44 NORMALIZACIÓN AO .J~

ESPECIFICACIONES PARA ELI CEMENTO EN LOSI ESTADOS UNIDOS1

11

Pau/ D. Tetmis y John M Metenoer:

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como normas paralelas con disposiciones similaresdurante décadas, para el año 2003, habían desarro-llado varias diferencias técnicas importantes.

Al tener dos normas para el cemento portlandcon diferentes requisitos se creaban problemas en laproducción, almacenamiento y logística para los fabri-cantes e importadores de cemento, los productoresde concreto premezciado y prefabricado, y otros fa-bricantes de productos de concreto. Los productoresque necesitaban satisfacer los requisitos de los clien-tes en diferentes estados, o para aplicaciones dife-rentes, fueron particularmente afectados, ya que po-dian requerirse silos separados o inclusive diferentesfuentes de cemento. La divergencia de requisitos enla especificación del cemento también crea una cargapara los propietarios y especificadores Las disposi-ciones para el aseguramiento de la calidad a veces sehacían más complejas y las provisiones disponiblespodían estar limitadas. Con requisitos consistentes seeliminan estos problemas potenciales y se simplificanla producción la transportación, el almacenamiento, ylas actividades de control de calidad, así como tam-bién se obtienen cementos más uniformes

Reconociendo los beneficios potencialespara los propietarios, especificadores y fabricantesde cemento y concreto, se formó el Grupo de Tarea

~

I,II

III1

promover la consistencia y acrecentar lasustentabüidad

La ASTM C150/AASHTO M85, la ASTM C595/AASHTO M240, y la ASTM C1157 reciente-mente han experimentado revisiones impor-

tantes. Estas especificaciones fueron actualizadaspara hacer consistentes las disposiciones en ASTMC150 y AASHTO M85, las especificaciones másampliamente usadas en los Estados Unidos para elcemento portland y para desarrollar normas para elcemento que mejoren la capacidad de la industriapara proveer concreto sustentable y durable.

ESPECIFICACION PARAEL CEMENTO PORTLAND

En los Estados Unidos se hace referencia alas normas de la ASTM en los Reglamentos de cons-trucción y son aplicables a la mayoría de las cons-trucciones comerciales. También se hace referenciaa las normas de la ASTM para los proyectos de cons-trucción de sistemas de transportación en algunosestados, pero las normas producidas por la Asocia-ción Americana de Oficiales Estatales de Carreterasy Transportes (AASHTO) son más comúnmente usa-das. Las especificaciones de estas organizacionespara el cemento portland, la ASTM C150, y AASHTOM85, ambas llevan el título de "Especificación Están-dar para Cemento Portland." Aunque han existido

IIII

II~

'Paul D. Tennis, Miembro del ACI y Gerente de Tecnologia del Cemento. Portland Cement Association, del Comité ACI 522, Concreto Permeable yPresidente del ASTM C01.1O, Cementos Hidráulicos para la Construcción General con Concreto.John M. Melander, Miembro del ACI y Director de Productos Estándar y Tecnologia, Portland Cement Association, del Comité ACI 524 Revestimientos,

del comité ACI C601-C, Técnico en Pruebas de Mamposteria I y del Comité conjunto 530 ACI- ASCE-TMS. Normas de Mamposteria. Miembro Honora-rio y Presidente de la Sociedad de Mamposteria y recibió el Premio al Mérito de la ASTM y del Comité COI Bryan Mather de la ASTM.

Publicado en ACI Concrete Intemational. January 2010.

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I

Conjunta para la Armonización, AASHTO-ASTM enel otoño de 2003, incluyendo a representantes delos comités que establecen las normas para el ce-mento: el Comité C01 Cemento de ASTM, y el Sub-comité AASHTO sobre materiales. El grupo de ta-rea se propuso examinar las diferencias importantesentre las normas, evaluar los problemas técnicos, ytrabajar conjuntamente para desarrollar disposicio-nes consistentes que satisficieran las necesidadescolectivas de los fabricantes de cemento, producto-res de concreto, especificadores y propietarios.

La primera serie de cambios que recomendóel grupo de tarea fue adoptada en las ediciones 2007de la ASTM C150 y AASHTO M85. Las normas revi-sadas incorporaron disposiciones consistentes parala finura, el contenido de C3S para el cemento Tipo11, criterios del calor de hidratación (el así llamado"índice de calor") y el uso de piedra caliza (no calci-nada) como un ingrediente en el cemento portland.

Con la publicación de las ediciones 2009 delas normas en julio de 2009, se resolvieron las dife-rencias técnicas restantes entre las normas. El usode adiciones de procesamiento inorgánico fue limi-tado a un máximo de 5% por masa, con base en lainformación publicada en NCHRP Report 607.1 Se-gún las nuevas disposiciones, se requieren pruebasde calificación para adiciones de procesamientoque exceden 1%. Además, se revisaron los proce-dimientos de cálculo de la fase potencial (Bogue)para tomar en cuenta el uso de adiciones de proce-samiento y piedra caliza en el cemento.

El grupo de tareas conjuntas también clarifi-có la Nota D al pie de la Tabla 1 de ASTM C 150 y

de AASHTO M35, relacionados con el contenido desulfatos, aun cuando las disposiciones eran similares.La nueva nota clarifica los requisitos de reportes de laASTM C1038 para cemento con límites más altos desulfatos que los límites que no aparecen en la Tabla.

Las nuevas versiones de ASTM C150 y AAS-HTO M85 definen un nuevo tipo de cemento - Tipo11 (MH) - que está designado para tener característi-cas moderadas de calor de hidratación (de allí el su-fijo "MH") así como también la resistencia moderadaa sulfatos de los cementos tradicionales Tipo 11. Estenuevo tipo facilitará más a los productores obtenerlo que necesiten, cuando requieran cementos conresistencia moderada a sulfatos, pero sin calor dehidratación moderada.Los límites de finura en ambas especificaciones sehan simplificado a valores solos únicos:

-Máxirno de 430 m2/kg (Blaine) para TiposII(MH), II(MH)A, Y IV; Y

-Minimo de 260 m2/kg (Blaine) para todos lostipos, excepto Tipos 111 y lilA.

Estos cambios mejorarán la comunicaciónentre los productores, especificadores, y clientesdel cemento y colocan límites de finura apropiadosen los cementos cuando se quiera que tengan calo-res de hidratación más bajos.

Todos los cambios desarrollados a través delesfuerzo de armonización se resumen en la Tabla 1.

Debe señalarse que estos cambios son consis-tentes con los amplios objetivos de la industria de me-jorar la sustentabilidad del concreto. El uso de piedracaliza en los cementos portland ha sido apoyado porla Agencia de Protección Ambiental de los Estados

1:1i~·¡;;. ._a~ltíf11J~;üriú~n:#e~&iJitBíbs i{¡~r~~Sfir0~ry,a'5":yf~'§T~~C150 d~:2Pó4"~·2o,09.~f~~!1I?-~:t~1

Disposición AASHTO M85-04 ASTM C150-04a AASHTO M 85-09ASTM C150-09

Finura máxima 400 [I,II,IV,V] Sin límite 430[II(MH)*, (V](Blaine)Una muestra deun promedio de 5

420[1,1I,IV,V] Sin límite Ninguno

Tipo 11máximo C3S 58 Sin límite Tipo II(MH)4.75C3A + C3S ~ 100

Máximo de adiciones 1% No hay límite prescrito Orgánico ~ 1%en el procesamiento Inorgánico ~ 5%

Hasta 5%, con nuevo

Uso de piedra caliza No permitido Hasta 5% nombre y Sección 5 re-organizada para mayor

claridad

Tipo 11mínimo Si03 20% Sin límite Sin limite

Nota D de la Tabla 1 Ambiguo Ambiguo Mejorado para mayorclaridad

* Exento para cementos Tipo 11(MH) con bajo indice de calor, del limite de finura cuando 4.75 C3A + C3S ~ 90

www.acimexicosc.orq 45

46 NORMALIZACiÓN AGY~

1·<t;~'{Tab1a 2: Aplicaclonespara Gem<tnt!?~hid¡'á.uljqos para 'Construcción general con ~oncretQ.*"Ir ;;0--;;)

Especifi-Propósito Calor de

Alta resisten- Bajo calor deResistencia Alta resisten-

cación del hidratación moderada acemento

generalmoderado cia temprana hidratación

sulfatoscia a sulfatos

ASTM C150Cementos I II(MH) 111 IV II,II(MH) \j

portland

ASTM C595 IS«70) IS«70)(MH) IS«70) (MS) IS«70)(HS)Cementos IP IP(MH) IP(LH) IP(MS) IP(HS)hidráulicos IT(P<S<70) IT(P<70)(MH)

----IT(P;:':S)(LH) IT(P<S<70)(MS) IT(P<S<70)(HS)

combinados IT(P;:':S) IT(P;:':S)(MH) IT(P;:':S)(MS) IT(P;:':S)(HS)

ASTMC1157

GU MH HE LH MS HSCementoshidráulicos

. . ... ..* Verifique la disponibilidad local de los cementos especlficos, ya que no todos los tipos de cementos estandisponibles en todas partes

Unidos como un medio de reducir la huella de carbónde la fabricación de cemento y, a su vez, la produccióndel concreto. Las revisiones que se ocupan explícita-mente del uso de adiciones de procesamiento inorgá-nico también apoyan y apuntan hacia este objetivo.Por supuesto, el desempeño del mantenimiento esuna consideración critica. Si la durabilidad del concre-to o las características de resistencia se reducen, po-drían perderse una característica de sustentabilidadinherente del concreto. Por lo tanto, una parte clavede esta iniciativa fue mantener los atributos de des-empeño para los cementos portland al mismo tiempoque mejorar sus características de sustentabilidad.

ESPECIFICACION PARACEMENTO COMBINADO

Los cambios recientes en ASTM C595 y AAS-HTO M240, ambos titulados "Especificación Estándarpara Cementos Combinados," han sido desarrolladospara alentar el uso de estos cementos a través denomenclatura simplificada, clara y transparente. Loscementos combinados han sido simplificados a dostipos - Tipo IS (cemento portland-escoria) y Tipo IP(cemento portland-puzolana). Los Tipos I(SM) e I(PM) fueron eliminados como designaciones para loscementos combinados, pero todavía podrían produ-cirse cementos que satisfacen esos requisitos, ya quela cantidad nominal de materiales cementantes suple-mentarios (SCM) en los cementos combinados fue-ron agregados como parte de la nomenclatura. Porejemplo, el Tipo IP (15) es cemento que contiene 15%

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de puzolana. Del mismo modo IS (25) se refiere alcemento que contiene 25% de cemento de escoria.

Este cambio logra algunos objetivos claves.Primero, los cementos pueden ahora ser producidoscerca de los límites previos de SCM que con razónllegaron a conocerse como regiones en "tierra de na-die". El viejo cemento Tipo I (PM), por ejemplo, te-nía límites sobre el contenido de SCM entre O y 15%,mientras que el antiguo Tipo IP tenía límites de pu-zolana entre 15 y 40%. Si un productor de cementotenía materiales que optimizaban algunos aspectosde desempeño a 15%, simplemente debido a la varia-ción normal del producto, algunas veces un cementosería clasificado como uno de Tipo I (PM) y en algúnmomento podría ser un Tipo IP. El nuevo enfoque eli-mina este problema potencial.

Esta revisión también ayuda a los productores deconcreto y a los especificadores a estar más atentossobre el contenido SCM de los cementos combinados.Esto es irrelevante en muchas situaciones, pero para lospropósitos de cumplir con los límites del ACI 318 sobreel contenido de SCM de concreto expuesto a químicosdescongelanfes, esta información permite que los dise-ños de mezcla sean calificados y optimizados, incluyen-do a través del uso de SCMs adicionales, a condición deque se cumplan las disposiciones de durabilidad.

Las revisiones recientes a la ASTM C 595 paraincluir una designación para cementos combinadosternarios fueron aprobadas en 2009 (y actualmente es-tán bajo consideración para su inclusión en AASHTOM240). Previamente había una opción para producir

cementos combinados ternarios para los cementosTipo IP, pero no estaba claro. Se desarrolló una nuevadesignación para el Tipo IP para identificar explícita-mente los cementos combinados ternarios. El concep-to para el Tipo IP es que los cementos combinados ter-narios deben satisfacer los mismos requisitos químicosy físicos que los cementos combinados binarios con elSCM que está presente en la cantidad más grande.Por ejemplo, si el cemento de escoria está presente enla cantidad más alta, se aplican las disposiciones delTipo IS, y si una puzolana está presente en la cantidadmás alta, se aplican los requisitos del Tipo IP.

Además, la designación para el cemento terna-rio claramente identifica las cantidades de SCMs, sirni-larmente al enfoque usado para cementos combinadosbinarios. El formato general para la nomenclatura es:

Tipo IT (AX) BY)Donde A y B se refieren al tipo de SCM (ya sea "S"para cemento de escoria y "P" para puzolana) X yY son las cantidades de esos SCMs (porcentajes enmasa). Por ejemplo, un Tipo IT (S25) (P15) conten-dría 25% de cemento de escoria y 15% de puzolana,y se aplicarían los requisitos de Tipo IS (25).

Una vez más, el interés de la industria por pro-veer opciones para mejorar la sustentabilidad de lafabricación del concreto y el cemento fue una consi-deración importante en las revisiones de ASTM C595.Aunque no se modificaron ninguno de los requisitosde desempeño en el ASTM C595, la opción para nue-vas composiciones cementantes ternarias puede per-mitir que se usen cantidades más altas de SCMs máseficientemente en las combinaciones ternarias.

ESPECIFICACION DE DESEMPEÑOPARA CEMENTO HIDRAULlCO

Se adoptó en 2007 un examen minucioso de laASTM C1157, "Especificación Estándar de Desempe-ño para el Cemento Hidráulico." Se había notado quela ASTM C1157 rara vez se usaba, inclusive en situa-ciones en donde podría aplicarse. Una razón probablepara que se pasara por alto la norma es su compleji-dad. Los cambios que fueron adoptados fueron desa-rrollados con tres propósitos principales en mente:

-Mejorar la lectura y la comprensión (hacerlomás amigable al usuario);

-Mejorar la flexibilidad para los fabricantes(amigable al productor); y

-Mejorar el aseguramiento de la calidad (ami-gable al consumidor).

En resumen, los cambios incluyeron simplificarla terminología, eliminaron las Secciones 4 y 5 sobrenomenclatura y adiciones, reemplazando el enfoqueopcional del rango de la resistencia con un reporte

opcional sobre la uniformidad de la resistencia, qui-tando los requisitos para analizar los ingredientes,y agregando varios otros cambios menores paramejorar la claridad. También se incluyó un requisitode resistencia a 28 días de 28 MPa para el TipoGU para hacer el ASTM C1157 más consistente conASTM C595, y el reporte opcional de ASTM C596resultan en contracción por secado. Un cambio se-parado pero relacionado hizo que los requisitos deresistencia mínimos para los cementos ASTM C1157fueran consistentes con aquellos para cementos si-milarmente clasificados en ASTM C595.

En 2009, los cambios a la ASTM C1157 fueronmás modestos. Los requisitos de resistencia mínimadel Tipo HE a un día y a 3 días fueron revisados paraigualarlos con aquellos del cemento Tipo III de la ASTMC 150 -arnbos requieren ahora que tengan resistenciade 12 MPa a un día y 20 MPa a 3 días. El objetivo eraponer cementos equivalentes en igualdad de condicio-nes con respecto al desempeño de la resistencia.

Debido a su enfoque en las características dedesempeño tales como resistencia, tiempo de fraguado ydurabilidad, la ASTM C1157 proporciona otra herramien-ta útil para mejorar la sustentabilidad de la construccióncon concreto. Los materiales localmente disponibles pue-den ser optimizados para producir cementos que, comoel ASTM C595, pueden tener bajos factores de clinker yhuellas de CO2 asociadas y energía implícita.

RESUMENLa Tabla 2 proporciona un resumen de la apli-

cación para ASTM C 150, C595, Y C1157. Aunqueque la industria ahora tiene requisitos consistentespara cementos portland en ASTM C150 y AASHTOM85, y aunque también ha hecho mejoras significa-tivas en las disposiciones de estas y otras especifi-caciones para el cemento, para la construcción ge-neral con concreto, las actividades de desarrollo denormas del cemento todavía no están comoletas. Enel proceso de hacer los cambios anotados, se hanidentificado varias oportunidades para mejorar máslas capacidades de la industria del cemento y delconcreto para proveer concreto durable y sustenta-ble. El trabajo para realizar estas mejorías continua.

Referencias

1. Taylor, P., "Specification and Protocol for Acceptance Teston Processing Additions in Cement Manutacturinq," NCHRPReport 609, Transportation Research Board, Washington, D.C,200896 pp.Las ediciones más recientes de las especificaciones anotadas puedenobtenerse en los siguientes sitios de la Red.:ASTM International: www.astm.org/Standard/lndex/shtmlAASHTO: https://bookstore.transportation.org

www.acimexicosc.org 47