Desarrollo, fabricación y aplicaciones de los cementos ......Fernando Martirena (Prof. Dr.-Sc.) » Cubano (reside en Cuba) » 1983: Ingeniero Civil, Universidad Central Marta Abreu

Desarrollo, fabricación y aplicaciones de los cementos adicionados

Prof. Dr. José Fernando Martirena-Hernández

Director CIDEM

Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Cuba

Taller internacional de cementos adicionados

Fernando Martirena (Prof. Dr.-Sc.)

» Cubano (reside en Cuba)

» 1983: Ingeniero Civil, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas

» 1988: PhD en la CUJAE, La Habana. Diseño y construcción de estructuras laminares

» 2000: becario de la Fundación “Alexander von Humboldt” Alemania.

» 2004: Dr. Cs. en la CUJAE, La Habana. Uso de puzolanas en cemento y hormigón

» 2008: Director CIDEM, UCLV

» 2018: Presidente del Comité Técnico RILEM “Arcillas calcinadas”

Facultad de ConstruccionesUniversidad Central de las VillasCarretera de Camajuani km 5, Santa Clara 50100, Villa Clara. CUBAtel: +53 5 263 7716e-mail: [email protected]

mailto:/[email protected]

Guion de la presentación

» Alternativas para la sostenibilidad de la producción de cemento

» Las arcillas como Materiales Cementicios Suplementarios

» La producción del cemento LC3

» Utilización del cemento LC3

» Impactos de la utilización del cemento LC3

» Proyectos en camino








↓ CO2

Natural pozzolan

Process optimation ↓ clinker factor

Clinker Gypsum Cement

Fly ash

SCMs – Supplementary Cementitious Materials

SlagLimestone

Reducir contenido de clinker

Slide Prof. Karen Scrivener

Tendencia global en la sustitución de clinker

2%4%

5% 5% 6% 6% 6% 6% 6% 7% 7% 7%4%

4%

4% 4% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5%

1%

2%

3%3%

3%4% 4% 4% 4% 4% 4% 4%

1%

2%

2%2%

2%2%

2% 2% 2%2% 2% 2%

4%

2%

1%1%

1%1%

1% 1% 1%1% 1% 1%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

1990 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Limestone

Slag

Fly ash

Puzzolana

Others

• Almost no progress in last 5 years• Only 3 substitutes used in quantity

U.N. Environment, K.L. Scrivener, V.M. John, E.M. Gartner, Cement and Concrete Research Eco-effi cient cements : Potential economically viable solutions for a low-CO 2 cement-based materials industry, (2018).

Las reservas de escorias disminuyen

0

5

10

15

20

0

500

1000

1500

2000

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

BF

Slag

\C

em

en

t (%

)

Pro

du

ctio

n (

Mt)

BFS Iron BF Slag BF Slag/Cement

Slide Prof. Vanderley John

La generación a base de carbon decrece

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

Co

al (M

t)

S. & C. America, Africa,Asia, Middle EastEurope & Eurasia

Major Exporters

South Africa

Australia

India

China

Russia

Slide Prof. Vanderley John

0 2000 4000 6000

Calcined Clay

Filler

Portland cement

Fly ash

Slag

Natural Pozzolan

Vegetable ashes

waste glass

silica fume

Mt/yr

Used Available

limestone

Disponibilidad de MCS

Classic SCMs – fly ash and slag are only

around 15% of current cement production,

will drop to < 10% in near future

Slide Karen Scrivener

¡¡Las arcillas y las calizas son los MCS más abundantes!!

Arcillas de muy buena calidad como desechos en minas

Calizas dolomíticas como “desecho”

-200

0

200

400

600

800

1000

0 10 20 30 40 50 60 70

CO

2M

itig

atio

nP

ote

nti

al(M

t)

Market Share 2050 (%)

Alkali activated + Calcined clay

BYF

CCSC

Arcilla calcinaday Caliza

Fillers 30%

Impacto de varias tecnologías en la mitigación de CO2

Slide Prof. Vanderley JohnU.N. Environment, K.L. Scrivener, V.M. John, E.M. Gartner, Cement and Concrete Research Eco-effi cient cements (2018).

Pronóstico de uso en los próximos años…

CSI Technology Roadmap Low-Carbon Technology for the Global Cement Industry, April 2018








2005-2008SDC-SNSF Project

Calcined clays forpozzolans

2009-2012SDC-SNSF Project

Ternary blend cementcalcined clay-limestone

2013-2020SDC-Climate Change

Low Carbon Cement

La búsqueda de alternativas sostenibles para sustituir clinker a través de materiales cementicios suplementarios

Cooperación con la Prof. Karen Scrivener

Na+, Ca++, H2O

¿Qué arcillas?silicon

aluminium

Kaolinite (1:1) Illite (2:1) (Micas) Montmorillonite (2:1)(Smectites)

La composición mineralógica de las arcillas

depende de la relación Si/Al

Metakaolin

Al2Si2O5(OH)4

El Metakaolin es la arcilla activada de mayor reactividad

Se forma con la deshidroxilación de la caolinita

La difúsión de los hidroxilos controla el proceso

La deshidroxilación ocurre entre 500-650 oC

Evaluación de las arcillas adecuadas

Threshold for good reactivity:

60% Quartz

40% Kaolinite

• % Al2O3 = 15,8

• % Al2O3 / % SiO2 = 0,2

• % OH- = 5,6

• % Al2O3 > 18

• % Al2O3 / % SiO2 > 0,3

• % LOI > 7,0

• % CaO < 3,0 (Low contents of calcite/gypsum)

• % SO3 < 2,0 (Low contents of pyrite/alunite/gypsum)

• % Fe2O3 < 10,0 (?) (If red color is undesirable, also depending on calcination technology )

Suitable clays

must comply with

I %K>60 (very reactive)

II 60>%K>40 (good reactivity)

III %K<40 / 2:1 clays (poorly reactive)

IV Presence of CaO/SO3 rich minerals

Relación entre composición química y contenido de arcilla

Alumina content is crucial in

terms of reactivity

Accompanying minerals such

as calcite or pyrite can lead to

LOI (not corresponding to OH-

lost)

Disponibilidad de arcillas adecuadas


Composición química y mineralógica

Las arcillas usadas en la

producción de Clinker tienen bajo

Al y alto Si (contrario a lo que se

necesita en LC3)

Valores altos de álcalis indican

procesos de intemperismo no

completados (bajo contenido de K)

Presencia de Fe solo tiene

implicaciones en color

El contenido de caolinita

» La Resistencia crece linealmente con el contenido de caolinita

» Alcanzan a partir de 7 días resistencias similares al Portland (con un 40% de caolinita)

» Otros parámetros tienen menos importancia

23Slide Prof. Karen Scrivener

Ventana de calcinación

• ~ 5 %

• ~ 5 %

• ~ 14 %

• La Ventana teórica está

entre 500-600 ºC

• Pero normalmente

ocurre a temperaturas

más altas

• El rango óptimo es

700-800oC

temperatures


El cemento de bajo carbono LC3

Similar resistencia al cemento Portland 50% de Clinker35%+ reducción de emisiones CO2Alta resistencia a cloruros y expansiónCostos de producción ligeramente menores

𝐶3𝑆+5.3𝐻→𝐶1.7𝑆𝐻4+1.3𝐶𝐻

𝐶2𝑆+4.3𝐻→𝐶1.7𝑆𝐻4+0.3𝐶𝐻

𝐶3𝐴+3𝐶$𝐻2+26𝐻→𝐶6𝐴$3𝐻32 (𝐴𝐹𝑡)

𝐶3𝐴∙3𝐶$∙𝐻32+2𝐶3𝐴+4𝐻→3∙𝐶4𝐴$𝐻12

Silicates hydration

Gypsum to modify aluminates reaction

Conversion of Aft into monosulphate

Addition of CC to OPC stabilizes C4ACH11 (monocarboaluminate) and C6A$3H32

(ettringite), whilst C4A$H12 (monosulphate) is destabilised

In presence of CaCO3

C3A + CC + 11H⇔ C4ACH11

3C4A$H12 + 2CC + 18H⇔ C6A$3H32 + 2C4ACH11

1001 ⇔ 1231 cm3 / mol


Reacción de hidratación

Metakaolin “MK”

(Al2O3) : 2∙(SiO2) 222 g/mol

Limestone “LS”

CaCO3 100 g/mol

Formation of monocarbo aluminate “Mc” (AFm)

3CaO · Al2O3 · CaCO3 · 11H2O or C4ACH11

Assuming the reaction in excess of Ca2+ and OH-

Al2O3 + CaCO3 + Ca2+ + OH- C4ACH11

MK:LS weight ratio of 2:1

Mecanismo de acción

Clinker

Arcilla calcinada

Caliza

Alumino Carbonate Reaction

Microestructura más densa

Resistencia Durabilidad

The synergy between calcined clay and limestone enables higher clinker substitution rates

Kaolinitic clays having kaolinite content above 40% are suitable for their use in these ternary systems

Based on a slide from S. Bishnoi

Sinergia entre arcilla calcinada y caliza

Resultados de X-Ray Diffraction:

» OPC contains» low ettringite (AFt),

» low monosulfoaluminate (Ms)

» High Portlandite (CH)

» In LC3-50:» Formation of carboaluminates (Hc/Mc)

» Ettringite (AFt) enhanced

» Portlandite is consumed

La combinación de arcillas calcinadas con calizas favorece la formación de carboaluminatos y la consecuente estabilización de la ettringita en el sistema.

OPC

205 10 15 25Position [ 2Q ]

CHMs

Strät .Strät . C4AF AFtAFtAFt AFtHcMc

MsHc

1d

28d

LC3-50

205 10 15 25

Position [ ]

CHMs

Strät.Strät. C4AF AFtAFtAFt AFtHcMc

MsHc

2Q

1d

28d


Ensamblaje de fases

Las fases formadas en la hidratación son similares a las formadas en sistemas de cementos Portland puzolánicos (no se esperan sorpresas en durabilidad a mediano-largo plazo)


Refinamiento de la estructura de poros

Se produce un refinamiento significativo de la porosidad a partir de los 3 días de hidratación.

» La porosidad ya bien definida a los 3 días para arcillas de alta pureza

» La diferencia en la cinética depende de la pureza de la arcilla

LC3-50 (95%) 3d








5 3025201510 min1 35 40

burning

1000

1200

1400

200

400

600

800

oC

Mas

s p

rop

ort

ion

Drying

H2O

Clay

Calcinedclay

La calcinación

Temperatura de calcinación

850-900 oC

Tiempo de residencia en la

zona de calcinación de 20-25

min

• 118 tonnes of original material with 18% moisturecontent were fed to the kiln

• 65 tons of calcined material were obtained

First batch: 3-5 tonnes (discarded)

2nd batch: 8-10 tonnes

5th batch: 17-20 tonnes

Primera prueba industrial, 2013, Cuba

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature (°C)

Average Raw Pont

Calcined Clay 02

Calcined Clay 04

Calcined Clay 07

Calcined Clay 14

Calcined Clay 17

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature (°C)

Average Raw Pont

Calcined Clay 02

Calcined Clay 04

Calcined Clay 07

Calcined Clay 14

Calcined Clay 17Material no calcinado

Calidad de la calcinación

0

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

15 20 25

Calcined clay 2-750Calcined clay-900Calcined clay-850Calcined clay_750

Pico de caolinita

Difracción de rX TG-DTA


Calidad de la calcinación

750ºC

650ºC

850ºC

El control de peso volumétrico a la salida del horno puede ser un ensayo rápido para poder controlar calidad de calcinación…

Color de la arcilla calcinada

En arcillas con alto contenido de Fe

Hematita se forma en condiciones

oxidantes a temperaturas superiores a

600 ºC. En condiciones reductoras se

forma la fase magnetita (de color negro)

En el enfriamiento hay que mantener

temperatura por debajo de 600ºC y

atmósfera reductora!!

Foto cortesía de FLSmidth

El diesel combustiona y

consume todo el oxígeno

~800ºC

< 600ºC

Inyección combustibleInyección agua

Control del color

El agua enfría el material a la

salida

Quemador

El consumo de combustible en crear atmósfera reductora es menor del 3%...

Impacto del color en aplicaciones

Retos en la molienda

Ternary binders have components that are present in small quantities and grinding could eventually become a problem

Molienda en la prueba industrial en Siguaney

PRIMARYGRINDER

SEONDARY GRINDER

SEPARATOR

PNEUMATICPUMP

Particle size distribution is

controlled by an air separator

Impacto de la intermolienda en las propiedades del cemento

Clinker

Calcined clay

Quartz

Limestone

CoarserClinker (over 90 µm

Finerthe Rest

Separator gauge was set for around 10% of

cement retained at 90 µm sieve (coarser

than normal practice)

Most material retained at 90 µm (9%) sieve

was coarse clinker

Bola de acero

Clinker

Arcilla calcinada

Caliza

Molienda de cementos multi-componente

Las partículas cargadas eléctricamente

se adhieren a las bolas y las paredes

del Molino y evitar la molienda del

clinker

Se produce una molienda en exceso

de materiales suaves

Impacto de intensificadores de molienda

44

CC 1h no GA CC 1h PCE 1 0.45% CC 1h Amine 0.13% CC 1h Glycol 0.12%

Franco Zunino, 2018

LC3 no GA + SPLC3 GA (TEA-A) 3g

+SPLC3 + GA(4,5gINT

(TEA-A)) + SPCemento tipo HE

1d 8,09 6,10 12,51 10,30

3d 18,30 16,10 19,96 23,30

7d 31,70 22,40 34,14 32,20

28d 45,30 38,30 41,12 40,50

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

Res

iste

nci

a a

com

pre

sió

n M

pa

Intermolienda

Fine Medium Coarse

no GA 29,42 55,09 51,27

3g TEA 30,36 54,37 48,49

4.5g TEA 32,68 55,22 41,4

0

10

20

30

40

50

60

% m

ass

Contenido de Clinker


D ≤ 7 µm

7µm ≤ D ≤ 33 µm D ≥ 33 µm

NOTA: este ensayo es una modificación de la norma ASTM C109/109M que incluye añadir SP para lograr un flujo para una relación agua/cemento similar a la del cemento Portland

Estrategia de molienda separada (LC2)

PRIMARYGRINDER

SEONDARY GRINDER

SEPARATOR

PNEUMATICPUMP

BELT 1: calcined clay

BELT 2: gypsum

BELT 3: limestoneLC2

CLK CCL LS GYP Total SO3LC2 2:1 0.00% 63.00% 30.00% 7.00% 100.00% 2.80%

+ =

Formulación como adición mineral

60,00%35,00%

5,00%

LC2 2:1

Calcined clay Limestone Gypsum

90,00%

5,00%5,00%

P35

Clinker Limestone Gypsum

45,00%

30,00%

20,00%

5,00%

LC3-50 2:1

Clinker Limestone Calcined clay Gypsum


CPO + LC2 fine + SPLC2 + CPO+GA (3gINT

(TEA-A))+SPLC3 + GA(4,5gINT (TEA-A))

+ SPCemento tipo HE

1d 7,96 11,56 12,51 10,30

3d 19,27 21,67 19,96 23,30

7d 24,25 32,51 34,14 32,20

28d 35,24 43,49 41,12 40,50

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

Co

mp

ress

ive

str

en

gth

Mp

a

Molienda separada

Fine Medium Coarse

no GA 26,55 26,1 26,64

GA 26,61 23,48 22,95

21

22

23

24

25

26

27

% m

ass

Contenido caliza

Fine Medium Coarse

no GA 52,54 42,52 45,04

GA 53,77 46,98 47,84

0

10

20

30

40

50

60

% m

ass

Contenido amorfo (arcilla calcinada)

NOTA: este ensayo es una modificación de la norma ASTM C109/109M que incluye añadir SP para lograr un flujo para una relación agua/cemento similar a la del cemento Portland

Formulaciones del LC3/LC2 (relación arcilla calcinada: caliza)

Calcined clay/limestone= 2:1




Morteros estandarizados (CP+LC2)

P-35 LC3 50(2:1) LC3 50(1:1) LC3 65(2:1) LC3 65(1:1)

1 d 7,29 12,5 7,84 12,3 7,68

3d 17,6 28,3 10,1 29,7 26,3

7d 28,7 36,3 24,5 39,3 30,1

28d 34,7 41,53 23,39 48,41 46,48

0

10

20

30

40

50

60C

om

pre

ssiv

e s

tre

ngt

h M

Pa

P35 + LC2Initial setting

time (min)Final setting time

(hrs)Normal

Consistency (%)LC3 50 (2:1) (50% LC2) 40 1.33 35LC3 65 (2:1) (35% LC2) 40 2 33

Contenido de arcilla calcinada decrece

Incrementa el contenido de clinquer

Ensayos realizados siguiendo la Norma Cubana NC 96:2011 (equivalente a la EN 197 (agua/cemento=0.5)

K

S

L/LL

L/LL

V/P

K

90

80

70

60

50

S

40

30

20

10

Camino hacia normas que cubran el LC3

M. Schnaider 7th International

VDZ Congress 2013

(**) tests carried out by Lafarge (France)

LC3 50% clínquer

LC3 65% clínquer

ASTM C595

ASTM C595

Pozzolan content: ≤ 40%

Limestone content: ≤ 15%

Minimum clínquer content:

45%

Normativas ASTM vs. EN y usos en hormigón

CEM UGcomercial

LC3-50 GA LC3-50+SPCemento ARNTG 41095

UG NTG 41095

a/c 0,53 0,70 0,53 0,53 0,53

1 DÍA 6,00 5,29 12,51 11,84

3 DÍAS 17,80 11,40 19,96 23,67 12,86

7 DÍAS 25,20 21,30 34,14 19,73

28 DÍAS 35,20 29,52 41,12 27,62

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

Res

iste

nci

a a

com

pre

sió

n M

pa

Morteros estandarizados NTE INEM 488:2009

100% Cem UGcomercial

LC3-50

24h 4,96 3,81

3d 17,81 13,83

7d 26,94 26,57

28d 39,55 45,73

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

Res

iste

nci

a a

com

pre

sió

n (

MP

a)

Hormigón 496 kg cem/m3

Morteros vs. hormigón

» La alta superficie específica de las arcillas calcinadas aumenta la demanda de superplastificante

» Cuando la formulación del SP incluye retardador este aumento puede comprometer la resistencia a 24 horas

» El orden en que se añaden los productos puede también tener influencia

El cemento LC3 es un nuevo producto, y como tal deberá tener su propia estrategia de introducción







Sustitución del 100% del cemento Portland por LC3

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

LC3 concrete P35 concrete

Co

mp

ress

ive

stre

ngt

h M

pa

Concreto con cemento Portland y la adición mineral LC2

15% LC2 30% LC2 45% LC2

15% LC2 30% LC2 45% LC2 Patrón

24 horas 21,2 20 17,2 25,1

3 días 34,7 35,2 32,9 38,4

7 días 46,4 47,9 46,8 48,2

90 dias 68,05 76,8 79,9 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Co

mp

ress

ive

str

en

gth

Mp

a

Concreto con cemento puzolánico y la adición mineral LC2

Molienda separada (LC2)

CLK=66% CLK=60% CLK=48% CLK=57% CLK=47% CLK=37%

Concreto de altas prestaciones

58

» Similar strength to PC for LC3 at 2 days already

» Calcined clay outperforms slag

» 55 MPa reached at 28 days

» Similar strength to PC for LC3 at 7 days: 65 MPa

» 75 MPa reached at 28 days

» PC, PPC10SF: more clinker and high binder content:higher reactivity due to higher heat at 2 days?

Slide Francois Avet, EPFL, 2019

50 MPa 70 MPa

Aplicaciones: viga de puente de 18 m, Cuba

f´cMPa

a/cCPOkg

LC2KG

SPlt

Polvokg

Arenakg

Gravillakg

Agualt

CPO 35 0.40 450 2.25 235 547 882 170

LC3 35 0.40 270 180 5.4 235 547 882 170

1d 7d 28d

Muertos con LC2 (MR) 16,97 39,47 51,40

Muertos con P-35 (MR) 24,20 42,03 48,33

Viga con LC2 Muestra 1 (V1R) 36,77 53,67

Viga con LC2 Muestra 2 (V2R) 37,27 51,00

Viga con P-35 Muestra 2 (V4R) 38,70 47,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

Res

iste

nci

a a

com

pre

sió

nM

pa

Aplicaciones: Fundación en pilote profundo

additionPrice ton

MN CUC Total

Silica Fume 1000 1000

LC2 13.15 61.16 74.31

La adición LC2 podría sustituir al Silica Fume ($US 1000/ton) en aplicaciones donde la durabilidad es crucial. Los ahorros en costo son sustanciales

Pilote producido conLC2. ECOT Cayo Santa María. 2019

CPO + 15%LC2 CPO + 20%LC2

2d 25 24,8

3d 32,1 28,9

7d 41,8 42,3

28 d 55,4 58,95

0

10

20

30

40

50

60

70

Res

iste

nci

a a

com

pre

sió

n M

pa

102,9

136,9

82,5

110,2

79,0

104,6

81,7

105,3

0

50

100

150

200

fc after 7d fc after 28 d

Com

pre

ssiv

estr

ength

[M

Pa]

UHPC 50% LC² CPV I 50% LC²

CPV II 50% LC² CPV III 50% LC²

Concreto de Ultra Altas Prestaciones con LC3

Slide Prof. B. Middendorf, ICSCP 2019, Cuba

Ensayo acelerado de migración de clorurosModified version of the test, from SIMCO

» Lower voltage, run for at least 10 daysCurrent and Voltage monitored daily

» Use in combination with model to estimate diffusion coefficient of ions in cementitious materials

M. Antoni, PhD thesis, EPFL, 2013

Resumen de ensayos de migración

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 200 400 600

Cu

rre

nt

[mA

]

Time [hours]

LC3 50 Sample 1

Sample 2

Model

U=30V

D OH 7.5E-12

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600

Cu

rre

nt

[mA

]

Time [hours]

PC

Sample 1

Sample 2

Model

U=10V

D OH =7.8E-11

Stadium Model shows an improvement of diffusion coefficient by factor 10 between PC and LC3-50

M. Antoni, PhD thesis, EPFL, 2013

Inmersión de morteros de LC3 1 y 2 años

Conventional ponding test (similar to ASTM C1543)

64

Exposure to 3% NaCl

Grinding layers

AgNO3 titration

LC3 mortars with Cuban clays (50% Kaolinite):

• 65 (1:1) performance is similar to OPC

• 65 (2:1) moderately improved

• 50 (2:1) shows the best performance

Slide H. Maraguechi

» La porosidad de pastas de LC3 se analiza usando la Porosimetría por Intrusión de Mercurio (MIP).

» Las pastas con LC3 que tienen solo 50% de Clinker con arcillas que tienen un 50% de caolinita muestran un sistema de poros muy refinado, que permite incrementar resistencia a la difusión de iones corrosivos (cloruros, sulfatos, etc.)

Slide from Francois Avet

Durabilidad: impacto de la estructura de poros de los sistemas LC3

Reducción en el ingreso de cloruros en sitio de exposición

LC3-50 2:1

PC

Resistividad

M-381 LC3 50 M32 PC

2016 18,5 6,1

2017 33,6 9,7

2018 56,52 13,23

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Surf

ace

resi

stiv

ity

(kΩ

)

Low corrosion risk

High corrosion risk

Corrosion

(LC3) (PC)

Carbonatación en alta HR

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

M381-LC3 M25 LC3 M32 PC

Car

bo

nat

ion

de

pth

mm

2015

2016

2017

M381: LC3-50

M32: PC

» High-grade calcined clay

» Worst carbonation resistance for LC3-50 blends

» Similar carbonation depth for PC 1D and LC3-50 3D

Must be taken into account for future protocol

Carbonatación en baja HR

1 day 3 days 28 days

PC

PPC30

LC3-50

EPFL Indoor

Francois Avet, 2016

Expansión alcalina

No hay expansión luego de 3 años

en condiciones aceleradas

Jobe (high reactive) Verzasca (low reactive)

PC LC3-50 PC LC3-50

0.32M 0.32M 0.32M 0.32M

1.6 M Pore Solution

PS

1.6M

• Inmersos en solución a

partir de 28 días

• Almacenados a 38 ºC


Impact of alumina silicate SCMs

» La presencia de aluminio ayuda a reducer la reactividad de áridos reactivos

» El aluminio se adsorbe en los sitios reactivos (tesis de Chappex at EPFL)

Chappex 2012

Dissolution of aggregates

after 1 year in alkaline

solution, no alumina

Dissolution of aggregates

after 1 year in alkaline

solution, with alumina








Análisis ambientalBACKGROUND DATA FOREGROUND DATA

Cuban cement industry

Cuban transport means + rawmaterials distance

New processes for Cuba

CALCULATED DATA

ENERGY (MJ/t cem)

GLOBAL WARMING POTENTIAL

(Kg CO2eq / t cem)

PRODUCTION COST (USD/t cem)

Sofia Sánchez, 2015

Consumo de energía (MJ) por ton de cemento, Cuba

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

OPC PPC LCC (RECOVEREDCALCINER)

LCC (FLASHCALCINER)

MJ

Calcination Thermal Calcination Electricity Grinding Electricity


Emisiones de CO2 según fuentes, Cuba (kgs per ton of cement)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

OPC PPC LCC-calc LCC-flash

Kgs

of

CO

2

Limestone decomposition Fuel burning Electricity consumption


Ave. 35.81%

Ave. 25.73%

LC3 vs. OPC LC3 vs. PPC

Potencial de mejora


Peru 2030 Million tons

BAU scenario total emissions 298,3

NDC scenario total emissions 238,7

Saving to achieve for Peru -59,6

Cement Production m tons 100% 17,9

Savings with LC3 (if 100 % LC3) 5,4

Savings with LC3 if 50 % LC3 2,7

NDC Contribution if 50% (59,6 m tons) 4,5%

8

Potencial del cemento LC3 en la NDC Peru

iNDC Peru: Reduction goal of 20-30%

Diapositiva de Urs. Heierli, 2018

Escenarios productivos evaluados (LC3)

Scenario 1:

- In a cement Plant

- 1 Mio ton LC3

- 300 ktpa of CC

- FC vs. RT

- Clay <10km vs. 200km

- Cash Cost USD 30/t·cem

Scenario 2:

- In a grinding Plant

- 0.4 Mio ton LC3

- 124 ktpa CC

- FC vs. RT



Scenario 3:

- Greenfield grinding unit

- 0.4 Mio ton LC3

- 124 ktpa CC

- FC vs. RT



Costos de producción de arcilla calcinada y LC3

80

Costos totales de producción del LC3

81

Δ 2-7 USD/t benefit - LC3 v. Cem I (Cash Cost USD 30/t·cem)

Δ 10-15 USD/t benefit - LC3 v. Cem I(Cash Cost USD 47/t·cem)

Evaluación financiera preliminar

1,61,1 1,3

1,0

4,4 4,4

3,83,5

1,81,4

6,0 6,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

Scenario 1.1. Scenario 1.2. Scenario 2.1. Scenario 2.2. Scenario 3.1. Scenario 3.2.

Payback period (in years)

clay close to plant clay @ 200 km

63%

87%

75%

98%

17% 17%22% 24%

55%

71%

9% 9%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Scenario 1.1. Scenario 1.2. Scenario 2.1. Scenario 2.2. Scenario 3.1. Scenario 3.2.

IRR (in%)

Series1 Series2








Indentificationof suitable clays

Assessingreactivity of

clay candidates

Definingcalcinationparameters

Formulation of cement

Cementoptimization

Clay deposit 1

Clay deposit 2

Clay deposit 3

R3 protocolBound water

I calo

Lithology

XRF chem. composition

?

Selectedcandidates

?

K content

750 oC

800 oC

850 oC

Std. MortarPPC30

Std mortar LC350

I calo

?

Calcination temp.

LC350 2:1/1:1

LC365 2:1/1:1

Min. addition

Std mortar

rheology

I calo

?

Market products

Early strength

Water demand

sulphation

alkalis

grinding

Protocolo para asistir a compañías en la introducción del LC3

84

12

-18

mo

nth

s

Compañía registrada en Glarus, Suiza, con el objetivo de brindar asesoría técnica (consultoría) a empresas del sector en la introducción del cemento LC3(www.ecosolutions.gl)

http://www.ecosolutions.gl/

Equipamiento para

calcinación, molienda y

caracterización

Centro Regional de Tecnología, Cuba

Estado actual de la aplicación. América Latina

PERUXX compañía realizando

estudios de producto

ECUADORXX compañía. Estudios

completes finalizados. Se espera inversión

COLOMBIAXX compañía trabajando en

evaluación de producto

BOLIVIAXX companía ha

mostrado interés y se ha enviado cotización

GUATEMALAXX compañía ha hecho

prueba industrial y prepara inversion

MEXICOXX compañía con interés

en la tecnología

CUBAXX compañía prepara producción

industrial. Inversion en camino 20 miniplantas

GUYANAXX compañía ha

mostrado interés

ARGENTINAXX companía ha

mostrado interés y se ha enviado cotización

Estado actual de la aplicación. África

IVORY COASTXX compañía. Inversión en camino, inicia 2020

CAMEROONInversión planificada

para 2020

GHANAXX compañía planifica

inversión(2020)

SENEGALXX compañia. Inversión planificada para 2020

SIERRA LEONAXX compañía. Inversión

en planes

Conclusiones finales

» Las arcillas calcinadas como una vía de mejorar el perfil ambiental de la industria del cemento en la región Las Américas (15 millones tpa de MCS, reducir el factor de Clinker a 55%, 8.5 millones de toneladas de CO2 ahorradas)

» La combinación con calizas permite reducciones de contenido de Clinker de hasta un 50% para producir un cemento con propiedades similares a un Portland (tipo I)

» Tecnología y experiencia disponible para introducción masiva de la tecnología en la región

» Exitosas aplicaciones industriales en concreto

» Concretos reportar excepcionales comportamiento en durabilidad, en especial ante ataque de cloruros y en presencia de áridos reactivos

» Costos y esquemas de inversión muy atractivos

» Reducción de más de un 35% de las emisiones de CO2 en la producción

¡Muchas gracias por la atención!

LC3 PROJECT

Fernando Martirena

Project Director. Cuba

+53 5 263 7716

[email protected]

Universidad Central de las Villas

Carretera de Camajuani km 5

Santa Clara, CP 40832

Villa Clara. CUBA

Documents

Desarrollo, fabricación y aplicaciones de los cementos ......Fernando Martirena (Prof. Dr.-Sc.) » Cubano (reside en Cuba) » 1983: Ingeniero Civil, Universidad Central Marta Abreu