Concreto: historia, características, clasificación

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Con el paso de los años el concreto se ha convertido en el material de construcción más ampliamente utilizado, alrededor del mundo.

Es un material para construcción que brinda gran versatilidad en cuanto a forma, función y economía. El concreto, como las piedras naturas, ofrece una gran resistencia a los esfuerzos de compresión y escasa resistencia a la tracción.

El concreto en conjunto con el acero, se les conoce como concreto armado, puede resistir esfuerzos en tracción y compresión, superando la resistencia de las rocas en su estado natural.

¿Qué es el concreto?

Puede definirse como una mezcla de material aglutinante, como el Cemento Portland, un material de relleno, agua, puede contener algún aditivo especial.

Las propiedades y características del concreto son importantes para determinar las proporciones adecuadas para cada tipo de estructura en el que se requiera su uso.

Historia del concreto

No se sabe con exactitud la fecha exacta en la que se descubrió por primera vez, el uso de un material aglutinante, como lo es el cemento. Sin embargo, para los años 2690 a.C., cuando se construyen las pirámides de Gizeh, fue utilizado un mortero hecho a base de yeso y arena, para pegar los bloques de piedra en la estructura construida.

En Grecia y Roma se usaban morteros a base de piedra caliza calcinada con arena, para unir estructuras de piedra y ladrillo. Luego se le adicionaría piedra triturada, tejas rotas, dando lugar al primer concreto conocido en la historia.

En América Latina hay muchas construcciones realizadas de materiales cementantes, tales como las ciudades mayas y aztecas en México, así como la ciudad de Machu Pichu en el Perú.

Posterior al siglo XIX se mejoró la calidad y  se trabajaba con la calcinación de la cal y de algún material similar en propiedades a las tobas volcánicas.

Patente del cemento Portland

Para el año 1824, Joseph Aspdin, un constructor en Inglaterra, calcinó en un horno una mezcla de tres partes de piedra caliza, una parte de arcilla, la cual molió y pulverizó, obteniendo la patente del cemento Portland. La patente de Aspdin fue descrita de forma muy confusa y oscura, de esta manera, nadie fue capaz de imitarla.

Fue hasta 1845, cuando el inglés Isaac Johnson, logra perfeccionar y fabricar el producto, quemando una mezcla de caliza y arcilla, hasta lograr la formación del clinker. Sus experimentos sirvieron para iniciar varias factorías, no sólo en Inglaterra, sino en toda Europa.

Características de los componentes del concreto

Las propiedades del concreto están ligadas a:

  • Composición química
  • Grado de hidratación
  • Finura de las partículas
  • Velocidad de fraguado
  • Calor de hidratación
  • Resistencia

Cemento

El cemento  es un material aglomerante que posee propiedades tanto adhesivas como cohesivas, que le dan capacidad para aglutinar los agregados o áridos, para formar un todo con resistencia y durabilidad.

Fabricación de cemento

Es producido a partir de materiales minerales calcáreos, como la caliza, alúmina y sílice. En ocasiones es necesario agregar otros componentes para mejorar la química de las materias primas, el más común es el óxido de hierro.

El proceso de fabricación del cemento tiene las siguientes etapas principales:

  • Explotación de las materias primas
  • Preparación y dosificación
  • Homogenización
  • Clinkerización
  • Enfriamiento
  • Adiciones finales y molienda
  • Empaque y distribución

El proceso de fabricación del cemento se puede dar mediante un proceso húmedo o un proceso seco.

Propiedades químicas del cemento

Las propiedades químicas del cemento están dadas por los silicatos y aluminatos cálcicos anhidros e hidratados.

Existe un proceso exotérmico conocido como calor de hidratación, que da lugar al aumento de temperatura en la mezcla de concreto, durante el fraguado y endurecimiento.

Propiedades físicas y mecánicas del cemento

Estas propiedades complementan a las químicas, dependen del estado en el que se encuentren los materiales, estas son:

  • Peso específico
  • Superficie específica (finura)
  • Fraguado del cemento
  • Estabilidad del volumen
  • Resistencia mecánica

Clasificación de cemento Portland

Tipo de cemento – Portland Características
Tipo 1 Destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales.
Tipo 1 – M Destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales pero tiene resistencias superiores a las de tipo 1.
Tipo 2 Destinado a obras de hormigón, expuestas a la acción moderada de sulfatos y a obras en donde se requiere moderado calor de hidratación.
Tipo 3 Desarrolla altas resistencias iniciales.
Tipo 4 Desarrolla bajo calor de hidratación.
Tipo 5 Ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos.
Blanco Se obtiene con materiales debidamente seleccionados, que le confieren una coloración blanca.
Con incorporadores de aire Aquellos a los que se les adiciona un material incorporador de aire durante la pulverización.
Tipo 1-A Es el tipo 1, al cual se le adiciona un material incorporador de aire.
Tipo 1-M A Es el tipo 1-M, al cual se le adiciona un incorporador de aire.
Tipo 2-A Es el tipo 2, de moderado calor de hidratación, al que se le adiciona un material incorporador de aire.
Tipo 3-A Es el tipo 3, al cual se le agrega un material incorporador de aire.

Otros tipos de cementos

Cemento portland de escoria de alto horno: se obtiene mediante la pulverización conjunta de clinker portland y escoria granulada finalmente molida, con adición de sulfato de calcio (yeso).

Cemento portland puzolánico: generalmente se consideran como puzolanas los materiales eminentemente sílico-aluminosos naturales o artificiales que, carentes de actividad hidráulica y de propiedades cementicias por sí solos. Pueden ser naturales, artificiales o intermedias.

Portland adicionado: producto que se obtiene de la pulverización del clinker portland y otros materiales arcillosos, calcáreos-sílico-aluminosos, calcinados o no, que poseen propiedades hidráulicas o puzolánicas.

Cemento de albañilería: se obtiene de la pulverización conjunta de clinker portland y materiales que carezcan de propiedades hidráulicas o puzolánicas con la adición de sulfato de calcio.

Cemento aluminoso: se obtiene por la pulverización del clinker aluminoso, el cual esta constituido en su mayor parte por aluminato de calcio, que se obtiene de una mezclas de materiales seleccionados.

Agua

El agua es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que éstas desarrollen sus propiedades aglutinantes. Los cementos que son hidráulicos tienen la propiedad de fraguar y endurecer con el agua. Al fraguar la mezcla, parte del agua queda fija y el resto queda como agua evaporable.

Puede definirse como aquel componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones químicas que le dan propiedades de fraguado y endurecimiento.

Tipos de agua del concreto

Agua de mezclado: cantidad de agua evaporable por volumen unitario de concreto que requiere el cemento.

De hidratación: es aquella parte del agua original de mezclado que reacciona químicamente con el cemento para pasar a formar parte de la fase sólida del gel. Es también llamada no evaporable.

Agua evaporable: es agua que puede evaporarse, pero no se encuentra libre en su totalidad.

De absorción: es una capa molecular de agua que se halla fuertemente adherida a las superficies.

Capilar: ocupa los poros capilares de la pasta.

Agua libre: se encuentra fuera de la influencia de las fuerzas de superficie, de tal modo que tiene completa movilidad y puede evaporarse con facilidad.

De curado: conjunto de condiciones necesarias para que la hidratación de la pasta evolucione sin interrupción hasta que todo el cemento se hidrate y el concreto alcance sus propiedades potenciales.

Características físicas y químicas del agua de mezclado

Los carbonatos, bicarbonatos de sodio y potasio tienen diferentes efectos sobre los tiempos de fraguado de los distintos cementos

Un alto contenido de cloruros en el agua de mezclado puede generar corrosión en el acero de un concreto reforzado o en los cables de tensionamiento de un concreto preesforzado.

Los carbonatos de calcio y magnesio no son muy solubles en agua y éstos rara vez se encuentran en concentraciones tales que puedan afectar la resistencia del concreto.

Las sales de manganeso, estaño, zinc, cobre y plomo en el agua de mezclado pueden causar reducciones significativas en la resistencia y grandes variaciones en los tiempos de fraguado.

Las aguas alcalinas en altas concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto o mortero, así como también se ve reducida la resistencia del concreto en las aguas con altos porcentajes con aceite.

La presencia de algas en las aguas no es recomendable para hacer concreto debido a que la presencia de éstas produce inclusión de aire, por lo tanto, pérdida de resistencia y afectación en la hidratación del cemento.

Las aguas negras pueden ser utilizadas si han sido tratadas adecuadamente.

El agua de mar es generalmente recomendable para concreto no reforzado. En el concreto con refuerzo se cree que incrementa el riesgo de corrosión del acero, especialmente en los países tropicales.

Aire

Al mezclar el concreto, partículas de aire quedan atrapadas, aun después de compactar una mezcla, queda siempre un aire residual dentro de la masa endurecida.

Agregado o áridos

Son materiales que aportan un grado de resistencia, pero no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico, es decir, son inertes y garantizan la adherencia. Los agregados pueden ser de origen natural o artificial.

Los agregados aumentan el volumen de la mezcla, haciéndola más económica. A la vez que, controlan cambios volumétricos en la pasta, evitando agrietamientos que puedan afectar la resistencia del concreto.

Debido a que el concreto está constituido en su mayor parte por agregados, gran parte de las características del concreto, tanto en estado plástico como en estado endurecido, dependen de las características y propiedades de los agregados.

Clasificación de los agregados

Han sido clasificados de varias formas a través del tiempo, principalmente se organizan en base a su tamaño, procedencia y densidad.

Agregados naturales

Provienen de explotación de fuentes naturales tales como depósitos de arrastre fluviales o de glaciares, canteras de diversas rocas y piedras naturales.

Agregados artificiales 

Se obtienen a partir de productos y proceso industriales tales como: arcillas expandidas, escorias de alto horno, clinker, limaduras de hierro y otros.

Propiedades químicas

La única reacción favorable de los agregados se le conoce como epitaxia, la cual mejora la adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta de cemento, a medida que transcurre el tiempo.

Las reacciones agregado-álcali, originan expansiones dentro de la masa endurecida de concreto, lo cual puede inducir esfuerzos de tensión que hagan fallar la integridad estructural de la masa.

Propiedades físicas

La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de agregados, se determina a través del análisis granulométrico. La cuantía de las muestras de agregado en fracciones de igual tamaño es lo que se le conoce como granulometría.

Aditivos

Son materiales distintos al agua, agregado y al cemento hidráulico. Pueden ser agregados al concreto antes o durante el proceso de mezclado.

Los aditivos modifican las propiedades del concreto de manera que lo adecuan a necesidades específicas.

Su función es variable, pueden ser reductores de agua, retardantes o acelerantes del fraguado. Pueden ser empleados incluso para reducir los costos de fabricación del concreto.

 

Bibliografía

Sánchez De Guzmán, D. (2001). Tecnología del Concreto y del Mortero. Editorial Bhandar Editores.

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