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Quimica
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El siguiente informe ha sido ideado con el objetivo de adquirir un conocimiento más completo y útil
acerca de la Composición Química del Cemento.
Este texto está basado en los conocimientos de autores que constituyen una gama de científicos e
ingenieros reconocidos expertos en solucionar problemas, tratando de aclarar y fijar las ideas
básicas sobre la Química del Cemento.
En el presente trabajo grupal hemos pretendido dar a conocer todo sobre los procesos de
obtención y fabricación de los diferentes tipos de cementos así como su importancia en el
desarrollo de la civilización tratando de hacerlo lo más didáctico posible para un buen
entendimiento del tema.
1. DEFINICIÓN:
El cemento es un producto artificial, que se obtiene de la transformación de una materia prima, que
puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de
calizas. Esta materia prima finamente molida y homogenizada, es llevada a altas temperaturas, a
través de un horno (rotativo o vertical), de donde se obtiene un producto intermedio denominado
clinker, del cual, al molerse finamente con alrededor de 5 % en peso de yeso dihidrato, se obtiene
el cemento.
El clinker de cemento puede definirse como el producto granulado obtenido por tratamiento térmico
hasta reblandecimiento o fusión parcial y sinterización de mezclas adecuadas de calizas y arcillas
y, eventualmente, de arenas y minerales de hierro. El clinker es la conversión a elevadas
temperaturas de mezclas de minerales naturales en una nueva escala de minerales con
propiedades hidráulicas obtenidas generalmente entre 1250 y 1450 ° C de temperatura.
El vocablo “cemento”, proviene del termino “OpusCaementitium” que utilizaron los romanos para
identificar una mezcla, denominada “Concreto Romano”, que obtenían usando agregados gruesos,
cal, polvo de arcilla y pusolana, la cual endurecía aun bajo el agua. Hoy, después de 2000 años de
se comprueba que ya en tan remotas épocas, los romanos eran dueños de un aglomerante
hidráulico de excelente calidad, que nos ha dejado como muestra los fabulosos monumentos
arquitectónicos aun existentes.
2. CARACTERÍSTICAS GENERALES:
El cemento, a diferencia de otros aglomerantes, es un aglomerante hidráulico porque posee la
propiedad de endurecer en el aire y bajo el agua, debido a las reacciones químicas que se
producen entre el agua y los silicatos y aluminatos de calcio, presentes en el cemento.
Los elementos minerales principales que debe contener la materia prima son: El oxido de Calcio
( CaO ), el Bióxido de Silicio ( SiO2), el Oxido de Aluminio ( Al203 ), y el Oxido de Fiero ( Fe 2003 ),
los cuales tienen que estar relacionados entre si en proporciones pre – establecidas, con el objeto
de dar determinadas características al clinker que de ellos se obtiene.
Estos elementos pueden provenir de diferentes minerales, como por ejemplo: la Caliza aporta el
CaO, la Arcilla aporta SiO2 y el Al203, la pirita o hematita aporta el Fe203, etc; teniendo que
proceder a mezclarlos previamente, o de una caliza que contenga todos los elementos en las
debidas proporciones, como es el caso muy especial de la materia prima de la fabrica de
Cementos Lima S. A. Ubicada en Atocongo.
Como se ha indicado anteriormente, la materia prima pasa por el horno en donde, al elevarse su
temperatura a 1450 ° C, se recombinan los cuatros elementos antes indicados: Oxido de Calcio,
Bióxido de Silicio, Oxido de Aluminio y Oxido de Fierro, produciéndose el Clinker.
Si el clinker fuera molido finamente para ser utilizado como cemento, en el momento de su mezcla
con el agua fraguaría casi de inmediato, no permitiendo de ésta manera, tanto su manipuleo como
su instalación, Por ésta razón, en el momento de la molienda del Clinker, se le adiciona a éste,
yeso dihidrato, con el objeto de retardar el tiempo de fraguado.
El cemento al mezclarlo con el agua presenta un tiempo de fraguado inicial y un tiempo de
fraguado final, acompañado de generación de calor, denominado “calor de hidratación” y un
aumento de volumen.
El cemento se hidrata rápidamente cuando se encuentra en contacto con el medio ambiente, por lo
que es preciso, tratar de protegerlo de la humedad o usarlo lo mas rápidamente posible.
El cemento presenta un grado de finura tal, que mientras más fino sean sus granos, más
rápidamente se obtienen elevadas resistencias mecánicas, pero existe el peligro permanente de
producirse contracciones por secado.
3. FABRICACIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND
La fabricación de cemento Pórtland, comprende las siguientes etapas:
3.1. EXTRACCIÓN DE LA CALIZA EN LA CANTERA:
3.1.1. Perforación y Voladura
La primera operación es la perforación de los taladros en los bancos de
trabajo de hasta 15 metros de profundidad. Luego se cargan con explosivos,
con el denominado Anfo, y se procede a la voladura secuencial para lograr una
mayor eficiencia.
En la cantera de Atocongo de Cementos Lima S. A. Se extraen diariamente
12 000 toneladas de roca, de las cuales 8 000 son de caliza apta para el
proceso y 4 000 de material estéril que cubre parte del yacimiento.
3.1.2. Carguío y Acarreo
Después de realizada la voladura, siguen las operaciones de carguío y
acarreo utilizando cargadores frontales de 7,6 m3 y camiones de 50 toneladas.
Tractores de oruga del Tipo D10N complementan éstas labores.
3.2. REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LA CALIZA Y SU HOMOGENEIZACION:
Para obtener el clinker, que es el material intermedio entre la caliza y el
cemento, es preciso reducir el tamaño de la caliza, extraída de la cantera, hasta
polvo fino denominado crudo, uniformizar su calidad y pasarlo a través del horno.
Para lograrlo esto, la caliza pasa sucesivamente por la chancadora Primaria,
Chancadora Secundaria y zarandas, Pre - homogeneización, molidos de crudos y
silo de homogeneización.
3.2.1. CHANCADORA PRIMARIA:
La caliza extraída de la cantera es llevada a la chancadora primaria, que es
del tipo denominado “cono”, que la tritura por presión reduciendo su tamaño de
1.5 metros hasta un mínimo de 40 Cm, depositándola en una cancha de
Almacenamiento que tiene capacidad de 200 000 toneladas. Su capacidad de
producción es de 1 500 toneladas por hora.
3.2.2. CHANCADORA SECUNDARIA Y ZARANDAS
De la cancha de la chancadora primaria, la caliza se transporta a la
chancadora secundaria, dosificada según ley, en donde se reduce su tamaño
de 40 Cm. A un mínimo de 18 mm. La capacidad de ésta unidad es de 600
toneladas por hora.
Las zarandas que existen en éste circuito, se encargan de separar la caliza
menor de 18 mm. Para enviarla a la cancha de Pre - homogeneización y los
tamaños más gruesos regresan a la chancadora para terminar su proceso.
3.2.3. PREHOMOGENEIZACION
La cancha de pre - homogeneización es del tipo “circular” de 108 m. De
diámetro y tiene una capacidad de 110 00 toneladas. Su funcionamiento es
automático. La caliza se deposita en capas sucesivas horizontales por medio
de una faja telescópica apiladora que recorre un ángulo prefijado.
Una vez conseguida la altura necesaria de una ruma de se pasa a preparar
otra. Mientras tanto la ruma anterior es recuperada en forma perpendicular a su
apilamiento, originándose un efecto de mezcla uniforme. De allí la caliza se
traslada, mediante fajas, a los silos de alimentación del Molino de Crudo.
3.2.4. MOLIENDA Y HOMOGENEIZACION
En el Molino de Crudo se realiza la última reducción de tamaño de la
caliza, 18 mm. A un estado polvoriento. El Molino de Crudo es un tubo de
4.4m. de diámetro por 15.75m. de largo, gira a razón de 15 rpm. Y en su
interior se encuentra 300 toneladas de bolsas de acero de diferentes tamaños.
La caliza se pulveriza por el impacto de estas bolas. La capacidad de
producción de este molino es de 350 a 400 toneladas por hora. El polvo
producido se denomina “crudo” y es conducido por medio de fajas
transportadoras al silo de homogeneización, donde se afina su calidad con el
objeto de que al alimentarse al horno sea lo mas uniforme posible.
3.3. OBTENCIÓN DEL CLINKER
3.3.1. PRE – CALENTADOR
Consta de cuatro etapas de ciclones que se encuentran ubicad os
uno encima del otro, en un edificio de 70 m de alto. El crudo
homogeneizado se alimenta por el extremo superior de este pre –
calentador, pasando a través de los ciclones en donde se calienta por
acción de los gases generados en el quemador del horno.
3.3.2. HORNO
El crudo se comienza a descarbonatar en el precalentador e ingresa al
horno en donde por efecto del calor generado por acción del petróleo N° 6 o
del carbón, en un quemador situado en el extremo de la salida, sufre
transformaciones físicas y químicas, llegando a “clinkerizarse” a temperaturas
del orden de los 1 400 a 1 500 °C, obteniéndose el producto intermedio
denominado 2clinker”.
El material avanza por el interior del horno, que es un tubo de 5.2m. de
diámetro por 85 m. De largo y que gira hasta 3 rpm.; tiene una capacidad de
producción de 5 000 toneladas por día.
3.3.3. ENFRIADOR
El clinker descargado por el horno, pasa a la tercera parte del circuito de
clinkerizacion, que es el enfriador. Este consta de varias superficies
escalonadas compuestas por palcas fijas y móviles alternadas, con unos
pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte inferior,
por la acción de 9 ventiladores con le objeto de enfriar el clinker hasta
alrededor de los 100 °C. En la parte final de esta unidad se encuentra una
trituradora de rodillos, accionada por motores hidráulicos.
3.4. MOLIENDA DEL CEMENTO
El clinker , se transporta a una Cancha de Almacenamiento en donde termina su
proceso de enfriamiento para ser posteriormente alimentado a los molinos de
Cemento, conjuntamente con el yeso dihidrato.
En esta etapa se obtiene finalmente el Cemento, mediante 2 molinos de bolas de
4,4 m., de diámetro por 14,4 m., de largo en cuyo interior, revestido de blindajes de
acero, se encuentran 300 toneladas de bolas de acero de diferentes tamaños. La
capacidad de cada una de estas unidades es de alrededor de 120 toneladas por
hora.
Los molinos, para mejorar la uniformidad del cemento, trabajan en circuitos
cerrados con barrido de aire y están provistos de dos separadores centrifugados
cada uno, que permiten clasificar las partículas, que salen del molino en dos
grupos:
a. Las que por su menor tamaño son arrastradas por la corriente de aire y que
constituyen el producto final, y
b. Las más gruesas que caen por gravedad y son regresadas al molino para
terminar su proceso de molienda.
Los separadores están provistos de un sistema de regulación que permite
ajustar los parámetros que se deseen.
De esta manera, se puede ofrecer un cemento con una calidad uniforme y
controlada.
Finalmente, el cemento es trasladado a los silos del envase, por medio de una
faja transportadora y/o un sistema de bomba neumática.
3.5. ENVASE Y DESPACHO DEL CEMENTO
El cemento extraído de los silos, se despacha tanto en bolas de papel como a
granel. Para el despacho en bolsas se utilizan maquinas rotativas automática que
tienen una capacidad de envasado de 1 800 bolsas por hora. El operador, solo se
limita a colocar las bolsas en los pitones de una tolva rotativa, que gira
continuamente, y que las llena con el peso de 42,5 Kg, descargándolas sobre una
faja transportadora.
Las bolsas se transportan a las plataformas de los camiones por un sistema de
fajas. Los cargadores se limitan a cogerlas y acomodarlas. Además, las bolsas
pueden ser colocadas sobre parihuelas, que son preparadas durante la noche,
para acelerar la entrega en las horas de la mañana y mejorar la atención a los
clientes.
En el despacho a granel se utilizan camiones especiales de 30 toneladas o más,
que se cargan en 10 minutos. Dos balanzas de plataformas para camiones, con
controles electrónicos, controlan el peso de cada camión que se despacha.
El control de calidad, se encuentra presente en todas las etapas del proceso. La
fabrica de Cementos Lima S. A. Para realizar dicho control de calidad, cuentan con
modernos equipos, como es el caso del Medidor de Fluore4cencia de Rayos X del
tipo multicanal asociado a una computadora, que permite un preciso y rápido
análisis de las muestras que son tomadas en los diferentes puntos del proceso,
desde la cantera hasta el envase.
En los laboratorios de Ensayo físicos y químicos, se realizan las diferentes pruebas
dispuestas por las Normas Nacionales ITINTEC o Internacionales A. S. T. M. Que
rigen por la Industria del Cemento.
4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER Y CEMENTO PÓRTLAND
Las materias primas que se usan para la fabricación del clinker, aportan con 4 óxidos
fundamentales: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y CaO, mientras que el MgO, Na2O, y K2O, pueden
considerarse como accidentales debido a su pequeño porcentaje.
Por consiguiente, la composición química del clinker se presenta por medio del sistema
cuaternario:
CaO – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3
Estos óxidos vamos a describirlos brevemente de la siguiente manera:
4.1. OXIDO DE CALCIO: Se ha descrito al estudiar la cal.
4.2. BIÓXIDO DE SILICIO: Se encuentra en abundancia en la naturaleza, formando parte
de los silicatos, en las variedades cristalizadas cuarzo ß, tridimita r, cristobalita ß y en
forma vitrea en la silicie fundida.
La sílice pura o cuarzo ß, establece a la temperatura ordinaria, se transforma a 573 °C
en cuarzo α, cristalizando en prismas hexagonales ( densidad: 2,65 y dureza: 2,7 ); a
870 °C se obtiene la tridimita α, de las que existen la variedad α, β y r ( densidad:
2,28 ) y a 1 470 °C se forma la cristobalita α ( densidad: 2,33 ), se funde a 1 710 °C
( densidad: 2,20 ) , ocupando este cuarzo vitreo un volumen mayor que el cuarzo β.
Para que el cuarzo se transforme en tridimita y cristobalita hay que calentar muy
despacio, pues ordinariamente a los 1 600 °C. Forma una masa vitrea pastosa que no
cristaliza al enfriarse.
Aunque la Sílice sea químicamente inerte a la temperatura ordinaria, reacciona
enérgicamente con las bases, a temperaturas elevadas, formando los silicatos.
El bióxido de silicio, a pesar de no unirse directamente con el agua se le considera
como anhídrido, formando gases del ácido silícico que, aunque no se hayan aislado, se
les puede considerar como hidratos SiO2 , H2O ó SiO3H2 ( ácido metasilícico ), y el
SiO2, 2H2O ó SiO4H4 ( ácido ortosilícico ), aun con mas moléculas de agua y bióxido de
silicio se forman compuestos muy complejos.
4.3. OXIDO E ALUMINIO: Llamado también alumina, se encuentra en la naturaleza en
forma de corindon incoloro, se funde a 2 505 °C, cristalizando en numerosas formas
por enfriamiento. Tiene una densidad de 4 y un a dureza de 9 en la escala de Mohs.
La alumina se halla combinada en la arcilla ( 2SiO2Al2O3. 2H2O ) y la eliminación de la
sílice da origen a la formación de dos óxidos hidratados, el diásporo ( Al2O3. H2O ), y la
hidrargirita ó gibsita ( Al2O3. 3H2O ), siendo la bauxita una mezcla de ambas en
diferente proporción.
La alumina obtenida por precipitación forma con el agua, un gel cristalizando con el
tiempo en forma de hidrargirita.
La alumina no se forma al fraguar el cemento Pórtland, pero sí en el del cemento
Aluminoso.
4.4. OXIDO FERRICO: Es muy abundante en la naturaleza, constituyendo el mineral de
hierro llamado oligisto y hematites roja.
En el cemento Pórtland se encuentra en dosis pequeñas, pues provienen de las
impurezas de las arcillas, pero en los cementos aluminosos alcanzan proporciones
importantes procediendo de la bauxita. Este oxido da el color al cemento. Se parece a
la alumina, cambiándose principalmente con la cal. Existen dos óxidos férricos
hidratados amorfos, uno de color amarillo y el otro rojizo de formula: Fe(OH)3 , H2O.
Estos óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro se combinan, formando un compuesto
de tres o más elementos; pero para facilitar su estudio se les considera formados por
dos, y como casi todos se hallan combinados con el oxigeno, consideraremos a los
compuestos mas complicados como formados por la agrupación de los óxidos, como
se hace en mineralogía al estudiar los silicatos, y en otros casos, como sales del
hipotético ácido silico o alumino silicico. Así, el ortosilicato calcio se le puede
considerar formado por la combinación de los dos óxidos: 2CaO, SiO2, o bien SiO4Ca2,
como si fuera la sal calcica del ácido ortosilicico SiO4H4, que representa bien su
composición, pero no su estructura, pues se ha comprobado, al estudiar con rayos x,
que la estructura de las moléculas de los silicatos están formados por complejos de
silicio-oxigeno, en los que el silicio forma cadenas con dos átomos de oxigeno. Por otro
lado, las combinaciones del silicio-oxigeno solo existen en un estado sólido y no dan
iones libres, por lo que a los compuestos de los silicatos no se los puede considerar
ionizados en el agua.
4.5. SILICATOS DE CALCIO: El oxido de calcio y el bióxido de silicio reaccionan a elevada
temperatura, formando los siguientes compuestos:
Silicato monocálcico: ( SiO2 CaO ) o metasilicato, existen dos variedades, la α y la
β, que forman el mineral llamado Wollostonita, siendo estable hasta 1 150 °C,
transformándose en la variedad α, que se funde a 1 512 °C. Cristaliza en el
sistema monoclínico, es inerte hidráulicamente, el agua no le ataca mas que al
cabo de varios años. No se halla en el clinker del cemento Pórtland.
Silicato sesquicálcico: ( SiO2 3CaO ) Se disocia a 1 745 °C en silicato bicálcico y
liquido, no encontrándose en el clinker de cemento Pórtland, pulverizándose en
parte cuando se enfría lentamente.
Silicato Bicálcico: ( SiO2 2CaO ) u ortosilicato, hay tresformas alotropicas: la α,
estable por encima de 1 410 °C, se funde a 2 130 °C y por enfriamiento se
transforma en la forma β, a 1 420 °C; y la forma r va acompañada de un aumento
de volumen del 10%, reduciéndose a polvo espontáneamente al enfriarse a la
temperatura ordinaria, apreciándose en las escorias de altos hornos y en los
cementos de Pórtland ricos en este compuesto.
Silicato Tricálcico: ( SiO2 3CaO ) Es el principal constituyente del cemento
Pórtland. Se obtiene por sinterización calentado una mezcla de carbonato cálcico y
sílice a 1 400 °C. Tiene un peso especifico de 3,15, atribuyéndole las resistencias
iniciales del cemento Pórtland.
Silicato Pentacálcico: ( SiO2 5CaO ) Se pulveriza espontáneamente por
enfriamiento lento como el silicato bicálcico y las escorias. Si se enfría
bruscamente y se mule es hidráulico, formándose hidrato de calcio y una masa
gelatinosa o coloidal que da origen a los esferalitos, que se aprecian claramente
con el microscopio electrónico.
4.6. ALUMINATOS DE CALCIO: Se forman cuatro compuestos bien definido, los cuales
son los siguientes:
- Aluminato monocálcico ( Al2O3 CaO ) Se obtiene calentado alumina y
carbonato cálcico por encima de 950 °C, se funde a 1 600 °C y se
cristaliza en el sistema monoclínico. Tiene una densidad de 2,98, tiene
propiedades hidráulicas, siendo el principal constituyéndose de los
cementos aluminosos.
- Aluminato tricálcico: ( Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 535 °C, presentado
propiedades hidráulicas menores que el anterior, hallándose en el cemento
Pórtland; se cristaliza en el sistema cubico. En estado puro se hidrata y
fragua rápidamente y contribuye al falso fraguado de los cementos.
- Trialuminato Pentacálcico: ( 3Al2O3 5CaO ) Existen en dos formas
alotropicas. Se funde a 1 455 °C, encontrándose a veces en los cementos
Pórtland y aluminosos; presenta fraguado rápido y menores resistencias
que el aluminato monocálcico.
- Pentaluminato Tricálcico: ( 5Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 720 °C,
hallándose a veces en el cemento aluminosos.
4.7. FERRITOS CALCICOS: El oxido de calcio y el oxido de hierro reaccionana a gran
temperatura para dar el ferrito monocálcico: Fe2O3 CaO y el ferrito bicálcico: Fe2O3
2CaO. Se funde a 1 216 °C, no teniendo propiedades hidráulicas, hallándose en los
cementos aluminosos y metalúrgicos.
4.8. DISEÑO DE MEZCLA CRUDA PARA LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO: Definición
de criterios para los cálculos de mezcla: Cualquier tipo de cemento tiene que estar en
conformidad con las normas de calidad individuales de cada cemento de un país
determinado. Las normas ( especificaciones estándar ), incluyen normalmente la
especificaciones químicas para el cemento. Conjuntamente con los requerimientos
físicos y los requerimientos en cuanto a resistencias garantizan su potencial de calidad
conveniente para el tipo correspondiente de cemento.
En cuanto a las materias primas, solo son importantes los requerimientos químicos:
- Especificaciones químicas del producto.
- Calidad del clinker y cemento.
- Composición de la mezcla cruda.
- Componentes de la materia prima.
Es decir, las especificaciones del producto determinan la calidad del clinker y del cemento,
la misma, que a su vez determinan la composición química del crudo y, finalmente la
selección de los componentes de la materia prima.
La secuencia puede ser invertida. Una configuración de materia prima, con escasa libertad
en cuanto a la dosificación de la mezcla cruda, puede darle al producto la posibilidad de
producir solamente un único tipo de clinker.
La dosificación de las mezclas crudas para la fabricación para la fabricación de un cemento
ordinario se basa en la mayoría de los casos, en los siguientes criterios específicos:
4.8.1. El contenido de MgO: 5% (máximo).
4.8.2. Estándar de cal o factores de saturación de cal: SC
El valor limite aproximado es:
100 CaO
SC = ---------------------------------------------------- = 88 - 97
2.8 SiO2 + 1.18 Al2O3 + 0.65 Fe2O3
El estándar de cal mide el grado de formación de los compuestos cálcicos. Su
variación normal, oscila entre 88 – 97, siendo el limite superior el valor que da lugar
a una mayor cantidad de silicato tricálcico ( C3S ), en comparación con análogos
contenidos en Al2O3 y Fe2 O3 y es, por tanto el mas favorable para las resistencias.
4.8.3. Modulo Hidráulico. MH
El valor limite aproximado es:
% CaO
MH = ----------------------------------------------- = 1.8 – 2.2
% SiO2 + % Fe2O3 + % Al2O3
El valor óptimo del modulo Hidráulico, para obtener altas resistencias, es el
comprendido entre 1.8 y 2.2.
Cuando este valor es inferior a 1.8, el aglomerante tiene resistencias muy bajas y
cuando el valor es superior a 2.2, el aglomerante, una vez puesto en obra, sufre al
cabo de pocos días o semanas un fenómeno de agrietamiento por expansión,
formando grietas centrífugas.
4.8.4. Modulo de Silicatos: MS
El valor limite aproximado es:
% SiO2
MH = ------------------------------------------= 1.8 – 3.5
% Al2O3 + % Fe2O3
Cuanto mas elevado sea el modulo de silicatos, dentro de su variación normal de
1.8 a 3.5, mayor contenido total de silicatos tricálcico ( C3S ) y silicato bicálcico ( C2S ) se tendrá en
el clinker o cemento, así como un mayor potencial de resistencia a cualquier plazo.
4.8.5. Modulo de Fundentes: MF
El valor limite aproximado es:
% Al2O2
MH = ------------------------------ = 1.5 – 2.5
% Fe2O3
El modulo de fundentes, es un valor que no afecta a las resistencias a largo plazo,
sino tan solo a las resistencias iniciales cuando es elevado. Influye sobre la mayor o menor
facilidad de clinkerizacion por su acción sobre la viscosidad de la fase liquida a lata temperatura. Al
disminuir su valor, como se consigue normalmente por una adición al crudo de 1% a 2% de Fe2O3,
disminuye la temperatura de combinabilidad del clinker; en igualdad de composición deja más CaO
disponible aumentando el contenido de silicatos y disminuyendo el contenido de aluminato
tricálcico ( C3A ). Este es la base para la elaboración de cementos especiales resistentes a la
acción agresiva de los sulfatos, limitando el contenido de C3A, entre 3% y 5%.
Cuando el M.F., es iguala 0.64, todo el oxido de aluminio forma el ferroaluminato tetracálcico
( C4AF ), en cuyo caso no cristaliza prácticamente el C3A. Este tipo de clinker, constituye el
fundamento de los cementos resistentes a los sulfatos.
4.9. SECUENCIA BASICA DE LAS REACCIONES
El siguiente cuadro muestra la secuencia general de los eventos que ocurren dentro
del horno de calentamiento y enfriamiento en la formación del clinker.
Crudo Reactantes + Alita + Belita + Clinker( 20 °C ) Productos Caldo ( 1450 °C ) Enfriado
intermedios ( 450 – 1300 °C )
La secuencia principal de los eventos ocurrentes y rango de temperatura en el
cual tiene lugar, está representada con más detalle en el siguiente cuadro:
RANGO DE TEMPERATURA
( ° C )
TIPO
DE
REACCIÓN
CALENTAMIENTO
20 - 100 Evaporación del agua libre
100 - 300 Pérdida de agua absorbida
400
Pérdida de agua de cristalización de la arcilla y desdoblamiento en
óxidos libres.
500 Cambios de estructuras en los minerales de sílice.
800 - 900 Descarbonatación de la caliza.
900
Formación de C2S, productos intermedios, aluminatos
y ferroaluminatos
1250 Formación de C2S
1280 Formación de fase liquida ( caldo de aluminato y
ferrita )
1450 Recristalización de C3S y C2S
ENFRIAMIENTO
1300 - 1240 Recristalización de la fase liquida en aluminato y ferrita
principalmente.
4.10. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PÓRTLAND
COMPONENTES
PRINCIPALES
COMPONENTES
SECUNDARIOS
OTROS COMPONENTES
POSIBLES
CaO MgO Mn2O3
SiO2 SO3 P2O5
Al2O3 K2O y Na2O ( Álcalis ) TiO2
Fe2O3
C. L. ( CaO libre )
R. I. ( Resid. Insoluble )
P. F. ( Pérdida al fuego )
H2O, CO2, ( Mat. Orgánica)
Fluoruros
Los componentes típicos en que interviene los óxidos antes indicados, en la composición
centesimal de un cemento Pórtland, son:
COMPONENTE PORCENTAJE ( % ) ABREVIATURA
CaO 61 - 67 C
SiO2 20 - 27 S
Al2O3 4 - 7 A
Fe2O3 0.5 - 4 F
MgO 0.1 - 5 M
SO3 1 - 3 S1
K2O y NA2O 0.25 - 1.5 Alcalis
Propiedades de los componentes minoritarios del cemento Pórtland.
El contenido de MgO: Cuando es superior al 5% en el clinker, el cemento puede ser ya
expansivo. Se debe este fenómeno a que el MgO en pequeña proporción dentro del sistema SiO2 –
CaO – Al2O3 no reacciona durante la clinkerizacion, quedándose como tal MgO. Este oxido
magnésico reacciona con el agua con un importante retraso, incluso de meses, con respecto al
fraguado y endurecimiento. Como que esta reacción es semejante a la de la hidrólisis del CaO, es
decir, es exotérmica, da lugar a un importante aumento de volumen y generación de calor
produciendo la expansión o rotura del aglomerante fraguado.
El contenido de Na2O y K2O: El oxido de sodio ( Na2O )y el oxido de potasio ( K2O ) se le conoce
con el nombre de álcalis ( aunque en el cemento existen también otros álcalis ). Se ha encontrado
que estos compuestos reaccionan con algunos agregados con afinidad química.
Las formas reactivas de sílice son el ópalo ( amorfo ), la calcedonia (criptocristalina fibrosa ) y la
tridimita ( cristalina ). Estos materiales reactivos se encuentran en las calcedonias y calcedonias
opalinas, las calizas silicosas, las riolitas y tobas rioliticas, las dacitas y tobas dacíticas, las
andesitas y tobas andesiticas y las filitas.
Como la cantidad de álcalis depende tan solo del cemento, su concentración en la superficie
reactiva del agregado dependerá de la magnitud de esta superficie. El contenido mínimo de álcalis
del cemento con el cual puede haber una reacción expansiva es de 0.6% expresado en oxido de
sodio. Este porcentaje se calcula mediante estequiometría como el contenido real de Na2O más
0.658 por el contenido de K2O del clinker. Sin embargo, en casos excepcionales se han observado
cementos con menor contenido de álcalis que causan expansión de un concreto elaborado con un
agregado reactivo dado es mayor al elevarse el contenido alcalino del cemento y, para una misma
composición de cemento, al elevarse su finura.
Esta reacción álcali-agregado puede producir expansión anormal y agrietamientos irregulares en el
concreto. Existen tres pruebas de la A. S. T. M. Para identificar los agregados con los álcalis, dos
para los del tipo silicoso ( 227 – C – 289 ) y una para los del tipo carbonatado ( C – 586 ). Además
existe la prueba de la A. S. T. M.C – 295, que recomienda el examen petrográfico de los agregados
de ambos tipos.
El contenido en SO3: El contenido en anhídrido sulfurico decide la calidad del cemento Pórtland por
varios motivos: cuando su valor en porcentaje esta fuera de un estrecho margen ( entre 2 y 4 % )
afecta el tiempo de fraguado. Cuando es menor, el fraguado puede ser muy rápido, como
consecuencia del escaso afecto retardador.
Cuando su valor es de 6 a 10% inhibe el fraguado, no existiendo ni afecto expansivo se produce
cuando el contenido en SO3 excede del 4 al 4.5%, según la finura del cemento.
El contenido de Cal Libre ( C. L. ): Debe ser inferior al 2%, dada la expansión de volumen que
produce su hidrólisis, que provocaria un efecto destructivo.
A partir de valores superiores al 2.5% pueden obtenerse ensayos en el autoclave con una
expansión superior al 1%.
El efecto insoluble ( R. I. )El residuo insoluble es la cantidad de material que no se disuelve en
ácido clorhídrico ( HCl ) al 10%. Incluso lo es el yeso, por lo que un cemento, sin adiciones de otros
materiales distintos a la caliza, como son las rocas básicas, puzolanas, cuarzos, feldespatos, etc.,
da un valor de R. I. De alrededor de un 0.5%.
Al aumentar el R. I. Disminuyen las resistencias, a no ser que esta disminución sea
simultáneamente contrarrestada por la mejora de otras variables, por ejemplo, aumentándola finura
del cemento. Los tipos de cementos especiales como puzolánicos o cenizas volantes, poseen
elevados residuos insolubles.
La pérdida al fuego ( P. F. ): Esta determinación analítica se verifica normalmente a la temperatura
de 950 °C +/- 10 °C y es a esta temperatura en la que se ha conseguido la descarbonatacion del
carbonato cálcico ( CO3Ca ), que eventualmente puede estar presente en el cemento y, por
consiguiente, mide la cantidad de anhídrido carbonico ( CO2 ) de los carbonatos presentes o la
absorbida por meteorizacion, así como la cantidad de agua de hidratación incorporada al
aglomerante por la misma causa.
El valor de la pérdida al fuego nos da la idea del estado de meteorización de un cemento, el agua
giroscópica presente en la atmósfera, adicionada al cemento puede llegar a hidrolizar previamente
los silicatos y por tanto, es tan necesario comprobar este valor en los cementos almacenados antes
de su puesta en obra.
El contenido de oxido de manganeso ( Mn3O3 ) y El oxido de titanio ( TiO2 ): El primero no tiene
aignificacion especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser
marron si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los
contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo.
El óxido de titanio influye en la resistencia, reduciéndola para los contenidos superiores al 5%. Para
contenidos menores no tiene mayor trascendencia.
El contenido de P2O5: Influye como perturbador en la cristalizacion de las fases en cantidad que
superan el 0.5%.
COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CLINKER DEL CEMENTO PORTLAND:
El análisis químico del cemento, en términos de porcentaje de óxidos, tiene poco significado en lo
que respecta a las propiedades del mismo, ya que son los compuestos formados durante el
proceso de fabricación por interacción de los cuatro óxidos fundamentales mencionados
anteriormente, los cuales son los responsables del fraguado y resistencia del cemento hidratado.
De los cuatro óxidos fundamentales: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3, uno solo tiene carácter básico: el
oxido de calcio ( CaO ). Los otros tres se comportan como anhídridos, es decir, con carácter ácido.
Debido a ello, es fácil comprender que en el proceso de formación del clinker, las materias primas
que contengan los cuatro óxidos fundamentales, formaran compuestos de cal, tales compuestos
serán: silicato de calcio, aluminatos de Calcio y Ferro-Aluminatos de calcio.
El oxido de calcio, por consiguiente, satura hasta un cierto limite los componentes ácidos y para
que dicha saturación tenga lugar, las cantidades de los cuatro componentes principales han de
cumplir una serie de reacciones denominadas módulos, que ya se estudio anteriormente .Es decir,
la mezcla de caliza, arcilla y otros componentes han de tener una proporción conveniente de estos.
Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos determinados
compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro de un amplio rango de
temperaturas: entre 1000 y 1450 °C, aproximadamente.
Se puede considerar que el cemento se encuentra en un EQUILIBRIO CONGELADO, asumiendo
que los productos enfriados producen el equilibrio existente a la temperatura de clinkerizacion.
NOMENCLATURA EN EL CLINKER
NOMBRE FORMULA
QUÍMICA
COMÚN COMERCIAL
Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S Alita
Silicato Bicálcico 2CaO.SiO2 C2S Belita
Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A Celita
Ferro-aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3Fe2O3 C4AF Felita
Silicato Tricálcico ( S3C ): Es el material mas importante del clinker y determina la rapidez del
fraguado, la resistencia mecánica y otras propiedades del cemento Pórtland, su cantidad en el
clinker es de 40 a 60%. Se vuelve gelatinoso en pocas horas, generando una cantidad apreciable
de calor de hidratación, que llega a 380J/gr. A los 28 días. Su fragua inicial y final se realiza a
pocas horas después del mamasado y termina en un periodo inferior a 7 días, por ello, se le
atribuye el rápido desarrollo de las resistencias iniciales. Comercialmente se le denomina Alita y
representa una solución sólida de silicato tricálcico con una pequeña cantidad ( 2 a 4% ) de MgO,
Al2O3, P2O5, Cr2O3 y de otras impurezas que pueden influir considerablemente sobre la estructura y
las propiedades. Según Regours y Guinier, en el intervalo entre la temperatura normal y 1100 °C,
el C3S se cristaliza en seis formas poliformas. La alita se fija en el clinker en forma de una
modificación trigonal. Observando una microfotografía de una placa pulimentada y decapada del
clinker, los cristales de alita tienen, por lo general, forma hexagonal o rectangular. Son preferible
los cristales de forma regular alargada con un tamaño de 0.003 a 0.02 mm, que favorecen las
resistencias mecánicas del cemento.
Las mezclas de C3S y agua son menos plásticas que las del cemento Pórtland, sin embargo, la
trabajabilidad se puede mejorar con adición de yeso.
Silicato de Bicálcico ( C2S): Es el segundo mineral siliceo por su importancia y contenido ( 10 a
30% )que esta constituido el clinker, y que determina las características del comportamiento de las
resistencias a la compresión. Presenta un tiempo de fraguado incierto, pues, el amasado fragua
lentamente en un periodo de algunos días. A diferencia del silicato tricálcico, su desarrollo de
resistencias es lento en las edades iniciales, pero aumenta con el tiempo hasta una resistencia
igual al del C3S, y por lo tanto, es menor su calor de hidratación, que llega hasta 105J/gr. A los 28
días. La adición de yeso no produce un cambio notable. En el intervalo entre la temperatura normal
y 1500 °C existen cinco formas cristalinas del C2S. Comercialmente se le denomina belita y en el
clinker representa una solución sólida del silicato bibaltico β ( C2S – β ) y de una cantidad pequeña
( 1 a 3% ) de Al2O3 , Fe2O3. MgO, Cr2O3 y otros. Cuando el clinker caliente que salió del horno se
enfría paulatinamente, a una temperatura por debajo de 525 °C, el C2S – β puede transformarse en
C2S – r, con la particularidad de que esta transición va acompañada del aumento de la distancia de
base, es decir la estructura molecular de la belita se vuelve mas mullida. En efecto, la densidad del
C2S – β es igual a 3.28 grs/cm3, mientras que la el C2S – r es de 2.97 grs/cm3, por eso, la transición
poliforme provoca un incremento del volumen absoluto de la belita aproximadamente en el 10%;
como resultado, los granos del clinker se desmoronan en polvo. Podía parecer que la dispersión
espontánea facilitaría la trituración del clinker, pero, por desgracia, el polvo del C2S – r a
temperaturas de hasta 100 °C prácticamente no reacciona con el agua, es decir, no posee
propiedades aglomerantes. Por consiguiente, es necesario impedir que la belita pase a forma r. A
la estabilización de la fase el C2S – β favorecen algunas impurezas: Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3 y
otras , que se introducen en la red cristalina en una cantidad de 1 a 3%. En calidad de un “temple”
originadle la belita sirve un enfriamiento bastante rápido del clinker en dispositivos de refrigeración
que se sitúan a la salida del clinker del horno. Regulando la velocidad de enfriamiento del clinker,
se obtiene belita en forma de unos cristales compactos redondos con un tamaño de 0.02 a 0.05
mm.
La suma entre el silicato tricálcico y el bicálcico es de alrededor de 70 a 75% del total de la
composición del clinker, por eso la hidratación de la alita y belita, por lo común, define las
propiedades técnicas del cemento Pórtland. El 25% restante viene constituido por la sustancia
intermedia que llena el espacio entre los cristales de alita y belita. La sustancia intermedia esta
constituida por cristales de aluminato tricálcico (C3A ), ferro-aluminato tetracálcico ( C4AF), vidrio y
minerales secundarios ( 12CaO.7Al2O3 y otros ).
Su contenido puede variar entre 4 y 12% y en condiciones favorables de cocción se obtiene en
forma de cristales cúbicos con dimensiones de hasta 0.01 a 0.015 mm, forma soluciones sólidas de
composición compleja. La densidad del C3A es igual a 3.04 gr/cm3; se hidrata y fragua con gran
rapidez, casi instantáneo en el amasado con agua acompañado de desarrollo de calor de
hidratación muy elevado, llegando hasta 1380J/gr. A los 28 días. Presenta buena plasticicidad y
trabajabilidad con un amasado continuo; bajo el agua se desintegra y demorona. Se obtiene un
tiempo de fraguado normal al añadir yeso y puede dar lugar a la formación de un compuesto
expansivo denominado Etringita, dañino para el concreto ( corrosión sulfoaluminatica ). En
ausencia de yeso, la reacción del C3A con el agua es muy violenta y conduce al endurecimiento
inmediato de las pastas. Su efecto en relaciona las resistencias a comprensión es a aumentarla a
la edad inicial de 24 horas ( pequeña resistencia mecánica ), sin desarrollar más resistencia
posteriormente.
Ferro Aluminato tetracálcico ( C4Al ): Su presencia es de menor importancia en comparación a la
de los anteriores compuestos mencionados, constituye en el clinker una cantidad de 4 a 15%. El
C4AF en la sustancia intermedia del clinker representa una solución sólida de ferro – aluminatos
cálcicos de diferentes composición. Sus densidades de 3.77 gr/cm3. Presenta incierta contribución
a las resistencias mecánicas; se hidrata rápidamente, por lo que presenta un fraguado en pocos
minutos, no tanto como el C3A; el fraguado es acompañado de desarrollo de calor de hidratación,
llegando a 495J/gr a los 28 días.
Vidrio de Clinker: El vidrio del clinker esta presente en la sustancia intermedia en una cantidad de 5
a 15% y viene constituido, en fundamentalmente por CaO, Al2O3, Fe2O3,MgO , K2O, Na2O, etc.
COMPUESTO
TEMPERATURA
CLINKERIZADA
TEMPERATURA
TEMPRANA
RESISTENCIA
FINAL
DESARROLLO
DE
RESISTENCIA
C3S ALTA ALTA ALTA RAPIDO
C2S MEDIA BAJA ALTA LENTO
C3A REDUCIDA BAJA BAJA MUY LENTO
C4AF REDUCIDA MUY BAJA MUY BAJA RAPIDO
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS
CARACTERISTICASSOLTIPOI
ATLASTIPOIP
ANDINOTIPO
I
ANDINOTIPOII
ANDINOTIPOV
YURATIPOI
YURATIPOIP
YURATIPOIPM
Peso Especifico( gr/cm3 )
3.11 3.03 3.11 3.11 3.18 3.11 2.86 2.95
Finura: Malla N° 100 ( % ) 0.04 0.03 0.34 0.10 0.20 - - -Finura: Malla N° 200 ( % ) 4.14 0.38 5.66 4.71 2.58 - - -Sup. Especifica BLAINE ( cm2/gr. ) 3477 4472 3300 3400 3400 3597 4086 3848Contenido de aire ( % )
9.99 9.82 6.50 5.35 5.22 - - -
Expans. Autoclave ( % )
0.18 0.15 0.02 0.01 0.01 0.20 0.11 0.26
Fragua Inicial ( Vicat ) ( hrs:min )
1:49 1:59 2:50 3:15 2:15 2:00 2:00 2:10
Fragua final ( Vicat ) ( Hrs:min )
3:29 3:41 3:45 4:30 3:45 4:00 4:10 4:10
RESISTENCIA A COMPRENSIÓN ( Kg/cm3 )F´c = 3 días 254 235 204 160 184 242 140 240F´c = 7 días 301 229 289 205 243 335 222 299F´c = 28 días 357 349 392 320 362 386 316 367
Composición Tipica Calculada y Finura de los Cementos Pórtland.
Tipo de Cemento Pórtland * Composición Porcentaje Finura cm2/gr
ASTM CSA C3S C2S C3A C4AF * *I Normal 50 24 11 8 1800II Moderado 42 33 5 13 1800III De Rápido Endurec. 60 13 9 8 2600IV De bajo calor Hidrat. 26 50 5 12 1900V Resistente a los Sulf. 40 40 4 9 1900
CUESTIONARIO
SOLUCION 1
Tipos de Cemento
Los tipos y variedades de cemento más comúnmente usados por nuestros clientes son los siguientes:
Cemento Portland Gris Ordinario
Nuestro Cemento Portland Gris es un material de construcción de alta calidad––compuesto principalmente de Clinker–– que cumple con todos los requisitos físicos y químicos aplicables, y se utiliza ampliamente en todos los segmentos de la industria de la construcción: residencial, comercial, industrial, y de infraestructura pública.
Cemento Portland Blanco
CEMEX es uno de los mayores productores de Cemento Portland Blanco del mundo. Fabricamos este tipo de cemento con piedra caliza, arcilla de caolín con bajo contenido de hierro y yeso. Los clientes usan nuestro Cemento Portland Blanco en obras arquitectónicas que requieren gran brillantez y acabados artísticos, para crear mosaicos y granito artificial, así como para formas esculturales y otras aplicaciones donde predomina el blanco.
Masonería o Mortero
La masonería o mortero es un cemento Portland que mezclamos con materiales inertes (caliza) finamente molidos. Nuestros clientes usan este tipo de cemento para muchos propósitos, incluyendo bloques de concreto, plantillas, superficies de carreteras, acabados y fabricación de ladrillos.
Cemento para Pozos Petroleros
Nuestro cemento para pozos petroleros es una variedad especialmente diseñada de cemento hidráulico que se produce con Clinker de Portland gris. Generalmente fragua lentamente y se puede manejar a altas temperaturas y presiones. Nuestro cemento para pozos petroleros, que se produce en las clases de la A a la H y la J, tiene aplicaciones según cada profundidad, agresión química o niveles de presión.
Cemento Mixto
Los cementos hidráulicos mixtos se producen integrando o mezclando cemento Portland con materiales cementantes suplementarios tales como escoria molida y granulada de los altos hornos, cenizas volátiles, humos de silicato, arcilla calcinada, caliza hidrogenada y otras puzolanas. El uso de cementos mixtos en el concreto premezclado reduce la cantidad de agua de la mezcla y su tiempo de curación, mejorando la trabajabilidad y los acabados, inhibe el ataque de los sulfatos y la reacción de los agregados alcalinos, además de reducir el calor de la hidratación.
CEMEX ofrece una gama de cementos mixtos con una menor huella de CO2 resultado de su contenido más bajo de Clinker debido a la adición de materiales cementantes suplementarios. El uso de cementos mixtos fortalece nuestra firme dedicación a las prácticas sustentables y promueve nuestro objetivo de ofrecer una gama creciente de cada vez más productos sustentables.
SOLUCION 2
Cemento Pórtland: Usos y Aplicaciones
Introducción El Cemento Pórtland, uno de los componentes básicos para la elaboración del concreto, debe su nombre a Joseph Aspdin, un albañil inglés quién en 1824 obtuvo la patente para este producto.Debido a su semejanza con una caliza natural que se explotaba en la Isla de Pórtland, Inglaterra, lo denominó Cemento Pórtland.Los cementos Pórtland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, esto es, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. En el curso de esta reacción, denominada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una pasta, y cuando le son agregados arena y grava triturada, se forma lo que se conoce como el material más versátil utilizado para la construcción: el CONCRETO.El clinker, la materia prima para producir el cemento, se alimenta a los molinos de cemento junto con mineral de yeso, el cual actúa como regulador del fraguado. La molienda conjunta de éstos materiales produce el cemento. Las variables a controlar y los porcentajes y tipos de materiales añadidos, dependerán del tipo de cemento que se requiera producir.El tipo de materias primas y sus proporciones se diseñan en base al tipo de cemento deseado.La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción:
Clasificación de los cementos
Tipo, nombre y aplicación
I : Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento.IA : Normal. Uso general, con inclusor de aire.II : Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación.IIA : Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.III : Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas.IIIA : Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.IV : Bajo calor de hidratación. Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación.V : Resistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y además en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos.
Tipo I
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.
Tipo II
El cemento Pórtland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de
sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos).Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc.La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento.
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, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.
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.La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempoEn la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado CLINKER.
Cementos Hidráulicos Mezclados
Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción.La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados:Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS.Cemento Pórtland puzolana - Tipo IP y Tipo P.Cemento de escoria - Tipo S.Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM).Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM).
Tipo IS
El cemento Pórtland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Pórtland, o puede también molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el 70% en peso.
Tipo IP y Tipo P
El cemento Pórtland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en
construcciones donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolanade estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso.
Tipo S
El cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. Este cemento se fabrica mediante cualquiera de los siguientes métodos:1) Mezclando escoria molida de alto horno y cemento Pórtland.2) Mezclando escoria molida y cal hidratada.3) Mezclando escoria molida, cemento Pórtland y cal hidratada.
El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoria
Tipo I (PM)
El cemento Pórtland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Pórtland o cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr:1) Mezclando el cemento Pórtland con la puzolana2) Mezclando el cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado.
El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado.
Tipo I (SM)
El cemento Pórtland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. Se fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos:1) Moliendo conjuntamente el clinker con alguna escoria granular de alto horno2) Mezclando escoria molida y cal hidratada3) Mezclando escoria, cemento Pórtland y cal hidratada
El contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria.A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A, por ejemplo, cemento TIPO S-A.Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM), IS, IP y los denominados con subfijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación.
La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los agregados reactivos a los álcalis.
Cementos Especiales
Cementos para Pozos Petroleros
Estos cementos, empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de Clinker de cemento Pórtland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute) establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases
A a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Pórtland con los aditivos adecuados para modificar el cemento.
Cementos Plásticos
Los cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Pórtland de TIPO I ó II durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados.
Cementos Pórtland Impermeabilizados
El cemento Pórtland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al Clinker de cemento durante la molienda final.
Otros Tipos de Cementos
Cementos de Albañilería
Estos son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros, para construcciones de mampostería.Están compuestos por alguno de los siguientes: cemento Pórtland, cemento Pórtland puzolana, cemento Pórtland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica y cemento natural. Además, normalmente contienen materiales como cal hidratada, caliza, creta, talco o arcilla.La trabajabilidad, resistencia y color de los cementos de albañilería se mantienen a niveles uniformes gracias a los controles durante su manufactura. Aparte de ser empleados en morteros para trabajos de mampostería, pueden utilizarse para argamasas y aplanados, mas nunca se deben emplear para elaborar concreto.
Cementos Expansivos
El cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:E-1(K) contiene cemento Pórtland, trialuminosulfato tetracálcico anhídro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar.E-1(M) contiene cemento Pórtland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.E-1(S) contiene cemento Pórtland con un contenido elevado de aluminato tricálcico y sulfato de calcio.
Cemento Portland Blanco
El cemento Pórtland blanco difiere del cemento Pórtland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Pórtland 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.El cemento blanco se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, páneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo.SOLUCION 4
Oxido componente
PorcentajeTípico
Abreviatura
Cal combinada CaO 62.5% C
Sílice SiO2 21% S
Alúmina Al2O3 6.5% A
Hierro Fe2O3 2.5% F
Cal Libre CaO 0%
Azufre SO3 2%
Magnesio MgO 2%
Álcalis Na2O y K2O 0.5%
Perdida al Fuego P.F. 2%
Residuo insoluble R.I. 1%
SOLUCION 6
La industria del cemento tiene un impacto ambiental negativo importante para la salud, en función de su localización con relación a centros poblados.
La industria del cemento incluye las instalaciones con hornos que emplean el proceso húmedo o seco para producir cemento de piedra caliza, y las que emplean agregado liviano para producirlo a partir de esquisto o pizarra. Se utilizan hornos giratorios que elevan los materiales a temperaturas de 1400 °C. Las materias primas principales son piedra caliza, arena de sílice, arcilla, esquisto, marga y óxidos de tiza. Se agrega sílice, aluminio y hierro en forma de arena, arcilla, bauxita,
esquisto, mineral de hierro y escoria de alto horno. Se introduce yeso durante la fase final del proceso. La tecnología de hornos de cemento se emplea en todo el mundo. Usualmente, las plantas de cemento se ubican cerca de las canteras de piedra caliza a fin de reducir los costos de transporte de materia prima.
IMPACTOS AMBIENTALES:
Las plantas de cemento pueden tener impactos ambientales positivos en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la tecnología y el proceso son muy apropiados para la reutilización o destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.
Los impactos ambientales negativos de las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos, cetonas, y óxidos de azufre y nitrógeno). Los contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, principalmente potasio y sulfato), y el agua de enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales y freáticas.
El polvo, especialmente la sílice libre, constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si se escoge el sitio de la planta con cuidado.
BIBLIOGRAFIA
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