4.1 COMPOSICIÓN, PROPIEDADES Y CLASIFICACIÓN

El cemento por su composición y propiedades es el material más usado en la construcción.

1. COMPOSICIÓN:

El cemento es un conglomerante hidráulico.

Es un material inorgánico finamente molido que, amando con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. 

Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos debe dar un hormigón o mortero que conserva  su manejabilidad durante un tiempo suficiente, alcanza niveles de resistencia apropiados y presenta una estabilidad de volumen a largo plazo.

Las materias primas para la fabricación del cemento son la caliza, la arcilla o pizarra que proporcionan los elementos principales: Calcio y silicio.
El calcio se encuentra en grandes cantidades, en forma de carbonato clásico, en las calizas.
El silicio, muy abundante en la naturaleza, se encuentra en arcillas, margas, granitos, pizarras, etc.
Por sus características y facilidad de extracción se eligen como materias primas las calizas y las arcillas margas o pizarras.
Cuando no es posible alcanzar la composición química deseada para el crudo con los componentes principales (caliza, arcilla o pizarra) se hace necesario añadir pequeñas cantidades de otras materias primas de corrección. Estas deben contener concentraciones relativamente altas de los óxidos precisos para lograr  cierta composición y que son los que faltan en el crudo; pero no deben introducir proporciones apreciables del óxido perjudiciales.
Para la fabricación del cemento común es preciso disponer de mezclas de materias primas cuya composición esté comprendida entre ciertos límites.

2. PROPIEDADES DEL CEMENTO Y SUS DERIVADOS:


Propiedades químicas:

• Buena resistencia al ataque químico: El ataque de los productos químicos casi siempre ocurre cuando estos productos están en solución. Puesto que estas soluciones pueden penetrar profundamente en el cemento, la producción del cemento de alta calidad y baja permeabilidad es la primera línea de defensa. El control del agrietamiento es también una importante medida defensiva para limitar la exposición interna del cemento a productos químicos agresivos.

• Resistencia a temperaturas elevadas (refractario): El material refractario tiene como característica principal que al someterlo a altas temperaturas, su estructura no se ve alterada. Estos materiales están constituidos por distintas partículas gruesas que limitan la transmisión del calor. 

• Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico: Cuando el cemento y el agua entran en contacto se inicia una reacción exotérmica que termina con el paulatino endurecimiento de la mezcla.

• Hidratación: Reacción del cemento y el agua que hace que la pasta se ligue entre sí y endurezca. En esta reacción los componentes minoritarios desempeñan un papel importante en la velocidad del proceso. La reacción inicial debe ser suficiente  lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación, sin embargo, una vez que el cemento ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido.

Propiedades físicas:

• Peso específico: El peso específico del cemento varía entre 2,9 y 3,2 g/cm3, en función del tipo de cemento y de sus componentes.

• Porosidad y absorción: La porosidad de un cuerpo sólido es la relación de volumen de los huecos entre su volumen total y se expresa en porcentaje. Todas las rocas que constituyen los agregados del peso normal son porosas en mayor o menor grado, pero algunas poseen un sistema de poros que incluye numerosos vacíos relativamente grandes, que en su mayoría se hallan interconectados, y que las hace permeables.

• Resistencia mecánica: La resistencia mecánica del cemento endurecido, especialmente a compresión, depende más de la resistencia de la pasta del cemento y de su adherencia con los agregados que de la resistencia propia de los agregados solos.

• Resistencia a la abrasión: La resistencia que los agregados gruesos oponen a sufrir desgaste, rotura o desintegración de partículas por efecto de la abrasión es una característica que suele considerarse como un índice de calidad en hormigones.

• Módulo de elasticidad: El cemento y sus derivados no son materiales elásticos. Sin embargo, estudiando la curva de compresión frente deformación, se comprueba que existe literalidad dentro de los esfuerzos usuales de servicio.

• Propiedades térmicas: El comportamiento del cemento sometido a cambios de temperatura resulta notablemente influido por las propiedades térmicas de los agregados. Se puede decir que se dilata de manera semejante a como lo hace el acero, por ello se usan conjuntamente en obras de construcción. El cemento protege al acero de la corrosión y este aporta resistencia a los esfuerzos cortantes, por eso se usa en lo que se conoce hormigón armado.

3. CLASIFICACIÓN DEL CEMENTO:

Naturales:

• De origen arcilloso: Obtenidos a partir de la arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente.

• De origen puzolánico: Se denomina así el cemento que se fabrica con cenizas volcánicas originarias de la región italiana Pozuoli. Mezcladas en proporción 2 a 1, forman una pasta capaz de fraguar incluso bajo el agua.

Cemento Portland:

Es el tipo de cemento más utilizado como ligante para la preparación del hormigón o pasta de cemento. Este producto se obtiene por la pulverización de clínker Portland con la adición de una o más formas de sulfato de calcio. Como pocas veces estos compuestos se encuentran juntos en la naturaleza, es necesario mezclar sustancias minerales que los contengan, como calizas y arcillas. Otra materia prima utilizada es el yeso.

• Tipo I: Cemento normal, se produce por la adición de clínker más yeso. Es de uso general.

• Tipo II: Cemento modificado que resiste modernamente la acción de los sulfatos. Adquiere la resistencia más lenta que el tipo I.

• Tipo III: Cemento de alta resistencia inicial que se consigue al aumentar el contenido de aluminio y silicato tricálcico. Desprende gran cantidad de calor en el proceso de hidratación.

• Tipo IV (UNE 80303-3:2001): Cemento de bajo calor de hidratación que se usa en hormiga nado masivo. El bajo calor de hidratación del tipo IV se logra limitando el alumnado y el silicato tricálcico. Este tipo gana resistencia con gran lentitud. Es utilizado en grandes obras, como presas o túneles.

• Tipo V (UNE 80303-1:2001): Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de mar. Está formado principalmente a partir de impuestos de calcio, sílice, alúmina e hierro, como mínimo contenido de aluminio tricálcico.

• Cemento resistente al agua de mar (UNE 803032:2011): Con adiciones especial que lo hacen resistente a los compuestos sueltos en el agua de mar,  en concreto a cloruros y sulfatos. Estas adiciones son escorias de altos hornos, cenizas volantes, humo de sílice y/o pulverizantes naturales.

• Cemento blanco (UNE 80305:2012): Cemento de color claro debido a la ausencia en su composición de óxidos férricos. Debido a que estos óxidos actúan como fundamentes, su ausencia provoca que la temperatura de calcinación sea mayor. Necesita más cantidad de agua para hacer pasta y su tiempo de inicio de fraguado es menor que en cemento grises.

• Cemento puzolánico (UNE-EN 14647:2006):  Cemento de materia puzolánico (15-50%). Pueden añadirse al clínker o directamente al cemento. Su composición final será 55-77% clínker Portland, 30-45% de puzolana y 2-4% de yeso.

• Cemento de aluminio cálcico (UNE-EN 14647:2006): El clínquer que va a dar lugar a este cemento es una mezcla de calizas y bauxita. Tiene color oscuro, gran estabilidad de volumen y comienzo de fraguado lento. También adquiere una gran resistencia a corto plazo y desprende mucha energía calorífica durante el fraguado. En ambientes húmedos y de elevada temperatura puede aumentar su porosidad y disminuir su resistencia a causa de la aluminosos.