Cemento Portland: Composición, Propiedades, Tipos y Control de Calidad

Definición y Composición

El cemento es el componente activo del concreto e influye en todas las características de este material. Sin embargo, el cemento constituye solo del 10% al 20% del peso del concreto, siendo el restante los materiales que condicionan la mezcla completa del concreto.

El cemento se obtiene de materias primas que podemos encontrar en la naturaleza. Su elaboración se realiza en plantas industriales, donde debe ser estrictamente controlado, ya que de esto depende la calidad y confiabilidad que pueda tener el cliente.

Cuando se habla de cemento “Portland”, nos referimos a una especie de cal hidráulica perfeccionada.

Proceso de Fabricación del Cemento

El proceso de fabricación del cemento involucra varias etapas, desde la extracción de las materias primas hasta la obtención del producto final. A continuación, se presenta un esquema general del proceso:

1. Extracción de materias primas (caliza, arcilla, etc.).
2. Trituración y molienda de las materias primas.
3. Homogeneización de la mezcla.
4. Calcinación en horno rotatorio para obtener el clínker.
5. Enfriamiento del clínker.
6. Molienda del clínker junto con yeso y otras adiciones (si corresponde).
7. Almacenamiento y despacho del cemento.

Finalmente, el fino material obtenido es el cemento, capaz de combinarse con agua y dar origen a productos hidratados. Esto hace que adquiera las propiedades de resistencia y durabilidad.

Composición Química del Cemento Portland

Por medio de análisis químicos se puede determinar las proporciones de los componentes que contiene el cemento. La siguiente tabla muestra la composición química típica del cemento Portland:

Influencia de la Finura del Grano en la Resistencia Mecánica

Sobre el primer parámetro de control de calidad del cemento, como lo es la resistencia mecánica, tiene gran influencia la finura del grano en la cual fue molido el producto.

Propiedades de los Componentes Principales del Cemento

Hidratación del Cemento

Al contacto del agua con el polvo de cemento se inicia una reacción química (fraguado) desde la superficie hacia el centro de cada uno de los granos (de diferente tamaño) que constituye el cemento. A los pocos minutos ya se ha formado un coloide (sol) alrededor de cada grano; las áreas coloidales crecen y se funden en una matriz dentro de la cual quedan partículas de cemento y agua libre. La matriz va endureciendo gradualmente y, en pocas horas, se convierte en un gel con inclusiones de cemento sin reaccionar, agua libre, poros y cristales.

Siempre que haya humedad ambiental, el proceso de fraguado continúa varios años y, como en toda reacción química, la temperatura ambiente condiciona la velocidad de reacción. A largo plazo, la matriz de pasta de cemento está formada por:

• Haces de fibras estructurales.
• Inclusiones de granos de cemento.
• Canales y poros.
• Cristales (cal, aluminatos y sulfoaluminatos).

Clasificación y Tipos de Cemento Portland

Cemento con Adiciones

Las escorias para adición al cemento son subproductos de la industria del hierro y el acero, los que pueden ser molidos separadamente y mezclados con el cemento Portland, o molidos conjuntamente con el clínker del cemento Portland y yeso. La actividad hidráulica latente de estas escorias se desarrolla al contacto con el agua, la cal y los álcalis del cemento. La proporción de escoria en la composición final puede sobrepasar el 50%.

Las puzolanas naturales son rocas volcánicas de naturaleza diversa; las artificiales son principalmente cenizas volantes procedentes de centrales termoeléctricas o de procesos de obtención de aleaciones de ferrosilicio. Estos materiales, casi exclusivamente silíceos, de textura fina, se activan en contacto con la cal de hidrólisis de los silicatos del cemento. Sus proporciones varían entre un 15% y un 30%.

Beneficios de las Adiciones Activas

Estas adiciones activas confieren al cemento algunas características, entre las que destacan:

• Reducen la cantidad de calor que se genera durante la hidratación.
• Mejoran la capacidad resistente a la agresión química.
• Tienen escasa permeabilidad a los iones cloruro (el de escorias).
• Producen un desarrollo más lento de las resistencias mecánicas.

Las adiciones de materiales neutros, también denominados “fillers”, son principalmente de naturaleza caliza. En general, está comprobado que adiciones de ciertas calizas en cantidades de hasta 5% del peso del cemento, y molidas conjuntamente con el clínker, no afectan la resistencia, mejoran la plasticidad y el comportamiento reológico del concreto, y disminuyen la retracción.

Control de Calidad del Cemento

La mayoría de los ensayos que se necesitan para controlar la calidad del cemento requieren el uso de aparatos muy sensibles y complejos. Las pruebas deben ser efectuadas en condiciones específicas de humedad y temperatura. Las prácticas de control del cemento se realizan en dos grupos:

• Ensayos que suele hacer el usuario.
• Ensayos que tiene que hacer el fabricante.

Los dos índices principales que emplea el usuario para conocer directamente la calidad del cemento son el fraguado y la resistencia mecánica. El fabricante, además de estos, sabe vigilar: la composición química, la estabilidad de volumen, el grado de finura, la plasticidad, el calor de hidratación, los residuos insolubles y la pérdida al fuego.

Materiales Aglomerantes

• Cal
• Yeso
• Cemento

Se endurecen al contacto con el H₂O.

• Propiedades mecánicas
• Propiedades químicas
• Propiedades hidráulicas