TIPO DE CEMENTOS

INTRODUCCIÓN

Los materiales cementantes son materiales aglomerantes que tienen las propiedades de adherencia y cohesión requeridas para unir fragmentos minerales entre sí, formando una masa sólida continua, de resistencia y durabilidad adecuadas.

Dentro de esta categoría, además de los cementos propiamente dichos, se encuentran materiales empleados con menos frecuencia como las cales, los asfaltos y los alquitranes.
Para fabricar hormigón estructural se utilizan únicamente los cementos hidráulicos (utilizan agua para reaccionar químicamente y adquirir sus propiedades cementantes durante los procesos de endurecimiento inicial y fraguado). Entre los diferentes cementos hidráulicos destaca, por su uso extendido, el cemento Portland, existiendo además los cementos naturales y los cementos con alto contenido de alúmina.
El cemento es un material inorgánico finamente pulverizado, que si al agregarle agua, ya sea sólo o mezclado con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad.

TIPOS DE CEMENTO

Definición: 
La ASTM define al Cemento Portland en la norma C 150 como «cemento hidráulico (cemento que no sólo endurece al reaccionar con agua, sino también constituye un producto resistente al agua) producido por pulverización de clinker, que consiste esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos, que normalmente contiene una o más de las formas de calcio sulfato como adición. El clinker son nódulos (diámetros, 0.2-1.0 pulgada [5.25 mm]) de un material sinterizado que se produce cuando una mezcla cruda de la composición predeterminada se calienta a alta temperatura. El bajo costo y amplia disponibilidad de la piedra caliza, esquistos, y otros materiales de origen natural hace del cemento portland uno de los materiales de menor costo ampliamente utilizado durante el siglo pasado en todo el mundo.

El cemento de Portland es un término genérico con el que se denomina casi todo el cemento moderno. La historia del cemento portland debe su nombre y origen a un albañil británico llamado José Aspdin. En la década de 1820s, Aspdin llevó a cabo una búsqueda de un material que pudiera ser una alternativa al cemento natural o romano (derivado de la ceniza volcánica y de otros minerales) sus experimentaciones llevaron al descubrimiento y patentado del cemento de Portland. El nombre de Aspdin para su invención respondió a dos propósitos por un lado lo distinguió del cemento romano, que existió por siglos pero también era un trabajo de comercialización, el concreto hecho de su nuevo cemento se asemejó a una piedra para edificios muy valorada, sacada en la isla de Portland.

Materias primas necesarias para su fabricación las materias primas del Cemento Portland se dividen en auxiliares y principales. Las auxiliares (apostadoras) son: Bauxitas, Arenas, Caolines, Piritas, Cenizas y Puzolanas, Esquisto, Pizarras, etc… Ahora bien las principales, son las Calizas, estas son muy puras o margosas, las Arcillas (margosas o normales) y las Margas (calizas, normales o arcillosas). Este cemento en si, es el producto resultante de la unión homogénea de arcilla y caliza, estas al ser sometidas al calor y llevándola hasta un principio de fusión o sinterización dan lugar a un producto llamado clinker; de allí aparece el Portland ya que al mezclar el clinker con una cantidad de yeso inferior al 3% (como retardador de fraguado), y molido da como producto este tipo de cemento (Portland).

Composición química y mineralógica

Composición química del cemento Portland:

Oxido de calcio (CaO)……………………………………………………………           60-70%
Dióxido de silicio (incluyendo 5% de sílice libre) (Si O2)………  19-24%
Trióxido de aluminio (Al3O3)…………………………………………………..           4-7 %
Oxido férrico (Fe2O3)……………………………………………………………..           2-6 %
Oxido de magnesio (MgO)……………………………………………………….             <5%
Una vez que el agua y el cemento se mezclan para formar la pasta cementante, se inicia una serie de reacciones químicas que en forma global se designan como hidratación del cemento. Estas reacciones se manifiestan inicialmente por la rigidización gradual de la mezcla, que culmina con su fraguado, y continúan para dar lugar al endurecimiento y adquisición de resistencia mecánica en el producto.

Aun cuando la hidratación del cemento es un fenómeno sumamente complejo, existen simplificaciones que permiten interpretar sus efectos en el concreto. Con esto admitido, puede decirse que la composición química de un clinker portland se define convenientemente mediante la identificación de cuatro compuestos principales, cuyas variaciones relativas determinan los diferentes tipos de cemento portland:
Compuesto Fórmula del óxido Notación abreviada
Silicato tricálcico 3CaO SiO2 C3S
Silicato dicálcico 2CaO SiO2 C2S
Aluminato tricálcico 3CaO A1203 C3A
Aluminoferritotetracálcico 4CaO A1203 Fe203 C4AF
En términos prácticos se concede que los silicatos de calcio (C3S y C2S) son los compuestos más deseables, porque al hidratarse forman los silicatoB hidratados de calcio (S-H-C) que son responsables de la resistencia mecánica y otras propiedades del concreto. Normalmente, el C3S aporta resistencia a corto y mediano plazo, y el C2S a mediano y largo plazo, es decir, se complementan bien para que la adquisición de resistencia se realice en forma sostenida. El aluminato tricálcico (C3A) es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez, y por ello propicia mayor velocidad en el fraguado y en el desarrollo de calor de hidratación en el concreto.

Asimismo, su presencia en el cemento hace al concreto más susceptible de sufrir daño por efecto del ataque de sulfatos. Por todo ello, se tiende a limitarlo en la medida que es compatible con el uso del cemento.

Finalmente, el aluminoferritotetracálcico es un compuesto relativamente inactivo pues contribuye poco a la resistencia del concreto, y su presencia más bien es útil como fundente durante la calcinación del clinker y porque favorece la hidratación de los otros compuestos.

Tipos de Cemento Portland 

Clasificación de los cementos según ASTM 

La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción:

Tipo, nombre y aplicación

• I: Normal
• IA: Normal. Uso general, con inclusor de aire.

Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento. Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación. Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.

• II: Moderado.
• IIA: Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.

Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación. El cemento Portland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos).

Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc. La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento.

• III: Altas resistencias.
• IIIA: Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.

Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas. Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda. Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas. 

• IV: Bajo calor de hidratación.

Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación. El cemento Portland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas.

La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempo en la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos.

Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado clinker.

• V: Resistente a la acción de los sulfatos.

Para uso general y además en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos.
Cementos Hidráulicos Mezclados

Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción. La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados:

• Cemento Portland de escoria de alto horno – Tipo IS.El cemento Portland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Portland, o puede también molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el 70% en peso.
• Cemento Portland puzolana – Tipo IP y Tipo P.El cemento Portland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en construcciones donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolana de estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso.
• Cemento de escoria – Tipo S.

El cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoria.

• Cemento Portland modificado con puzolana – Tipo I (PM):

El cemento Portland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Portland o cemento Portland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr:

1)  Mezclando el cemento Portland con la puzolana

2) Mezclando el cemento Portland de escoria de alto horno con puzolana
3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana
4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado.
El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado.

• Cemento Portland modificado con escoria – Tipo I (SM).

El cemento Portland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. El contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria.

A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A, por ejemplo, cemento TIPO S-A. Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM), IS, IP y los denominados con sufijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación.

La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los agregados reactivos a los álcalis.

 Cementos Especiales 

Cementos para Pozos Petroleros 

Estos cementos, empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de clinker de cemento Portland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo (American PetroleumInstitute) establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases A a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Portland con los aditivos adecuados para modificar el cemento.

Cementos Plásticos 

Los cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Portland de TIPO I ó II durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados.

Cementos Portland Impermeabilizados 

El cemento Portland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al clinker de cemento durante la molienda final.

Otros Tipos de Cementos 

Cementos de Albañilería 

Estos son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros, para construcciones de mampostería.

Están compuestos por alguno de los siguientes: cemento Portland, cemento Portland puzolana, cemento Portland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica y cemento natural. Además, normalmente contienen materiales como cal hidratada, caliza, creta, talco o arcilla.

La trabajabilidad, resistencia y color de los cementos de albañilería se mantienen a niveles uniformes gracias a los controles durante su manufactura. Aparte de ser empleados en morteros para trabajos de mampostería, pueden utilizarse para argamasas y aplanados, mas nunca se deben emplear para elaborar concreto.

Cementos Expansivos 

El cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E.

Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:

E-1(K) contiene cemento Portland, trialuminosulfatotetracálcicoanhídro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar.

E-1(M) contiene cemento Portland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.
E-1(S) contiene cemento Portland con un contenido elevado de aluminato tricálcico y sulfato de calcio.

Cemento Portland Blanco 

El cemento Portland blanco difiere del cemento Portland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Portland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris.
El cemento blanco se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, paneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo.

Clasificación de Cementos Portland según NMX 

En México la clasificación de los cementos Portland está dada de acuerdo a la norma NMX-C-414-ONNCCE-1999.
Cemento Portland Ordinario:

El Cemento Portland Ordinario es excelente para construcciones en general, zapatas, columnas, trabes, castillos, dalas, muros, losas, pisos, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales (Bancas, mesas, fuentes, escaleras), etc.

Ideal para la elaboración de productos prefabricados (Tabicones, adoquines, bloques, postes de luz, lavaderos, balaustradas, pilteas etc.

Cemento Portland Compuesto:

Presenta excelente durabilidad en prefabricados para alcantarillados y a los concretos les proporciona una mayor resistencia química y menor desprendimiento de calor.

Este cemento es compatible con todos los materiales de construcción convencionales como arenas, gravas, piedras, cantera, mármol, etc.; así como con los pigmentos (preferentemente los que resisten la acción solar) y aditivos, siempre que se usen con los cuidados y dosificaciones que recomienden sus fabricantes.

Cemento Portland Puzolánico:

Ideal para la construcción de zapatas, pisos, columnas, castillos, dalas, muros, losas, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales (Bancas, mesas, fuentes, escaleras), etc.

Especialmente diseñado para la construcción sobre suelos salinos. El mejor para obras expuestas a ambientes químicamente agresivos.

Alta durabilidad en prefabricados para alcantarillados como brocales para pozos de visita, coladeras pluviales, registros y tubería para drenaje.

Cemento Portland Ordinario Blanco:

Excelente para obras ornamentales o arquitectónicas como fachadas, monumentos, lápidas, barandales, escaleras, etc.

Gran rendimiento en la producción de mosaicos, terrazos, balaustradas, lavaderos, W.C. rurales, tiroles, pegazulejos, junteadores, etc.

En fachadas y recubrimiento de muros, ahorra gastos de repintado. Este producto puede pigmentarse con facilidad; para obtener el color deseado se puede mezclar con los materiales de construcción convencionales, siempre y cuando estén libres de impurezas. Por su alta resistencia a la compresión tiene los mismos usos estructurales que el cemento gris.

Cemento Portland Ordinario Resistente a los Sulfatos:

El Cemento Portland Ordinario Resistente a los sulfatos proporciona mayor resistencia química para concretos en contacto con aguas o suelos agresivos (aguas marinas, suelos con alto contenido de sulfatos o sales), recomendable para la construcción de presas, drenajes municipales y todo tipo de obras subterráneas

Cemento para Albañilería (Morteros):

Diseñado especialmente para trabajos de albañilería: junteo o pegado de bloques, tabiques, ladrillos, piedra y mampostería; aplanado, entortado, enjarres, repellados y resanes; firmes, plantillas y banquetas. No debe utilizarse en la construcción de elementos estructurales.

TIPOS DE CEMENTO YURA

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 PROCESO PRODUCTIVO

Extracción de materias primas

La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, yeso, puzolana) se extrae de canteras, y luego de pasar por un proceso de triturado, son llevadas en camiones a la planta de cemento.

Recepción y almacenamiento de materias primas

Una vez en la planta de cemento, las materias primas son calsificadas y almacenadas hasta que son requeridas en el proceso productivo.

Molienda de materias primas

Una vez definida la dosificación de las meterias primas se muelen en molinos de rodillos o de bolas obteniéndose en ellos un polvo fino, que se almacena en silos de crudo.

Clinkerización

En la etapa de clinkerización, es donde se producen las reacciones químicas más importantes del proceso. El crudo es calcinado en el horno rotatorio a temperatura entre 1400 a 1500 °C, transformándose en un nuevo material llamado clinker, el cual debe ser enfriado rápidamente al salir del horno.

Mollienda de cemento

El clinker, junto con otras adiciones como yeso ó puzolana, es mmolido en molinos de bolas, reduciéndolo a un polvo fino para obtener cemento, qye es almacenado en silos.

• Envasado

El cemento es llevado del silo de almacanamiento a la ensacadora y una vez en sacos se pasa a formar pallets, que serán despachados posteriormente.

Despacho

A partir de los silos de almacenamiento, el cemento que no es ensacado, puede ser cargado directamente en camiones graneleros (bombonas). El cemento ensacado puede ser transportado en vagones de tren o en camiones.

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