumentando tras ese periodo. Como aglomerante el clinker portland es
un aglomerante hidráulico, por lo tanto:

9.  Necesita agua para fraguar
 El agua de amasado no se evapora sino que pasa a ser parte de él una vez
endurecido
 Fragua aunque se encuentre inmerso en agua
El cemento portland se obtiene tras la mezcla de clinker, yeso (u otro retardante de
fraguado) y aquellas adiciones y aditivos que se dosifican según el uso que vaya a tener.
Además del clinker portland, también se usa el clinker de aluminato cálcico, aunque
mucho menos habitualmente debido a que acarrea muchos problemas (gran
calentamiento, aluminosis, reacción con el agua salada, etcétera).
Fragmentos de clinker.
[editar] Producción mundial de clinker
PRODUCCIÓN MUNDIAL DE CLINKER (miles de toneladas)
País 2005 2006 2007
China 950.000 1.000.000 1.100.000
India 150.000 150.000 160.000
USA 104.000 101.000 102.000
Japón 74.000 70.000 70.000
Rusia 65.000 65.000 65.000
Rep. Corea 62.000 62.000 62.000
España 42.000 54.000 50.000
Italia 46.000 46.000 46.000
Brasil 45.000 45.000 45.000
México 40.000 40.000 40.000
Total mundial 2.200.000 2.400.000 2.500.000
 Los datos de 2007 son estimados.1