1) Los materiales de construcción como el cemento y la cal tienen orígenes antiguos, siendo usados por los egipcios, griegos y romanos. 2) En el siglo 18 se desarrollaron nuevos tipos de cementos hidráulicos y el cemento Portland moderno. 3) En el siglo 19, inventos como los hornos rotatorios y molinos tubulares permitieron la producción comercial de cemento Portland.

1. MATERIALES DE
CONSTRUCCION
ING. DAVID MINAYA HUERTA

2. Aglutinantes
(Nota
histórica)
El uso de materiales de cementación es muy antiguo.
Los egipcios ya utilizaban yeso calcinado y puro.
Los griegos y romanos empleaban caliza calcinada y
posteriormente, aprendieron a mezclar cal con agua, arena
y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas (primer
concreto)
Un mortero de cal no endurece con el agua y para la
construcción con agua, los romanos mezclaban cal con
ceniza volcánica o con tejas de arcilla quemada, finamente
trituradas.
Esto es el cemento puzolánico. (Pueblo de Puzzuoli cerca
del Vesubio)
Algunas de las estructuras romanas en las cuales la
mampostería se unía con morteros, tales como el Coliseo
de Roma

3. En la edad media hubo una disminución general en la calidad y
el uso del cemento, y solamente en el siglo XVIII se encuentra
un adelanto en el conocimiento de los cementos.
Aspectos
Técnicos
En 1756, JOHN SMEATON fue comisionado para reconstruir el
faro de Eddyston, en la costa de Cornwall, y encontró que el
mejor mortero se obtenía cuando se mezclaba "puzolana" con
caliza que contenía una alta cantidad de material arcilloso.
(Puzolana: Material silíceo o sílicoaluminoso que posee
propiedad puzolánica, es decir, el material una vez pulverizado
tiene la aptitud de reaccionar químicamente en presencia de
agua con hidróxido de calcio a la temperatura ambiente,
formando compuestos que poseen propiedades hidráulicas, o
sea, que el material finamente dividido tiene la propiedad de
fraguar y endurecer en presencia de agua y formar compuestos
estables).

4. faro de Eddyston, en la costa de Cornwall

5. Al reconocer el papel de la arcilla, que hasta entonces se
consideraba indeseable, SMEATON fue el primero en conocer las
propiedades químicas de la cal hidráulica. A partir de esto, se
desarrollaron otros tipos de cementos hidráulicos, como el
"cemento romano" que obtuvo
JOSEPH PARKER por calcinación de nódulos de caliza arcillosa,
que vinieron a culminar en la patente del "cemento Portland"
efectuada en 1824 por Joseph Aspdin, un constructor de Leeds
(Inglaterra). Este cemento se preparaba calentando una mezcla de
arcilla finamente triturada y caliza dura en un horno, hasta eliminar
CO2, esta temperatura era mucho más baja que la necesaria para
la formación de clinker, Aspdin llamó su cemento "CEMENTO
PORTLAND " debido a la semejanza de color y calidad entre el
cemento fraguado y la piedra Portland - una
caliza obtenida en una cantera de DORSET (INGLATERRA)
Aspectos
Técnicos

6. A ASPDIN se le reconoce como el inventor del "cemento Portland", aunque su
método de
fabricación fue conservado en secreto (su patente se escribió en forma tan
confusa y oscura que durante algún tiempo, nadie pudo imitar su producto).
El prototipo del cemento moderno fue obtenido en 1845 por ISAAC JOHNSON,
quien quemó una mezcla de arcilla y caliza hasta la formación de clinker, con la
cual se produjo la reacción necesaria para la formación de un compuesto
fuertemente cementoso.
JOHNSON describió claramente sus experimentos y encontró que la temperatura
de
calcinación debía elevarse hasta el máximo que pudiera lograrse, claro está, con
los métodos y equipos de ese tiempo.

7. Tomando como base los experimentos de JOHNSON, la fabricación del cemento
Portland se
inició en varias fabricas, no solo en Inglaterra, sino en algunos países de Europa.
La cantidad producida fue muy pequeña y únicamente cerca del año de 1900,
empezó el crecimiento notable de la industria del cemento, debido a dos factores:
a) Experimentos realizados por los franceses VICAT y LE CHATELIER y el alemán
MICHAELIS, con los cuales se logró producir cemento de calidad uniforme de
modo que pudiera ser usado en la industria de la construcción y
b) Dos invenciones mecánicas muy importantes los HORNOS ROTATORIOS para
la calcinación y el MOLINO TUBULAR para la molienda, con esas dos máquinas
pudo entonces producirse el cemento Portland en cantidades comerciales,
induciendo así el rápido crecimiento de ésta industria.

8. Cal aérea es el producto resultante de la descomposición por el calor de las
rocas calizas. Si éstas son puras y se calientan a temperatura superior a 900
0C se verifica la siguiente reacción:
CaCO3 + calor = CaO + CO2↑
El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone, dando anhídrido carbónico
(CO2) que es gaseoso y se desprende junto con los humos del combustible y
óxido de calcio o cal viva (CaO).
La cal viva (CaO) es un producto sólido, de color blanco, amorfo
aparentemente, pues cristaliza en el sistema regular, cuando se funde a 2570
0C. La cal viva es inestable, pues presenta una gran avidez por el agua
reaccionando de la siguiente manera:
CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15100 calorías
Produciendo hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada, desprendiendo
calor, elevándose la temperatura a unos 160 0C, pulverizándose y aumentando
considerablemente el volumen aparente. Esta avidez por el agua es tan
grande que el CaO absorbe el vapor de agua de la atmósfera y la de las
substancias orgánicas, produciendo efectos cáusticos.

9. El hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada es un cuerpo sólido, blanco,
amorfo,
pulverulento, algo soluble en el agua, a la que le comunica un color blanco. En
mayor cantidad forma con el agua una pasta llamada masilla de cal, la cual tiene
la propiedad de endurecerse lentamente en el aire, enlazando los cuerpos
sólidos, por lo cual se emplea como aglomerante.
Este endurecimiento recibe el nombre de fraguado y es debido primeramente a
una desecación por evaporación del agua con la cual se formó la pasta, y
después, a una carbonatación por absorción del anhídrido carbónico del aire,
formándose carbonato de calcio y agua, reconstituyendo la caliza de cual se
partió.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Esta reacción es muy lenta, pues empieza aproximadamente a las 24 horas de
amasar la pasta y termina al cabo de unos 6 meses, por lo que las obras en que
se emplea tardan mucho en secarse y adquirir la solidez definitiva. La reacción se
verifica solo en aire seco; en el húmedo con mucha dificultad y no se realiza
dentro del agua, pues la disuelve, no sirviendo en obras hidráulicas. La cal
apagada al fraguar experimenta una contracción volumétrica, que unida al peso
propio de la obra, produce fisuras o grietas.

10. Las calizas naturales casi nunca son la especie química carbonato de
calcio, pues la acompañan otros cuerpos como: arcilla, magnesio, hierro,
azufre, álcalis y materias orgánicas, las cuales al calcinarse, de no
volatilizarse, comunican a la cal propiedades que dependen de la
proporción en que entran a formar parte en la piedra caliza y clasifican a
las cales en:
1) Cal grasa: Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla, la cal
que produce al calcinarse se le denomina cal grasa, y al apagarse da
una pasta fina blanca y untuosa, que aumenta mucho de volumen,
permaneciendo indefinidamente blanda en sitios húmedos y fuera del
contacto del aire, y en el agua termina por disolverse.
2) Cales áridas o magras: Son las que proceden de calizas que aún
teniendo menos del 5% de arcilla, contiene además magnesio en
proporción superior al 10%. Al añadirle agua forma una pasta gris que
endurece menos y desprende más calor que las cales grasas. Al
secarse en el aire se reduce a polvo y en el agua se deslíen y
disuelven. Por estas malas cualidades no se usan en construcción.

11. 3) Cales hidráulicas: Proceden de la calcinación de calizas que contienen
más del 5% de arcilla; dan un producto que reúne, además de las
propiedades de las cales grasas, la de poderse endurecer y consolidar
(fraguar) en sitios húmedos y debajo del agua. Esto es debido a que en la
cocción, en primer lugar, se produce una evaporación del agua de cantera
hasta 110 0C; hacia los 700 0C empiezan a descomponerse los silicatos
que forman las arcillas, y a los 900oC se descompone el carbonato de
calcio. A temperatura más elevada reaccionan los productos resultantes:
óxido de calcio CaO, óxido de sílice SiO2 y alúmina AL2O3, formándose
silicatos y aluminatos de calcio lo cual constituye el aglomerante llamado
cal hidráulica.

12. La composición química de la cal hidráulica varía según su hidraulicidad entre los
siguientes límites:
SiO2 15-26%
CaO 51-66%
Al2O3 2-10%
Fe2O3 0,5-5%
Las cales débilmente hidráulicas tienen una masa unitaria suelta comprendida
entre 500 y 600 kg/m3; las medianamente hidráulicas de 600-800 kg/m3 y las
eminentemente hidráulicas de 800-900 kg/m3; la densidad por lo general varía de
2600 a 2900 kg/m3 según su índice hidráulico. Sobre la malla #70 estas cales
dejan un residuo del 3 al 5% y de 20-25% en la malla #170. El mortero 1:3
amasado con arena normal y conservado en agua, alcanza a los 28 días de 15 a
80 kg/cm2 de resistencia a la compresión según su hidraulicidad.

13. Es el producto resultante de la deshidratación parcial o total de la piedra de yeso.
Reducido a polvo y amasado con agua, recupera el agua de cristalización,
endureciéndose.
El yeso se encuentra muy abundante en la naturaleza, en los terrenos
sedimentarios,
presentándose bajo dos formas: cristalizado, anhidro (CaSO4) llamado anhidrita, y
con dos
moléculas de agua (CaSO4.2H2O) denominado piedra de yeso

14. Anhidrita : es incolora o blanca, cuando está pura, y coloreada en azul, gris,
amarillo o rojiza, cuando contiene arcilla: óxido de hierro, sílice, etc. Cristaliza
en el sistema rómbico, su densidad es aproximadamente 2,46 g/cm3 y su
dureza igual a 3 en la escala de Mohs. De estructura compacta y sacaroidea,
absorbe el agua rápidamente, convirtiéndose en yeso, aumentando su
volumen de 30 a 50%, y esta dilatación produce grandes trastornos en los
estratos que los contienen. En estado puro tiene una composición de:
SO3 58,82%
CaO 41,18%
Piedra de yeso: se presenta cristalizado en el sistema monoclínico, formando
rocas muy abundantes, y se puede clasificar, ya sea según su estructura, o de
acuerdo con su nivel de hidratación.
La piedra de yeso o algez en cualquiera de sus variedades, cuando está pura,
es incolora o blanca, pero generalmente contiene impurezas adquiriendo
coloraciones: amarilla, gris o rojiza, etc., debidas a la arcilla, óxido de hierro,
sílice, caliza, etc., en pequeñas proporciones.

15. El algez tiene una densidad que por lo general varía de 2,28-2,32 g/cm3 y una
dureza en la escala de mohs de 2, su composición es:
SO3 46,51%
CaO 32,56%
H2O 20,93%