En esta unidad se revisará uno de los compuestos del hormigón hidráulico, comenzando con el cemento como material aglutinante encargado de unir los fragmentos o agregados, y darle adhesión y cohesión a la mezcla; el agua que hidrata el cemento y le permite el desarrollo de las propiedades cementantes, y que además influye en la manejabilidad de la mezcla; los agregados como material de relleno y que conforman alrededor del 65% de la mezcla, pero que sus características son fundamentales en el diseño de las mezclas; el aire que está presente en la mezcla como aire naturalmente atrapado o que puede ser incluido intencionalmente con el fin de mejorar las propiedades de la mezcla; y el uso e influencia de los aditivos o adiciones.

Propósito general

Comprender la influencia de los componentes del hormigón hidráulico a partir del análisis de las propiedades de cada uno de ellos.

Propósitos específicos

• Conocer cada uno de los componentes del hormigón hidráulico y su función dentro de las mezclas del hormigón hidráulico.
• Identificar las características y propiedades del cemento Portland.
• Identificar las características y las propiedades de los agregados empleados en la fabricación de hormigón hidráulico.
• Establecer la calidad y la función del agua en mezclas de hormigón hidráulico.
• Conocer la influencia del aire en mezclas de hormigón hidráulico.
• Indicar la influencia de los aditivos en las propiedades del hormigón hidráulico.

Se considera cemento a toda aquella sustancia con propiedades de adhesión y cohesión, que tiene cualidades inicialmente plásticas y posteriormente de endurecimiento, uniendo fragmentos para conformar un conglomerado. Es así que el cemento Portland se define como un cemento inorgánico hidráulico debido a que es el agua la que hidrata las partículas de cemento haciendo que reaccionen químicamente sus compuestos, capaces de fraguar y endurecer en presencia del aire y del agua.

De acuerdo con el proceso de fabricación del cemento Portland, las materias primas (Cal, Sílice, Alúmina y óxidos de hierro) mediante los procesos de calcinación y enfriamiento logran un equilibrio químico y productos más complejos como el Clínker Portland; es así que se da lugar a los cuatro principales compuestos mayoritarios del cemento, llamados “compuestos de Bogue”, que no son puros ya que poseen pequeñas cantidades de óxidos en soluciones sólidas como alúmina, magnesia y otros óxidos; razón por la cual, a los silicatos y demás componentes se les suele llamar por su nombre mineralógico, siendo entonces el C₃S la fase Alita, el C₂S la fase Belita, al C₃A la fase Celita y al C₄AF la fase Felita. En la tabla se muestran los diferentes compuestos químicos o minerales expresados como óxidos del cemento Portland y sus símbolos, y las características, o el comportamiento de cada uno de sus compuestos según la propiedad requerida.

Las adiciones al cemento Portland son productos que por si solos no son cementantes, pero que cuando actúan con los componentes del Clínker y en presencia de agua, se activan y reaccionan químicamente formando productos cementantes. Estas adiciones se realizan por razones técnicas, económicas y ambientales con el fin de mejorar las propiedades.

Desde el punto de vista ambiental algunas adiciones son desechos de otras industrias, requieren procesos industriales menores y al reemplazar parte del Clínker evitan emisiones de CO₂.

El cemento Portland es un cemento hidráulico a base de silicatos hidráulicos de calcio, que se caracteriza por reaccionar con el agua, formando un pasta que endurece en presencia del aire o del agua. Las propiedades del cemento Portland están definidas por su composición y finura.

• Hidratación del cemento Portland
• Calor de hidratación del cemento Portland
• Finura del cemento Portland
• Densidad del cemento Portland
• Masa unitaria
• Consistencia normal de la pasta de cemento y morteros
• Fraguado de la pasta de cemento
• Solidez de la pasta de cemento
• Resistencia a compresión del cemento Portland

Lo invitamos a revisar las Normas Técnicas Colombianas para la realización de los ensayos sobre el cemento hidráulico.

De acuerdo con la composición del hormigón hidráulico, el agregado es el material de mayor participación dentro de la mezcla, entre el 60% y el 75% aproximadamente de la masa total; son materiales granulares sólidos y resistentes, que pueden considerase como el conjunto de partículas con determinadas características y propiedades, añadidas intencionalmente a la mezcla y que son embebidas dentro de la pasta de cemento.

En la tabla se muestra la influencia de los agregados sobre las propiedades del hormigón.

Generalmente los agregados del hormigón hidráulico son áridos, o materiales pétreos producidos de forma natural, o mediante la trituración de las rocas. Se pueden dividir en finos y gruesos, según su tamaño.

La clasificación de los agregados de establece de acuerdo con:

• El origen
• El tamaño
• La masa unitaria
• La forma y textura

Los agregados tienen como utilidad principal servir como material llenante o de relleno, pero de igual forma comparten las propiedades mecánicas con la mezcla; de este modo se entiende que los agregados para hormigón hidráulico deben ser inertes, o no tener ningún tipo de reacción química con ninguno de los demás componentes, pero actualmente se conocen dos tipos de reacción, la epitaxia y la reacción álcali-agregado.

Las propiedades físicas y mecánicas se pueden determinar como el conjunto de características y de condiciones particulares que posee un agregado que lo hace útil para que desempeñe sus funciones dentro de la masa de hormigón hidráulico.

Los aspectos a revisar en este apartado son:

• Distribución granulométrica
• Forma y textura superficial
• Densidad
• Masa unitaria y porcentaje de vacíos
• Porosidad, absorción y humedad superficial
• Impurezas y sustancias nocivas

Como los agregados pueden llegar a conformar entre el 70% y el 85% de la masa de hormigón (60% al 75% del volumen), es importante conocer sus características mecánicas, debido a que pueden influir en las propiedades del hormigón hidráulico en estado endurecido:

• Resistencia
• Tenacidad
• Adherencia
• Desgaste

Lo invitamos a revisar las Normas Técnicas Colombianas para la realización de los ensayos a los agregados para hormigón hidráulico.

El agua y el aire son componentes del hormigón hidráulico que cumplen funciones importantes; por lo tanto, se debe tener en cuenta aspectos como:

• Calidad del agua de hormigón hidráulico: la principal función del agua de mezcla es la de hidratar el cemento Portland y de dar fluidez a la masa de hormigón

• Aire en las mezclas de hormigón hidráulico: el aire hace parte de la masas de concreto se puede diferenciar como aire naturalmente atrapado y aire incluido

Los aditivos son sustancias o materiales que se crearon con el fin de modificar las características o propiedades del hormigón hidráulico, tanto en estado fresco como en estado endurecido y que no podían ser obtenidas en forma más económica:

• Definición de los aditivos
• Clasificación de los aditivos para concreto según Sánchez, y según la norma ASTM C-94
• Especificaciones y calidad de los aditivos

De acuerdo con el proceso de fabricación del cemento Portland, las materias primas (Cal, Sílice, Alúmina y óxidos de hierro) mediante los procesos de calcinación y enfriamiento crean productos más complejos al lograr un equilibrio químico formando el Clinker Portland.

De acuerdo con Matallana (2006), la hidratación es el proceso mediante el cual el cemento en presencia del agua, reacciona químicamente, desarrolla las propiedades aglutinantes y se transforma en un agente de enlace, generando propiedades útiles en aplicaciones estructurales. Los agregados, dependiendo de su origen se pueden clasificar en rocas ígneas, sedimentarias o metamórficas.

La distribución de los tamaños de las partículas está directamente relacionado con el volumen de espacios libres o aire entre las partículas de modo que deba ser llenado con pasta de cemento; es así que la cantidad de pasta depende del volumen de espacios libres entre partículas.

Las impurezas, las coberturas y los defectos de partículas son las sustancias nocivas presentes en los agregados que pueden afectar el hormigón.