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El Cemento
El CementoEl Cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinada y posteriormente molidas, que al agregarle agua, ya sea sola o mezclada con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad.
El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinación a 1,450°C de una mezcla de piedra caliza, arcilla y mineral de hierro.
Cualidades del Cemento
Resistencia
Moldeabilidad
Durabilidad
Composición Química del Cemento
Óxido de cálcio Dióxido de silício Óxido de alumínio Óxido Férrico Silicatos de cálcio Aluminatos de cálcio Ferriatos cálcicos
El Fraguado
Es el proceso de endurecimiento y
perdida de plasticidad del
hormigón.
Fraguado Inicial: Estado en el que la mezcla pierde su
plasticidad.
Fraguado Final: Estado en el cual el endurecimiento ha
ganado progresivamente resistencia de una pasta fraguada.
Aspectos HistóricosEl empleo de morteros para fijar, se remonta a épocas muy antiguas. Los primeros que se emplearon son aquellos cuyo poder adherente resulta de los procesos físicos de desecación y contracción.
Los egipcios edificaron en un principio con barro del Nilo, pero muy pronto empezaron a utilizar morteros artificiales, como el yeso y la cal.
Los romanos emplearon el yeso para enlucidos y moldeados y la cal para las construcciones.
Desde 200 años a. de J.C. se conocía la aplicación de aditivos hidráulicos como ladrillo pulverizado y toba volcánica, esta última se conocía con el nombre de tierra puzolánica, aquel “polvo que, por naturaleza realiza cosas asombrosas”
• En 1756, el ingeniero inglés J.SMEATON (1724-1792, Smeaton encontró que la calidad del cemento se podía medir por la relación con el contenido de arcilla de la piedra.
• J. PARKER, en base a los descubrimientos de Smeaton y utilizando las margas de las orillas del Támesis, obtuvo una cal hidráulica a la que denominó “cemento romano” y que patentó en 1796.
● El escocés Joseph ASPDIN en 1824, presentó una patente para un cemento de fraguado más lento. Lo llamó Portland porque presentaba un cierto parecido con un tipo de roca que se puede encontrar en la región del mismo nombre, al sur de Inglaterra.
● Sin embargo, puede decirse que el verdadero descubridor del cemento portland fue J.C JOHNSON en 1844. embargo, puede decirse que el verdadero descubridor del cemento Portland fue J.C. JOHNSON en 1844.
Tipos y Usos de Cemento
Gracias a la tecnología contemporánea, existen tipos de cemento para múltiples necesidades, cada uno con especificaciones particulares de resistencia o de color, de rapidez de endurecimiento o de calor de hidratación.
Tipos de cemento portland de acuerdo a la norma ASTM
Desde su fundación en 1898, ASTM International (American Society for Testing and Material) es una de las organizaciones internacionales de desarrollo de normas más grandes del mundo.
Las normas de ASTM International se usan en investigaciones y proyectos de desarrollo, sistemas de calidad, comprobación y aceptación de productos y transacciones comerciales por todo el mundo. Son unos de los componentes integrales de las estrategias comerciales competitivas de hoy en día.
¿Qué es ASTM?
CaracterísticasLa norma ASTM C150 aborda los ingredientes que pueden usarse en cada tipo de cemento, así como sus características de rendimiento físicas y químicas.
La firmeza, consistencia y el tiempo de curado de los diversos productos de cemento son abordados, así como el uso de aditivos químicos. Por último, esta norma se ocupa del almacenamiento del cemento, la manipulación y las inspecciones.
En el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos
La norma ASTM especifica:
-8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.
-6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción.
Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto hornoTipo IP.- Cemento Pórtland con adición Puzolanica.Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta resistencia inicial. Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.Tipo S.- Cemento con escoria para la combinación con cemento Portland en la fabricación de concreto y en combinación con cal hidratada en la fabricación del mortero de albañilería. -3 tipos de cemento para mampostería, ASTM C91: N, M, S.
Cemento PortlandEl cemento Portland es un ligante
hidráulico inorgánico, polifásico artificial, que se obtiene a partir de un producto intermedio denominado CLINKER, el cual se produce mediante la cocción, aproximadamente, 1480 ºC, generalmente en hornos rotatorios, de una mezcla en proporciones preestablecidas de carbonato de calcio (CALIZA) y de un aluminosilicatos (ARCILLAS O MARGAS) u otros materiales de una composición global similar y con la reactividad suficiente, previamente molidos y homogeneizados.
Cemento portland tipo
I
Cemento común para usos generales
Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación.
Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.
Cemento portland tipo
II
Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc.
Se utiliza cuando es necesaria la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje.
Cemento portland tipo
III
Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda.
Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, como por ejemplo una obra que tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.
Cemento portland tipo
IV
El cemento Pórtland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo.
El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento.
Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas.
Cemento portland tipo
V
Este tipo se usa en las estructuras expuestas a los sulfatos alcalinos del suelo o del agua, a los sulfatos de las aguas freáticas y para exposición al agua de mar.
CARACTERÍSTICAS DE LOS CEMENTOS PÓRTLAND
Cementos Puzolánicos
Los cementos puzolanicos endurecen más lentamente, en especial en ambientes fríos, y requieren en general más agua de amasado que el Portland normal; pero a largo plazo llegan a superar las resistencias de este. Su ventaja es que es más compacto, lo que aumenta su resistencia química. Estos son utilizados para la construcción de canales, pavimentos, ect.
Los materiales Puzolánicos son sustancias naturales o industriales de composición silícea o silicoaluminosa, o una combinación de ambas. Aunque las cenizas volantes y el humo de sílice tienen propiedades Puzolánicas, estos materiales están contemplados en otros apartados.
● Puzolana natural (P): Las puzolanas naturales son normalmente materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias con composición química y mineralógica adecuadas, conformes con la definición anteriormente.
●Puzolana natural calcinada (Q): Las puzolanas naturales calcinadas son materiales de origen volcánico, arcillas, esquistos o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico.
Materiales Puzolánicos
Escoria granulada de horno alto (S)
La escoria granulada de horno alto es un material hidráulico latente, es decir, que posee propiedades hidráulicas cuando se activa de manera adecuada. La escoria granulada de horno alto esta constituida de CaO, MgO y SiO2. El resto contiene Al2O3 junto con pequeñas cantidades de otros óxidos.
Humo de Sílice (D)El humo de sílice se origina por la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos de arco eléctrico utilizados para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio. Consiste en partículas esféricas muy finas que contienen al menos el 85% en masa dióxido de silicio amorfo.
• Cementos para Pozos Petroleros
• Cementos Plásticos
• Cementos Portland Impermeabilizados
Cementos especiales
Cemento Portland Blanco
El cemento Portland blanco difiere del cemento Portland gris únicamente en el color. El cemento Portland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris.
Materias Primas
CalizaEs un carbonato de calcio (CaCO3), siendo las formas más puras de la caliza el espato calizo (Calcita).
Contiene alrededor del 85-98% de CaCO3 e impurezas de arcilla y sílice.
Color generalmente gris y su peso especifico varia entre 2,6 a 2,8.
ArcillaEstá constituida por agregados de silicato de aluminio hidratado, procedente de la descomposición de minerales de aluminio.
Se utiliza para corregir SIO2 y AL2O3. Otros correctores como la Bauxita, Caolín.
ClinkerEs el producto constituido principalmente por silicatos cálcicos.
Se obtiene por calentamiento de una mezcla homogénea finamente molida, en proporciones adecuadas, formada principalmente por óxido de calcio (CaO) y silicio (SiO2) y, en menores cantidades, por óxido de aluminio (Al2O3) y fierro (Fe2O3), hasta una temperatura que no podrá ser inferior a la temperatura de fusión incipiente (entre 1.400 y 1.500 C).
Mineral de Hierro
Mineral arcilloso que contienen agregados de óxido de hierro (45 -70% Fe2O3). Se utiliza como material corrector.
Carbón
Sustancia fósil, dura, bituminosa y térrea, de color oscuro o casi negro, que resulta de la descomposición lenta de la materia leñosa.
MargaRocas sedimentarias de origen mixto, se forman por la descomposición simultánea de carbonatos de calcio y material arcilloso y su composición puede variar desde rica en arcilla a rica en caliza. La dureza de la marga es un poco menor que la de la caliza, puede ser amarilla, verdosa. Es una excelente, materia prima, ya que contiene calza y arcilla en estado homogeneizado .
YesoEs un agente que retrasa el fraguado del cemento y contribuye con eso a que el producto final quede mejor fraguado.
El yeso es conveniente también para la eliminación de la cal libre, esta se elimina con el agua de cristalización del yeso. La proporción de yeso varía, dependiendo del tipo de cemento que se desee producir .
Composición del Clinker
Se deduce que los componentes mayoritarios del Clínker son:
Silicato tricálcico, C3S, (ALITA), en general 50-70% del total. Silicato dicálcico, C3S, (BELITA), 15-30% del total. Aluminato tricálcico, C3A, 5–10% del total. Ferroaluminato tetracálcico, C4A.F, 5-15% del total.
Silicato tricálcico –SC3Es el compuesto activo por excelencia del clínker, porque desarrolla una resistencia inicial elevada, siendo su calor de hidratación igualmente elevado (≅≅120 cal/g).
Aluminato tricálcico –AC3Suministra al cemento un calor de hidratación muy grande(≅≅207cal/g), elevadísima velocidad de fraguado y gran retracción, por lo que es el compuesto que gobierna las resistencias a corto plazo.
Silicato bicálcico –SC2Es el componente que le da al cemento su resistencia a largo plazo, al ser lento su fraguado y muy lento su endurecimiento. Su calor de hidratación es el más bajo de los cuatro (≅≅60 cal/g) y su estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico.
Ferrito-aluminato tetracálcico –FAC4
No participa prácticamente en las resistencias mecánicas y su presencia se debe a la necesidad de utilizar fundentes que contienen hierro en la fabricación del clínker. Tiene un calor de hidratación pequeño (≅≅100 cal/g) y gran velocidad de fraguado.
Control de Calidad del Cemento
El control de calidad de los cementos se puede definir como el conjunto de métodos, técnicas y procedimientos que permiten garantizar que el producto final cumple los objetivos de calidad, regularidad, seguridad y economía, tanto para el fabricante como para el usuario.
Se Clasifica:Control interno directo: consiste en una planificación del control en cada fase del proceso, que incluye: las pruebas que se deben ejecutar, lugar y frecuencia del muestreo, además de los métodos para la preparación de la muestra y la realización del ensayo.
Control interno indirecto: consiste en un sistema de conducción a distancia, mediante el cual se controla las materias primas y los constituyentes del cemento de manera indirecta a través de variables que indican el funcionamiento correcto de las maquinarias y equipos.
Qué hay que tener en cuenta
a la hora de elegir Cemento.
1-En primera instancia se puede optar por un cemento de uso general o de acuerdo la obra.
2-Es importante seleccionar aquél que cumpla con las especificaciones que la edificación requiera, tales como:
a. Resistencias iniciales.
b. Resistencias a sulfatos o al agua de mar.
c. Tiempo de fraguado determinado.
d. Color que se le quiera dar a la obra y a sus acabados.
Proceso general de la Fabricación del Cemento
Extracción en la cantera.
Se extrae de la cantera la piedra caliza, principal materia prima para la elaboración del cemento también se emplea arcilla.Estas piedras de gran tamaño son transportadas por camiones de gran porte a la planta de trituración.
Trituración de materias primas
Las materias primas se trituran para reducir su tamaño y facilitar el transporte.
: Pre homogeneizaciónMediante este tratamiento se logra obtener materias primas homogéneas en su estado granular y composición química.
Molienda de crudoLa caliza y arcilla se muele juntos con otros componentes minoritarios para formar un polvo llamado harina cruda, La molienda de las materias primas tiene por objeto reducirlas de tamaño, a un estado pulverulento, para que puedan reaccionar químicamente durante la clinkerización. Los sistemas de muestreo neumáticos y los posteriores análisis con equipos de alta tecnología permiten mantener las especificaciones de calidad bajo control.La molienda de las materia primas se realiza por medio de un molino vertical de acero, que muele el material mediante la presión que ejercen tres rodillos cónicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda. Se utilizan también para esta fase molinos horizontales, en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero.
acopio en silos de crudos
La harina cruda obtenida se lleva a los silos donde es homogeneizada y posteriormente transportada al horno.La homogeneización consiste en mezclar los distintos materiales, a tal punto que en cualquier porción de la mezcla que se tome deben estar presentes los componentes en las proporciones previstas.Los sistemas de muestreo neumáticos y los análisis con equipos de alta tecnología permiten mantener las especificaciones de calidad bajo control.
Precalcinación de la harina cruda
La harina cruda ya homogeneizada ingresa por la parte superior de la torre de intercambio de calor y desciende por la misma iniciándose los procesos de deshidratación y descarbanatacion.El material baja en contracorriente con gases calientes del horno, produciéndose la primera transformación llamada precalcinación.Clinkerizacion
El material precalcinado ingresa al horno rotatorio donde la temperatura aumenta hasta los 1450 °C.Allí se producen las reacciones químicas mas importantes en el crudo y en la formación de Clinker material básico para el cemento.De manera de minimizar los impacto ambientales se utilizan diversas tecnologías. Los filtros de manga y los electrofiltros son ejemplo de ello.
Enfriamiento del Clinker
El Clinker que sale del horno es enfriado rápidamente con el aire frio para bajar su temperatura a 100 °C asegurando el estado vítreo. Acopio del Clinker
El Clinker frio se almacena en un lugar adecuado llamado parque de Clinker para su posterior uso.
Molienda del Cemento
Del parque del Clinker se obtiene este material y es llevado a los silos que alimentan los molinos de cemento.Al molino de cemento llega el Clinker, el yeso y el componente mineral adecuado al tipo de cemento a producir.
Ensilado y despacho a granel
El producto obtenido de esta molienda conjunta es cemento.El cemento es producido bajos estrictos controles de calidad y se envían a los silos correspondientes.
Diferentes tipos de procesos para la obtención de la vía húmeda
Proceso Vía Húmeda La alimentación al horno se produce en forma de una pasta con un grado de humedad comprendido entre el 30 y el 40%. El horno necesita una zona adicional para efectuar la deshidratación, lo que hace que sean excesivamente largos para una producción dada. Asimismo, se requiere una adición extra de calor para evaporar el agua.
Algunas de sus ventajas son: La alimentación al horno se dosifica de manera más uniforme que en los procesos de vía seca. Las pérdidas de polvo son normalmente pequeñas. Los gases abandonan el horno a temperaturas relativamente bajas. No es necesario el consumo adicional de calor en la molienda del crudo. No presentan problemas con crudos que tienen un alto porcentaje de álcalis.
Proceso Vía Semiseca
La materia se peletiza en pequeños nódulos con una adición de agua del 10 al 15%.
Como ventajas presenta las siguientes:
Los nódulos se descarbonatan parcialmente en la parrilla, por lo que no es necesario acudir a hornos largos para una producción dada. Se obtiene un Clinker de granulometría muy uniforme lo que exige un control riguroso del tamaño de los nódulos. Admite materias primas con alto contenido en álcalis. La estabilidad de marcha es buena.
Sus inconvenientes radican en su alto costo de mantenimiento y su consumo energético relativamente elevado ya que requiere una adición de calor para secar
Proceso Vía Seca
La humedad de la alimentación a la llegada al horno o al sistema de precalentamiento es inferior al 1%.
En el proceso vía seca el crudo a su salida de la homogenización pasa a los sistemas de alimentación y de éste a un precalentador constituido al menos por una etapa de ciclones. En algunos hornos largos los ciclones, desempeñan casi exclusivamente una misión de desempolvamiento. Los gases de escape del horno se utilizan normalmente para el secado del crudo.
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En la vía seca los sistemas de calentamiento son muy variados:
Precalentador de cadenas, similar al de los procesos vía húmeda y utilizado en hornos largos. Precalentador de ciclones de dos etapas. Las dos etapas pueden ser dobles. Precalentador de ciclones de cuatro etapas.
Los inconvenientes principales de este, sistema radican en tener que trabajar con crudos de bajo contenido en álcalis o bien eliminar éstos del circuito y la producción de excesivo volumen de polvos en el horno.
Proceso Vía Semihumeda El contenido de humedad de la pasta puede llegar a ser de un 20%. La pasta es filtrada y a continuación es granulada por extrusión. Antes de alimentar el horno, se seca en una parrilla. Las ventajas más importantes que presenta este sistema son:
No hay problemas con los crudos que tienen un alto porcentaje en álcalis. No necesita calor en la molienda del crudo. Los gases abandonan la parrilla a baja temperatura. Buena dosificación en la alimentación al horno.
Ventajas y Desventajas de los diferentes procesos
