CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO (CPP)

Cemento portland puzolánico es el producto resultante de la adición al cemento portland

normal de material puzolánico, en un porcentaje de 15 a 50% Dicha unión puede efectuarse en el estado de clinker, para ser molidos conjuntamente, a la fineza adecuada o también directamente con el cemento, antes de ensacar o en lo, mezcladora.

¿Que se denomina puzolana?

Puzolana, según el criterio de Lea adoptado por las actuales normas del ASTM es el material silíceo que no siendo aglomerante por si mismo -o en muy baja magnitud-contiene elementos que se combinan con la cal en presencia del agua, a temperaturas ordinarias, formando compuestos de escasa solubilidad que presentan propiedades aglomerantes.

Tipos de puzolanas

En una primera clasificación, las puzolanas se dividen en dos grandes grupos: naturales y artificiales, estos últimos, arcillas, pizarras, etc., calcinadas. Los dos grupos, a su vez, se han

clasificado atendiendo a diversos criterios. El Bureau of Reclamation, entidad norteamericana con mayor experiencia en la materia, considera los siguientes tipos:

I. Arcillas y pizarras (que requieren calcinarse para ser activas):

a) colinita

b) montmorillonita

Il. Materiales opalinos (En los cuales la calcinación puede o no ser necesaria) .

a) Tierra de diatomeas, semiopalos y pizarras.

III Tobas volcánicas y pumicitas (en las cuales la calcinación puede o no ser  necesaria)

a) riolíticos

b) andesíticos

c) fenoliticos.

IV Sub productos industriales:

Escoria de alto horno.

Ceniza volante.

Humo silíceo.

Fabricación del cemento Portiand Puzolánico

Para fabricar un cemento portland puzolánico se requiere:

A. La producción de cemento portland normal o de clinker.

B. La puzolana de reemplazo, o adición, que puede ser:

a) natural

a.1. No tratada.

a.2. Tratada a temperaturas elevadas.

b) puzolana artificial (materia prima, arcilla, etc., tratada) .

En todos los casos la unidad de cemento portland puzolánico tendrá un menor costo que el correspondiente portland normal, por cuanto se ha reemplazado un elevado porcentaje de cemento por puzolana que tiene un costo de fabricación muy inferior. Especialmente en casos de puzolanas no tratadas.

El tratamiento de las puzolanas es en ciertos casos fundamental pues, tanto su finura como la calcinación acrecientan notablemente sus propiedades.

Al portland normal, se le adi iona un porcentaje en peso del 15 al 50% de material puzolánico, teniendo en cuenta el peso específico de este último. Comunmente este material se llama de reemplazamiento, para diferenciar el caso de los cementos a los cuales se le agrega una pequeña parte de puzolana como aditivo para lograr mayor docilidad y otras propiedades.

Ambos materiales se pueden unir sea en clinker pasando luego juntos a los molinos para ser molidos y ensacados, o luego de producirse el cemento portland.

En determinadas construcciones de magnitud, presas, etc., el cemento puzolánico se fabrica en la obra misma. Este procedimiento es recomendable en estos casos pues, permite graduar el porcentaje de puzolana de acuerdo con las características del concreto deseado.

Criterios en la fabricación

El cemento portland puzolánico se puede fabricar:

1.       Sea con el objeto de contar con un aglomerante que brinde propiedades especiales a los concretos, requeridas en determinados trabajos.

2.       Para obtener un aglomerante en condiciones más económicas.

1.     Criterio de propiedades específicas. En el primer caso se requiere ' tener en cuenta, según Davis.

a) Las propiedades del concreto que se desea fabricar.

b) Las características de fineza de la puzolana.

c) La composición del cemento portland.

d) La riqueza de la mezcla.

e) La granulometría del agregado.

Los factores enunciados precisan, tal vez en demasía, los parámetros del problema. Ferrari, desde un punto de vista teórico, más general, ha perfeccionado un método de dosificación que comprende la determinación de la cal que es capaz de liberar el cemento y la cantidad de óxido cálcico que podría fijar la puzolana e introduce en la relación un valor de corrección referido al porcentaje de cal que el cemento puede perder eventualmente durante la primera época de curado en agua. Feret (5), desarrolló un método basado en la determinación en los morteros de puzolana y cal la proporción de sílice y alúmina, soluble en ácido clorhídrico diluído frío. La proporción de puzolana se determina por el cociente entre el peso del porcentaje deóxido de calcio liberado por el cemento y el peso del fijado por él, durante el mismo tiempo.

Empíricamente, en una primera etapa, tanto en Francia como en Italia se generalizó una mezcla de 1/3 puzolana y 2/3 de cemento.

2.     Criterio económico.

Siendo el cemento portland puzolánico un aglomerante cuyo menor costo de producción depende directamente del porcentaje de material puzolánico que se agrega al cemento portland normal, es lógico que desde un punto de vista económico interese que este % sea el mayor posible, compatible con un comportamiento conveniente del cemento. La práctica ha fijado un máximo del 50%. Pero en todo caso, deben ser por ensayos sistemáticos, de carácter estadístico, los que fijen de acuerdo a principios científicos la cantidad óptima. Teniendo siempre como base los criterios expuestos en el párrafo que antecede.

Propiedades y deficiencias del cemento portland puzolánico

Las características más significativas de los cementos puzolánicos se encuentran en el incremento de las condiciones de trabajabilidad y durabilidad de los concretos.

1.     En el concreto fresco:

a.      Mejora la docilidad del concreto, permitiendo su fácil puesta en obra (encofrados).

b.      Disminuye la exudación de las mezclas y la tendencia a la segregación.

2.     En el concreto endurecido: Durabilidad.

a.      Mejor resistencia al intemperismo.

b.      Resistencia a las aguas agresivas (obras de cimentación, tuberías, desagues, obras de alcantarillado).

c.      Menor calor de hidratación (favorable en obras másicas, cimentaciones, presas, cte.).  

d.      Impermeabilidad es mejorada especialmente en las mezclas pobres y en las primeras edades (recomendable por ello su empleo en obras marítimas e hidráulicas) .

e.      En regiones de agregados reactivos con cementos de proporción de álkalis significativa, el cemento puzolánico pasa bien esta prueba. Cabe advertir que en el Perú, no se ha determinado este fenómeno.

3.     En lo que respecta a las características de deformación y resistencia:

a.      Retracción y fluencia. Ambos fenómenos se ven acrecentados en el caso de los portland puzolánicos. El campo de variación es amplio, según sea la puzolana, cemento usado y tipo de agregado.' En todo caso no hay leyes que determinen lasdeformaciones del concreto.

b.      Las condiciones de deformación elástica del concreto son ligeramente disminuidas por los cementos puzolánicos. Aunque no se puede determinar coeficientes al respecto, dada la cantidad de parámetros incidentes.

c.      e) Las resistencias mecánicas disminuyen en los cementos puzolánicos, especialmente en los concretos ricos en aglomerantes. En las mezclas pobres, eventualmente, los cementos puzolánicos pueden acrecentar la resistencia.

4.     Las obras de concreto puzolánicos exigen mayor control y curado especial  y continuado para prevenir los peligros de fisuración y otras anomalías.

Estos conceptos, hoy generalizados, han sido expuestos y estudiados por diversos

investigadores.

Comparación del portland normal y del portland puzolánico

Los cementos mencionados, a nuestro juicio, si bien pueden usarse indistintamente en muchas obras, tienen campos propios en la construcción donde ofrecen ventajas técnicas indiscutibles que los señalan preferentemente a uno sobre otro. Sin embargo, los investigadores Davis, Kelly, Troxel y Davis han efectuado una suscinta comparación entre ambos indicando que el cemento puzolánico ofrece más comodidad para colocarse en los encofrados, produce concretos más plásticos, genera menos calor de hidratación y posibilita concretos más impermeables, pero, en contraposición requiere más agua de mezcla que los portland normales para la misma consistencia y exhibe mayor retracción durante la hidratación. Generalizando que en las mezclas ricas la resistencia a la compresión es más baja en los concretos puzolánicos pero que en los diseños pobres, luego de un cierto tiempo, los concretos puzolánicos adquieren mayor resistencia que los normales.

Del balance realizado, queda la conclusión de que cada cemento tiene un campo específico óptimo y que para ser competitivos requieren de prevenciones determinadas.

El desarrollo de la construcción y las puzolanas

La puzolana es uno de los materiales más antiguos en la construcción habiéndose usado

combinada con los aglomerantes, cales, en obras hidráulicas por griegos y romanos.

Estructuras famosas como el Coliseo y el Panteón -en Roma- se trabajaron con un material

constituido por puzolana, cal y piedra. Su nombre pToviene de las primitivas canteras de material puzolánico que se encontraban en Pozzueli, junto al Vesubio. Se dice que en la edad media la calidad de la construcción desmejoró por no usarse tobas volcánicas. En nuestro siglo su uso se hizo extensivo en Europa, al constatarse las características de impermeabilidad y de resistencia a la acción de aguas dañinas, especialmente en Italia, desarrollándose los primeros cementos puzolánicos.

En los Estados Unidos a partir de 1940, cuando se estableció su acción benéfica sobre la reacción alkali-agregado, se inició el estudio de los materiales puzolánicos. Sin embargo, ya en 1910-12 se le empleó en el acueducto de Los Angeles y en 1912 la prensa de Arrowrock.

Posteriormente, en los últimos años, el Bureau of Reclamation la ha empleado en todos sus

proyectos de prensas, explotando directamente las canteras de puzolana para unir con el

cemento en las mezlcladoras.

La acción de la Puzolana.

Le Chatelier en 1897 había ya notado que cuando el cemento portland se hidrata se libera cierta cantidad de óxido de calcio (cal hidratada) que daña la resistencia y puede ser removida por el agua. Los materiales silíceos, corno la puzolana, al ser finamente pulverizados reaccionan con dicho hidróxido de calcio forman silicato de calcio hidratado. Este elemento brinda las propiedades hidráulicas señaladas. Como expresa Bogue, la físico-química de las puzolanas, requiere de permanentes estudios para resolver sus problemas fundamentales .

Sin embargo, debe mencionarse las teorías de Steopoe, Bussem y otros, que han permitido

fijar orientaciones claras a las actuales investigaciones.

Normas

El empleo extensivo de los cementos puzolánicos y el mejor conocimiento de su físico- química, ha llevado a la normalización de este tipo de cemento. La Sociedad Americana de Ensayos de Materiales, ha establecído desde 1958 la norma tentativa C.340-58 T, en Francia se ha homologado la nueva norma: P 15-302 sobre los portland, donde se especifican los cementos CPAZ 1601250 y CPAZ 250/315, normales pero dentro de los nuevos criterios de clasificación por resistencia y los especiales de HRIZ 315/400; con porcentajes de puzolana de 10 a 20% y de 5 a 10% respectivamente. Otros países han incorporado en sus normas este tipo de cemento o establecido especificaciones especiales.

La Norma, como bien se sabe, da garantías al consumidor, permite una producción estable y facilita el diseño y proyecto de estructuras y construcciones. Los requisitos de la norma, son mínimos. La norma debe apreciarse en su conjunto. Especialmente en el caso de las resistencias mecánicas, que en muchos casos no es el único requisito de durabilidad.

Estudios

Cuando no se cuenta con una planta de portland en marcha, es obvio se requiera los estudios necesarios para su instalación, como cosa previa. Luego, cabe mencionar los complementarios relativos a la puzolana.

El estudio de un manto puzolánico o de material que puede ser utilizado al efecto, exige un cuidadoso muestreo. Estos materiales provienen generalmente de procesos de transcurso irregular y de masas de composición variable, que son alteradas en la parte expuesta a los agentes atmosféricos o al paso del agua freática.

Es también necesario considerar que por los movimientos del suelo, se mezclan los materiales de distintos ni veles, presentando así las muestras de uno de ellos diferente reactividad. Por otra parte, es necesario estudiar separadamente los gránulos de diámetros diferentes.

Se recomienda así, un plan de inspección serio y un muestreo de campo cuidadoso tanto en los afloramientos como realizando zanjas, pozos, etc., de acuerdo a las características de la cantera. Los resultados de los ensayos deben analizarse en forma estadística.

Se han desarrollado diversos métodos para determinar aceleradamente el grado de actividad de una puzolana. Uno de ellos, usual en Norte América, estudia  comparativamente las resistencias mecánicas de morteros con y sin puzolana. Por otra parte, se ha estudiado su velocidad de reacción con la cal; se ha investigado su comportamiento con relación con sus sustancias solubles en ácidos. También se ha determinado el contenido de óxido de calcio en fase líquida de una pasta de cemento y puzolana y comparado con el líquido saturado.

El estudio químico de la puzolana no indica gran cosa sobre su comportamiento, requiriéndose conocer su constitución. Al efecto se ha empleado los métodos petrográficos, la difracción por rayos X  y el análisis rontgenográfico.

Se requiere igualmente, establecer la aptitud para la molienda de las puzoanas, su comportamiento a la calcinación, su exigencia de agua, generación de calor, etc.

Finalmente cabe precisar su actitud puzolánica y realizar los diseños adecuados para su unión con el portland.

En el Perú, se han fabricado algunos cementos puzolánicos. El Laboratorio de Ensayo de Materiales ha estudiado con éxito el reemplazamiento del cemento por puzolana para concretos pobres, aptos para construcciones económicas. Actualmente, estamos en el inicio de una investigación más amplia de este material.