Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
SEMINARIO
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO
Curso: QUIMICA
Profesor: Ing° JOSE CARLOS FLORES CERNA
Alumnos: - TACILLA ARAUJO, Elmer John- ARAUJO BAUTISTA, Fredy Francisco - CARDOZO RÍOS, Víctor Omar
Cajamarca, 22 de Diciembre del 2004
PRESENTACION:
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
REACCIÓNCALENTAMIENTO
20 - 100 Evaporación del agua libre100 - 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 ferroaluminatos1250 Formación de C2S1280 Formación de fase liquida ( caldo de aluminato y
ferrita )1450 Recristalización de C3S y C2S
ENFRIAMIENTO1300 - 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 ( % ) ABREVIATURACaO 61 - 67 CSiO2 20 - 27 SAl2O3 4 - 7 AFe2O3 0.5 - 4 FMgO 0.1 - 5 MSO3 1 - 3 S1
K2O y NA2O 0.25 - 1.5 Alcalis
4.10.1. 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 estas 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 oxido 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%.
4.10.2.COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CLINKER
DEL CEMENTO PORTLAND: El análisis químico del
cemento, en terminos 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 interaccion 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.
NOMBRE FORMULA
QUÍMICA
NOMENCLATURA EN EL
CLINKERCOMÚN COMERCIAL
Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S AlitaSilicato Bicálcico 2CaO.SiO2 C2S BelitaAluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A CelitaFerro-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
RESISTENCIAC3S ALTA ALTA ALTA RAPIDOC2S MEDIA BAJA ALTA LENTOC3A REDUCIDA BAJA BAJA MUY LENTO
C4AF REDUCIDA MUY BAJA MUY BAJA RAPIDO
4.10.3. CALCULO PONTENCIAL DE BOGUE SUSIGNIFICADO
El análisis químico no tiene mucho significado en la calidad
del cemento. Sin embargo a partir de los análisis químicos
se puede efectuar el calculo de la “Composición Potencial”
del clinker, así como el índice de saturación de cal, el
modulo de fundentes, el modulo hidráulico y el modulo de
silicatos.
Se denomina “ Calculo potencial” a las expresiones y
formulas que permiten calcular la composición mineralógica
a partir del análisis químico o composición centesimal del
cemento. El fundamento reside en supuestos estados de
equilibrio y por consiguiente, solo son aproximados.
El calculo potencial mas empleado es el “calculo potencia
de Bogue” con las correspondientes de Lea y Parque.
Otras expresiones de Calculo Potencial es debido a
Newkirk que introduce en las formulas los componentes
minoritarios del cemento.
DERIVACIÓN DEL CALCULO POTENCIAL DE BOGUE
En la derivación de las ecuaciones se asume lo siguiente:
- No hay vidrios presentes ( material no cristalino ).
- Todo el SO3 se combina como SO4Ca.
- Todo el Fe2O3 y Al2O3 se combina como C4AF y C3A.
- Todo el CaO ( Excepto la cal libre y el que se combino
como SO4Ca, y C3A ), se combina con el SiO2 para formar
una mezcla de C2S y C3S.
Para efectuar pasa a paso los cálculos se necesita también
de las formulas de los compuestos, sus pesos moleculares
y las proporciones de combinación de óxidos.
FORMULAS QUÍMICAS Y PESOS MOLECULARES
SO4CA = SO3 + CaO
136 = 80 + 56
C4AF = 4CaO + Al2O3 + Fe2O3
485 = 224 + 102 + 159
C3A = 3CaO + Al2O3
270 = 168 + 102
PROPORCIONES
SO4Ca ---------------- = 1.7
SO3
CaO ------------- = 0.70
SO3
4Ca . Al2O3 . Fe2O3
------------------------- = 3.04Fe2O3
Al2O3
--------------- = 0.64Fe2O3
Al2O3
-------------- = 0.64Fe2O3
4CaO ---------------- = 0.64
Fe2O3
3CaO . Al2O3
------------------------ = 3.65Al2O3
3CaO ----------------- = 1.65
Al2O3
3CaO . SiO2
----------------------- = 4.07CaO
2CaO . FiO2
----------------------- = 3.07CaO
PASOS DE CÁLCULO:
1° Del SO3 : a. %SO4Ca = 1.70 * % SO3
b. %CaO en SO4Ca = 0.70 * %SO3 ( I )
2° Del Fe2O3: a. %C4AF = 3.04 * %Fe2O3
b. %Al2O3 en C4AF = 0.64 * %Fe2O3
c. % CaO en C4AF = 1.40 * %Fe2O3 ( II )
3° Del Al2O3:Al2O3 remanente = Al2O3 total - Al2O3 en C4AFa. %C3A = 2.65 * Al2O3 remanente.b. % CaO en C3A = 1.65 * Al2O3 remanente ( III )
4° CaO como cal libre: C. L. ( IV )
5° CaO disponible para C3S y C2S: CaO Disp.= SiO2 total – ( % CaO: I+II+III+IV )
6° SiO2 disponible: SiO disp. = SiO2 total – residuo insoluble.
7° Determinación de C3S y C2S:
Sea: X = % C2S donde: P = CaO disponible
Y = % C3S Q = SiO2 total – R. I.
Planteamos las siguientes ecuaciones:
X + Y = P + Q ............................ ( 1 )
60X / 172 + 60Y / 228 = Q ................ ( 2 )
Resolviendo el sistema:
Y = % C3S = 4.07 P – 7.60Q
X = % C2S = 8.60Q – 3.07P
EJEMPLO DE CÁLCULO
Un cemento tiene el siguiente análisis químico:
CaO = 64.18% SiO2 = 21.86% Al2O3 = 4.81%Fe2O3 = 3.23% K2O = 0.65% Na2O = 0.15%SO3 = 2.41% MgO = 0.96% C. L. = 0.59%P. Ign = 1.24% R.I. = 0.42%
Cálculo de Bogue:
1° Del SO3 : a. %SO4Ca = 1.70 * 2.41 = 4.097b. %CaO en SO4Ca = 0.70% * 2.41 = 1.667
( II )
2° Del Fe2O3: a. %C4AF = 3.04 * 3.23 = 9.82b. %Al2O3 en C4AF = 0.64 * 3.23 = 2.07c. %CaO en C4AF = 1.40 * 3.23 = 4.52 ( II )
3° Del Al2O3 : Al2O3remanente = 4.81% - 2.07% = 2.74%a. %C3A = 2.65 * 2.74 = 7.261b. %CaO en C3A = 1.65 * 2.74 = 4.530
( III )4° CaO libre : C. L. = 0.59% ( IV )
5° CaO disponible para C3S y C2S :CaO disp. = 64.18% - ( 1.687% + 4.52% + 4.52% + 0.59% )
CaO disp. = 52.86% ( P )
6° SiO2 disponible = 21.86% - 0.42% SiO2 disponible = 21.44% ( Q )
7° Determinación de C3S y C2S %C3S = 4.07 * 52.86 – 7.60 * 21.44 = 52.20 %C2S = 8.60 * 21.44 – 3.07 * 52.86 = 22.10
8° Expresión de resultados:
C3S = 52.20%C2S = 22.10%C3A = 7.26%C4AF = 9.82%
Es un cemento Pórtland tipo I
CALCULO DIRECTO DE LAS FORMULAS DEL BOGUE
Los componentes mineralógicos de cemento, pueden calcularse directamente, utilizando las formulas del Bogue, teniendo en cuenta los siguientes criterios:
- Cuando la relación: Al2O3/ Fe2O3 ≥ 0.64, los componentes mineralógicos principales se determinan utilizando las siguientes formulas:
C3S = 4.071 * %CaO – 7.60 * %SiO2 – 6.718 * % Al2O3
- 1.43 * % Fe2O3 – 2.852 * % SO3
C2S = 2.867 * % SiO2 – 0.7544 * % C3S
C3A = 2.65 * %Al2O3 – 1.692 * % Fe2O3
C4AF = 3.043 * % Fe2O3
- Cuando la relación: Al2O3/Fe2O3 < 0.64, se formara una solucion solida de ferro-aluminato cálcico ( expresado como SS ( C4AF + C2F ). Los contenidos de esta solución sólida y del C3S serán calculados por las siguientes formulas:
SS ( C4AF + C2F ) = 2.10 * %Al2O3 + 1.702 * %Fe2O3
C3S = 4.071 * %CaO – 7.60 * SiO2 – 4.479* %Al2O3 – 2.859 * % Fe2O3 – 2.852 * % SO3
El C2S será calculado como se mostró previamente.
En el calculo de C3A serán usados los valores de Al2O3 y Fe2O3 determinados al 0.01%.
En el calculo de otros componentes serán usados los óxidos determinados al 0.01%.
5. CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS
De acuerdo a las normas nacionales ITINTEC y a las internacionales A. S. T. M., los cementos están clasificados en dos grandes grupos:
5.1. Cementos Pórtland Comunes: La norma C – 150 de la A. S. T. M., clasifica al cemento Pórtland común en cinco tipos diferentes, de acuerdo a las proporciones relativas de los cuatro componentes mineralógicos principales y a las condiciones de uso, los cuales son:
• Cemento tipo I o normal: Este tipo para uso general. Se recomienda para construcciones normales en que no se requieren las propiedades especiales de los otros tipos. Se usa donde el concreto no va a estar expuesto al ataque de factores específicos, como a los sulfatos del suelo o del agua, o a aleaciones perjudiciales de temperatura, debido al calor generado en la hidratación. En el Perú, se fabrican los siguientes cementos tipo I: Pacasmayo, Sol, Andino, Yura y Rumi,
• Cemento Tipo II o Moderado: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado en construcciones de concreto, las cuales han de estar expuestas al ataque moderado por los sulfatos ( sulfato soluble en el suelo como SO4 = 0.1 – 0.2% o sulfatos en agua: 150 – 1,500 p.p.m. ) o en aquellos casos en que se requiere moderado calor de hidratación. Se caracteriza por su contenido de C3A menor del 8%. La suma de C3S y C2S asegura una adecuada resistencia, tanto en el periodo inicial de fraguado como en edades posteriores.
Además, de las propiedades que caracteriza al cemento tipo I, estos cementos presentan menores cambios de volumen, menor tendencia a la exudación, moderada resistencia al ataque de sulfatos y menor generación de calor de hidratación. En el Perú, se fabrica únicamente el cemento Andino Tipo II.
• Cemento Tipo III o de rápido Endurecimiento: Este tipo de cemento permite obtener con rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos. A los 28 días, la diferencia de resistencia con el cemento Tipo I, tiende a desaparecer. La alta resistencia inicial puede lograrse por modificaciones en la dosificación de crudos de la composición química, a fin de obtener un porcentaje mas alto de C3O; o por
un incremento en la finura del cemento, dado que se obtiene una mayor área superficial, la cual expuesta a la acción del agua dará lugar a una hidratación y endurecimiento mas rápidos. Si bien, con inicial mas alta, esta principalmente expuesto a procesos de agrietamiento por contracción por secado. Igualmente, debido a los altos porcentajes de C3S y C3A, o al mayor grado de finura, la generación de calor es mas alta que en los cementos Tipo I. Este tipo de retirar los moldes o encofrandoslo mas pronto que sea posible, o cuando la estructura se debe poner en servicio rápidamente. También se puede usar en climas fríos, pues, su uso, permite reducir el periodo de curado controlado. En el Perú, no se fabrica este tipo de cemento.
• Cemento Tipo IV o De Bajo Calor de Hidratación: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado donde el grado y la cantidad de calor generado se debe reducirla mínimo, es decir, en aquellos casos en que se requiere un bajo calor de hidratación. Sus características principales son: altos porcentajes de C2S y C4AF; lenta generación de calor; buena resistencia a la accion de los sulfatos; lento desarrollo de resistencia a la comprensión aunque a edades avanzadas alcanza los mismos valores de los otros tipos de cemento; buena resistencia al agrietamiento. Este cemento, es especialmente recomendado para ser usado en circunstancias que requieren grandes masas de concreto, como las grandes presas de gravedad, donde la elevación producida en la temperatura por el calor generado durante el endurecimiento es un factor critico. Dada su lenta velocidad de hidratación, en general, es inadecuado para la construcción de estructuras normales, dado que requiere un curado de por lo menos 21 días para obtener un adecuado desarrollo de resistencia a la compresión y al interperismo. No existe en el mercado nacional.
• Cemento Tipo V o Resistente a los Sulfatos: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado en aquellos casos en que se requiera alta resistencia a la acción de los sulfatos ( sulfatos soluble en agua presnete en el suelo como: SO4 = 0.2 – 2% o sulfato en agua: 1,500 – 10,000 p.p.m. ), la cual se obtiene por un alto contenido de C3A ( menor del 5% ). El contenido de silicatos cálcicos hace que este tipo de cemento tenga alta resistencia a compresión, aunque su desarrollo de resistencia aumenta más lentamente que en el cemento Tipo I. El calor generado durante la hidratación no difiere fundamentalmente del de los cementos tipo IV. Por sus características es el cemento que mas se aproxima al cemento
ideal. En el Perú, existe el cemento Pacasmayo y el Cemento Andino, correspondiente a este tipo.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS
CARACTERISTICASSOLTIPO
I
ATLASTIPO
IP
ANDINOTIPO
I
ANDINOTIPO
II
ANDINOTIPO
V
YURATIPO
I
YURATIPO
IP
YURATIPOIPM
PACAS.TIPO
I
PACAS.TIPO
VPeso 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 3848 3400 3300Contenido de aire
( % )9.99 9.82 6.50 5.35 5.22 - - - 10.50 10.10
Expans. Autoclave ( % )
0.18 0.15 0.02 0.01 0.01 0.20 0.11 0.26 0.22 0.14
Fragua Inicial ( Vicat ) ( hrs:min )
1:49 1:59 2:50 3:15 2:15 2:00 2:00 2:10 2:29 2:40
Fragua final ( Vicat ) ( Hrs:min )
3:29 3:41 3:45 4:30 3:45 4:00 4:10 4:10 5:10 5:20
RESISTENCIA A COMPRENSIÓN
( Kg/cm3 )F´c = 3 días 254 235 204 160 184 242 140 240 168 154F´c = 7 días 301 229 289 205 243 335 222 299 210 196F´c = 28 días 357 349 392 320 362 386 316 367 273 258
HIDRATACIÓN DEL ... LUEGO DE AGOTARSE EL SUMINISTRO DE YESO
ETAPAS RX PROCESO QUIMICO PROCESO FISICO RELEVANCIA A LAS PROPIEDADES MECANICAS
PRIMEROS MINUTOS RAPIDA DISOLUCIÓN SULFATOS, ALUMINATOS, HIDRATACIÓN INICIAL DEL OS FORMA DE ETRINSITA
ELEVADA VELOCIDAD DE DESARROLLO DE CALOR
INFLUENCIA ES LA SUBSIGUIENTE DRAGUA
PRIMERAS HORAS ( PERIODO DE INDUCCIÓN )
DISMUNICION DE SILICATOS E INCREMENTO DE CA, FORMACIÓN DE OH Y EMPIEZA LA NUCLEACION DE C-S-H. EL CA+2 ALCANZA EL NIVEL DE SUPERSATURA
FORMACIÓN DE LOS PRIMEROS PRODUCTOS DE HIDRATACIÓN, INCREMENTO CONTINUO DE LA VISCOSIDAD
FORMACIÓN DE ETRINGITA Y HOMOSULFOALUMINATOS, FRAGUA Y TRABAJABILIDAD FRAGUA INICIAL Y FINAL.
APROXIMADAMENTE 3 – 12 HORAS ( ETAPA DE ACELERACIÓN
RAPIDO DE C3S POR FORMAR E-S-H Y CH DECRECE EN CA+2
RAPIDA FORMACIÓN DE HIDRATOS LLEVA A LA SOLIDIFICACION Y DECRECE LA POROSIDAD ALTO GRADO DE EVOLUCION DE CALOR
CONSISTENCIA PLASTICA A RIGIDO DESARROLLO DE RESISTENCIA TEMPRANA
ETAPA POST ACELERACION
DIFUDION CONTROLADA FORMACIÓN DE C-S-H RECRISTALIZACION DE ETRINCITA Y MONOSULFOALUMINATO Y ALGUNA PULVERIZACIÓN EN POSIBLES SILICATOSHIDRATADOS DEL C2S EMPIEZA A SER SIGNIFICATIVA
DECRECE LA EVOLUCION DE CALOR CONTINUO CRECIMIENTO DE POROS, FORMACIÓN DE ENLACE PARTICULAS Y HASTA AGREGADOS
CONTINUO DESARROLLO DE RESISTENCIA MECANICA PERO VELOCIDAD BAJA. POROSIDAD Y MORFOLOGÍA DEL SISTEMA DETERMINADA. LA RESISTENCIA MECANICA ULTIMA. ESTABILIDAD EN VOLUMEN Y DURABILIDAD
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 2600
IV De bajo calor Hidrat.
26 50 5 12 1900
V Resistente a los Sulf.
40 40 4 9 1900
* Las composiciones que se dan en el cuadro anterior son las mas generales. Diferencias con respecto a estos valores no indican un comportamiento defectuoso. Los limites en las especificaciones se pueden consultar en ATSM C – 150 o CSA A5
** La finura ha sido determinada en la prueba del Turbidimetro de Wagner.
1 CEMENTO, sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso
capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que se
endurece espontáneamente en contacto con el aire.
Introducción, de pilotes de hormigón El cemento Pórtland, mezclado
con agua y arena o grava, forma hormigón, el material de construcción
más utilizado hoy.
Tiene diversas aplicaciones, como la obtención de hormigón por la
unión de arena y grava con cemento Pórtland (es el más usual), para
pegar superficies de distintos materiales o para revestimientos de
superficies a fin de protegerlas de la acción de sustancias químicas. El
cemento tiene diferentes composiciones para usos diversos. Puede
recibir el nombre del componente principal, como el cemento calcáreo,
que contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxiaco, que
contiene resinas epoxídicas; o de su principal característica, como el
cemento hidráulico o el cemento rápido. Los cementos utilizados en la
construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen, como
el cemento romano, o por su parecido con otros materiales, como el
caso del cemento Pórtland, que tiene cierta semejanza con la piedra
de Pórtland, utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los
cementos que resisten altas temperaturas se llaman cementos
refractantes.
El cemento se fragua o endurece por evaporación del líquido
plastificante, como el agua, por transformación química interna, por
hidratación o por el crecimiento de cristales entrelazados. Otros tipos
de cemento se endurecen al reaccionar con el oxígeno y el dióxido de
carbono de la atmósfera.
2 CEMENTO PORTLAND
Los cementos Pórtland típicos consisten en mezclas de silicato
tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato
dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas
cantidades de compuestos de hierro y magnesio. Para retardar el
proceso de endurecimiento se suele añadir yeso.
Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de
agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento
se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una
sílice (dióxido de silicio) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio.
Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras
—siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para
crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en
la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la
mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante,
pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante
varios años. El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de
cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende
calor.
El cemento Pórtland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo
general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos
hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en
proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio,
8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y
3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas
presentan en su composición estos elementos en proporciones
adecuadas y se puede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad
de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante,
las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.
En la fabricación del cemento se trituran las materias primas
mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el “clínker”,
que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el
calentamiento se suele emplear un horno rotatorio de más de 150 m
de largo y más de 3,2 m de diámetro. Estos hornos están ligeramente
inclinados, y las materias primas se introducen por su parte superior,
ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha
de roca triturada y agua. A medida que desciende a través del horno,
se va secando y calentando con una llama situada al fondo del mismo.
Según se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la
mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material
tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno.
Después de salir del horno, el clínker se enfría con rapidez y se tritura,
transportándose a una empaquetadora o a silos o depósitos de
almacenamiento. El material obtenido tiene una textura tan fina que el
90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o colador con
6.200 agujeros por centímetro cuadrado.
En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento
por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la
pérdida de agua y dióxido de carbono. Por lo general, en los hornos se
quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 kg de carbón por
cada 900 g de cemento fabricado. También se utilizan gases y otros
combustibles derivados del petróleo.
Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas
pruebas. Un método común consiste en tomar una muestra de
argamasa de tres partes de arena y una de cemento y medir su
resistencia a la tracción después de una semana sumergida en agua.
3 CEMENTOS ESPECIALES
Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o
la adición de otros nuevos, el cemento Pórtland puede adquirir
diversas características de acuerdo a cada uso, como el
endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos de
fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida,
se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o
mediante una trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un
filtro de 16.370 aberturas por centímetro cuadrado. Algunos de estos
cementos se endurecen en un día como los cementos ordinarios lo
hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen
mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en
las que esa cantidad de calor puede provocar la formación de grietas.
En los grandes vertidos se suelen emplear cementos especiales de
poco calor de fraguado, que por lo general contienen mayor cantidad
de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes
alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Pórtland
común) se suelen utilizar cementos resistentes con bajo contenido en
aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar se emplean
normalmente cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de
hierro, y cuando se precisa resistencia a la acción de aguas ricas en
sulfatos se utilizan cementos con una composición de hasta un 40%
de óxido de aluminio.
4 HISTORIA
Aunque ciertos tipos de cementos hidráulicos eran conocidos desde la
antigüedad, sólo han sido utilizados a partir de mediados del siglo
XVIII. El término cemento Pórtland se empleó por primera vez en 1824
por el fabricante inglés de cemento Joseph Aspdin, debido a su
parecido con la piedra de Pórtland, que era muy utilizada para la
construcción en Inglaterra. El primer cemento Pórtland moderno,
hecho de piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta
convertirse en clínker y después trituradas, fue producido en Gran
Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se fabricaba en hornos
verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de choque a
las que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios surgieron
hacia 1880. El cemento Pórtland se emplea hoy en la mayoría de las
estructuras de hormigón.
La mayor producción de cemento se produce, en la actualidad, en los
países más poblados y/o industrializados, aunque también es
importante la industria cementera en los países menos desarrollados.
La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los
mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil
son también productores importantes.
Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2002. © 1993-2001 Microsoft
Corporation. Reservados todos los derechos.
Información sobre El Cemento: composición química y efectos para la
salud
Es un polvo fino que se obtiene moliendo la escoria de una mezcla de
arcilla y piedra caliza calcinada a elevadas temperaturas.
El cemento mezclado con el agua, arena y grava origina el hormigón.
Los cementos artificiales se clasifican en cemento Pórtland y cemento
aluminoso.
El proceso Pórtland:
Los materiales utilizados para la fabricación de la escoria son la
piedra caliza, y la arcilla, se muelen en seco (proceso seco), o con
agua (proceso húmedo). La mezcla pulverizada se calcina en hornos
a una temperatura que va de 1.400 ºC, la escoria se enfría
rápidamente para evitar la transformación del silicato tricálcico,
principal componente del cemento Pórtland, en silicato bicálcico y
óxido de calcio.
Las masas de escoria enfriada se mezclan con yeso y otros varios
aditivos(sales de naftaleno sulfonado y forma aldehido, que controlan
el tiempo de fraguado y otras propiedades) y por último la escoria se
tritura en un molino, se criba y almacena. La composición química
del cemento Pórtland es :
óxido de calcio (CaO), 65% %
dióxido de silicio (SiO2), 20 %
trióxido de aluminio (Al2O3), 5 %
óxido férrico (Fe2O3), 5 %
óxido de magnesio (MgO), menor del 5 %
La composición química del cemento aluminoso :
óxido de aluminio (Al203), 50 %
óxido de calcio (CaO), 40 %
óxido férrico (Fe2O3),5 %
dióxido de silicio (SiO2 ),5 %
Durante el proceso de quemado de horno de cemento se eliminan a
la atmósfera materia particulada formada por metales pesados,
cromo, arsénico, dioxinas, y otros contaminantes. La industria del
cemento emite unos 3.3 millones toneladas métricas sólo en USA.
Un kilogramo de polvo normal de cemento contiene de 5 a 10 MG de
cromo hidrosoluble. El cromo tiene su origen en la materia prima y en
el proceso de producción.
La adición de sulfato ferroso(FeSO4 ) al cemento evita la
sensibilización( La dermatitis alérgica por contacto es crónica e
induce fatiga) al cromato entre los trabajadores de la construcción( el
ion ferroso reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente).
las materias primas empleadas para la fabricación del cemento en
general no contienen cromo, se ha indicado como posibles fuentes
del cromo en el cemento las siguientes: la roca volcánica, la abrasión
del revestimiento refractario del horno, las bolas de acero utilizadas
en los molinos de pulverización y las diferentes herramientas
empleadas para machacar y moler las materias primas y la escoria.
El cromo es un elemento naturalmente que se encuentra en las
rocas, animales, plantas, suelo, y en polvo y gases volcánicos.
Las formas más comunes son cromo(0), trivalentes (o cromo(III)), y
hexavalentes (o cromo(VI)).
El cromo metal, que es chromium(0), es un sólido gris con un alto
punto de fusión. Se utiliza principalmente para hacer el acero y otras
aleaciones.
La cromita es un mineral de cromo(III) se utiliza como la guarnición
del ladrillo para los hornos industriales de alta temperatura, para
hacer los metales y las aleaciones (mezclas de metales), y
compuestos del producto químico.
Los compuestos del cromo, sobre todo en el chromium(III) o las
formas del chromium(VI), producidas por la industria química se
utilizan para la galvanoplastia del cromo, la fabricación de tintes y de
pigmentos, el cuero , y para preservar de madera.
Cantidades más pequeñas se utilizan en fangos, inhibidores del
moho y de la corrosión, textiles, y el toner para las fotocopiadoras.
El cromo entra en el aire, agua, en las formas del chromium(III) y del
chromium(VI) como resultado de procesos naturales y de actividades
humanas.
Las emisiones de la combustión del carbón y del aceite , y la
producción de acero pueden aumentar niveles del chromium(III) en
aire.
La soldadura de acero inoxidable, la fabricación química, y el uso de
los compuestos que contienen el chromium(VI) pueden aumentar
niveles en aire.
Las industrias de cuero y de textil así como las que hagan los tintes y
los pigmentos pueden descargar el chromium(III) y el chromium(VI)
en los canales. En aire, los compuestos del cromo están presentes
sobre todo como partículas de polvo.
El cromo(III) aparece de forma natural en muchas verduras frescas,
frutas, carne, levadura, y grano. Los varios métodos de proceso, de
almacenaje, y de preparación pueden alterar el contenido del cromo
del alimento.
El cromo(III) es un alimento esencial para los seres humanos.
El cromo(III) es un alimento esencial que ayuda al cuerpo a utilizar el
azúcar, la proteína, y la grasa. se recomienda para los adultos 200
µg de cromo(III) por día.
Sin cromo(III) en la dieta, el cuerpo pierde su capacidad de utilizar
los azúcares, las proteínas, y la grasa correctamente, que puede dar
lugar a pérdida del peso o a crecimiento disminuido, a la función
incorrecta del sistema nervioso, y a diabetes.
En general, el cromo(VI) es más tóxico que cromo(III). Respirando el
cromo(VI) de los altos niveles (mayor de 2 µg/m3)-como el ácido
crómico o trióxido del cromo(VI)- puede causar la irritación a la nariz,
estornudo, las úlceras, etc.
El eczema del cemento podría ser debido a la presencia en el mismo
de cromo hexavalente .
Estos efectos han ocurrido sobre todo en los trabajadores de fábricas
que hacen o utilizan el chromium(VI) durante varios meses a muchos
años.
La exposición a largo plazo al cromo se ha asociado al cáncer de
pulmón en los trabajadores expuestos a los niveles en aire que eran
100 a 1.000 veces más altos que ésos encontrados en el ambiente
natural.
El cromo (VI) se cree pueda ser responsable de las tarifas crecientes
del cáncer de pulmón observadas en los trabajadores que fueron
expuestos a los altos niveles del cromo en aire del taller.
Algunos compuestos del chromium(VI) produjeron el cáncer de
pulmón en los animales que respiraron en las partículas o tenían las
partículas puestas directamente en sus pulmones.
Los compuestos del cromo(VI) (cromato del calcio, trióxido del
cromo, cromato de plomo, cromato del estroncio, y cromato del cinc)
son agentes carcinógenos humanos sabidos.
La EPA ha fijado el nivel máximo del chromium(III) y del
chromium(VI) permitidos en agua potable en 100 el µg cromo/L.
Según la EPA, no se espera que los niveles siguientes del
chromium(III) y el chromium(VI) en agua potable causen efectos
dañinos a la salud:
1.400 µg cromo/L por 10 días de exposición para los niños,
240 µg cromo/L para una exposición más larga para los niños,
840 µg cromo/L del término para una exposición más larga del
término para los adultos,
y 120 µg cromo/L para la exposición durante toda la vida de adultos.
www.librys.com/problemas de quimica/cemento.html
El cemento "Pórtland" tiene sus orígenes en la cal u óxido de calcio,
a partir del cual y luego de cientos de años de estudios empíricos y
científicos, se llega a lo que hoy se conoce como cemento. A través
de la historia de los pueblos egipcios, griegos y romanos, se utilizó la
cal como ligante en sus construcciones. En la América Prehispánica
los Aztecas la emplearon también en la fabricación de tabiques y
techos armados con caña y bambú. En 1824, un albañil Inglés
llamado Joseph Aspdin, patentó un producto que él llamó cemento
Pórtland, pues al endurecerse adquiría un color semejante al de una
piedra de la isla Pórtland en Inglaterra. En 1838, este cemento se
utilizó por primera vez en una construcción de importancia en uno de
los túneles construidos bajo el río Támesis en Londres. David Saylor,
un técnico norteamericano, fue el primero en fabricar cemento en
América, así nacía en 1850 la industria cementera en Norteamérica.
El uso del cemento Pórtland continuó extendiéndose hasta
convertirse en el material de construcción más utilizado en el mundo.
PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO
El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas
principales: extracción y molienda de la materia prima,
homogeneización de la materia prima, producción del clínker y
molienda de cemento. La materia prima para la elaboración del
cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de
canteras o minas y dependiendo de la dureza y ubicación del
material, el sistema de explotación y equipos utilizados varía. Una
vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser
procesados por los molinos de crudo. La etapa de homogeneización
puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan
corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso
húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de
homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el
clínker a temperaturas superiores a los 1500° centígrados. En el
proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de
materia prima con el uso de maquinarias especiales. En este
proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía
es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el
objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el
clínker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas. El
clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la
etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas
cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.
PROCESO VÍA HÚMEDA
Leyenda: 1 Canteras
2 Trituración Primaria
3 Tamizado
4 Trituración Secundaria
5 Finos
6 Almacenamiento de los Materiales
7 Dosificación
8 Molino
9 Adición de Agua
10 Silos
11 Balsas de Premezclado
12 Chimenea
13 Electro Filtro
14 Horno Rotatorio
15 Enfriador del Clínker
16 Quemador
17 Depósito de Clínker y Yeso 18 Yeso
19 Dosificación
20 Material Grueso
21 Molino
22 Material Fino
23 Separador de Aire
24 Filtro
25 Silos de Almacenamiento
26 Despacho
27 Despacho a Granel
28 Ensacado
29 Despacho en Sacos 30 Despacho en Barco
PROCESO VIA SECA
Leyenda:
1 Canteras
2 Trituradora
3 Patio Materias Primas y Prehomogeneización
4 Tolva
5 Molino de Crudo
6 Filtro Electroestático
7 Silos de Homogeneización
8 Almacenamiento
9 Torre de Precalentamiento
10 Horno Rotatorio
11 Enfriador
12 Silos de Clínker
13 Molino de Cemento
14 Silo de Cemento
15 Despacho
16 Despacho a Granel
17 Ensacado
18 Despacho en Sacos
19 Muelle Barcos
Fabricación de Cemento Puzolánico utilizando Catalizador Gasto
El reaprovechamiento de los desechos silíceos aluminosos generados
en la unidad de craqueo catalítico en el proceso de fabricación de
cemento puzolánico ocurre en la etapa de molienda del clinker, no
implicando en la generación de cualquier tipo de efluente, ya sea para
el aire, agua o suelo.
Se nota en el diagrama que la única operación unitaria del
procesamiento del desecho silíceo-aluminoso en cuestión es la
molienda, o sea, a través de una simples trituración ese desecho es
transformado en su totalidad en cemento puzolánico. Se refuerza
todavía que con el aprovechamiento del desecho silíceo-aluminoso,
no se hace necesaria la utilización de arcillas y calcáreos, ni el
calentamiento de estos materiales para la formación de clinquer. De
esta forma, se economizan recursos naturales no renovables, como
las arcillas, los calcáreos y combustibles. Considerando que para
fabricación de 1 kg de clinker (base para fabricación de cemento
puzolánico) son necesarias 800 Kcal. de energía térmica; que los
combustibles normalmente utilizados en la industria de cemento son:
el carbón (5.800 kcal/kg) y el aceite (9.300 kcal/kg); que son
introducidas cerca de 8.400 toneladas por año de desechos silíceo-
aluminosos que se transforman en cemento sin necesidad de
aplicarse energía térmica, tendremos: a. una economía equivalente
en carbón del orden de 1292,28 t./año; b. una economía equivalente
en aceite en aceite combustible del orden de 722,64 ton/año.
Considerando todavía que con el reaprovechamiento de desecho se
evita una quema de esos combustibles con contenidos de azufre en
el orden de 2 a 2,5%, se evitan emisiones de SOS para la atmósfera:
a. en el caso de la quema de carbón del orden de 51,72 t./año; b. en
el caso de la quema de aceite combustible, del orden de 28,80
t./año. Como todo proceso de utilización de desechos silíceo-
aluminoso, desde su descarga hasta la entrada dentro de la
molienda, es hecha en circuito cerrado y con filtros de remoción de
polvo para el aire de transporte. Con eso, las cementeras no son
ninguna agresión al medio ambiente. La composición química de un
cemento puzolánico está en la tabla V.
Tabla V Composición Química del Cemento Puzolánico
Cal 58,2 a 65,8%
Sílice 19,8 a 26,4%
Alumina 4,2 a 9,5%
Óxido de hierro 2,2 a 4,5%
Óxido de Magnesio de ppm a 2,9%
Anhídrido sulfúrico 0,2 a 2,2%
Álcali 0,2 a 2,8%
Resíduos insolubles 0,1 a 1,4%
4. Conclusión
Se evidencia que la alternativa de reaprovechamiento de esos
desechos es más ventajosa pues permite la fabricación de un
producto de elevada importancia social como es el caso del
cemento, sin causar impactos al medio ambiente, introduciendo
inclusive una reducción de las emisiones atmosféricas y economía
en la reducción de recursos naturales no renovables. Es la
alternativa que presenta menor impacto al medio ambiente y que
mejor se encuadra en las propuestas de desarrollo sustentables,
tónica de la temática ambiental de los años 90. Utilización de
catalizador de craqueo catalítico en la fabricación de cemento.
www.escolar.com/article-php-sid=73.html
Cemento hidráulico
TIPOS DE PELIGRO/
EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PREVENCION
PRIMEROS AUXILIOS/
LUCHA CONTRA INCENDIOS
INCENDIO
No combustible. En caso de incendio en el entorno: están permitidos todos los agentes extintores.
EXPOSICION ¡HIGIENE ESTRICTA!
· INHALACION Tos. Dolor de garganta. Aire limpio, reposo.
· PIEL Piel seca. Enrojecimiento. Guantes protectores. Traje
de protección. Aclarar y lavar la piel con agua y jabón.
· OJOS
Enrojecimiento. Dolor. Quemaduras profundas graves.
Gafas ajustadas de seguridad.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.
· INGESTION Dolor abdominal. Sensación de quemazón.
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.
NO provocar el vómito. Proporcionar asistencia médica.
DERRAMES Y FUGAS ALMACENAMIENTO ENVASADO Y ETIQUETADO
NO verterlo al alcantarillado. Barrer la sustancia derramada e introducirla en un recipiente. (Protección personal adicional: respirador de filtro P1 contra partículas inertes).
Separado de ácidos fuertes. Mantener en lugar seco. Bien cerrado.
NU (transporte): No clasificado. CE: No clasificado.
ICSC: 1425 Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión Europea © CE, IPCS,2003
Fichas Internacionales de Seguridad Química
CEMENTO PORTLAND ICSC: 1425 D
A
T
O
S
I
M
P
O
R
T
A
N
T
E
S
ESTADO FISICO; ASPECTOPolvo blanco o gris brillante.
PELIGROS QUIMICOSReacciona con ácidos, aluminio metal y sales de amonio. Reacciona lentamente formando compuestos hidratados endurecidos, liberando calor y produciendo soluciones fuertemente alcalinas.
LIMITES DE EXPOSICIONTLV: 10 mg/m3 (como TWA) (ACGIH 2003) MAK: 5 (I)mg/m3 (Para cementos que contienen cromatos ver compuestos de cromo VI)(DFG 2003)
VIAS DE EXPOSICIONLa sustancia se puede absorber por inhalación.
RIESGO DE INHALACIONSe puede alcanzar rápidamente una concentración molesta de partículas en el aire, al dispersar.
EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACIONLa sustancia irrita la piel y el tracto respiratorio, es corrosiva para los ojos.
EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDAEl contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel.
PROPIEDADESFISICAS
Punto de fusión: 1000°CDensidad: 2.7-3.2 g/cm3
Solubilidad en agua: reacciona
N O T A S
El producto es principalmente una mezcla de silicatos de calcio, aluminatos, ferritos y sulfato de calcio. La adición de un estabilizador o inhibidor pueden influir en la propiedades toxicológicas de la sustancia, consultar a un experto. La sensibilización observada en el cemento es frecuentemente debida a la presencia de cromo hexavalente. Algunos cementos Pórtland pueden encontrarse libres de cromo hexavalente. En presencia de humedad, la piel puede sufrir quemazón 12 o 48 horas después de la exposición; puede no existir dolor en el momento de la exposición..
INFORMACION ADICIONAL
Los valores LEP pueden consultarse en línea en la siguiente dirección: http://www.mtas.es/insht/practice/vlas.htm
Última revisión IPCS: 2001Traducción al español y actualización de valores límite y etiquetado: 2003
NOTA LEGAL IMPORTANTE:
Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. Su posible uso no es responsabilidad de la CE, el IPCS, sus representantes o el INSHT, autor de la versión española.
www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn1425.htm
BIBLIOGRAFÍA:- www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn1425.htm
- www.escolar.com/article-php-sid=73.html
- Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2002. © 1993-2001 Microsoft
Corporation. Reservados todos los derechos.
- Materiales de Construcción – Ing° José Lezama Leyva.
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS
ELEMENTO SOL TIPO
I
ATLAS TIPO
IP
ANDINO TIPO
I
ANDINO TIPO
II
ANDINO TIPO
V
YURA TIPO
I
YURA TIPO IP
YURA TIPO IPM
PACASM.TIPO
I
PACASM.TIPO
V
RUMI TIPO
ICaO 63.20 53.65 64.18 63.83 64.60 65.90 46.30 5308. 63.02 62.92 44.19SiO2 19.79 26.28 21.86 22.58 22.51 22.66 43.51 33.34 19.50 20.50 21.67Al2O3 6.15 6.44 4.81 4.21 3.04 4.15 3.36 4.80 6.20 4.07 1.56Fe2O3 2.82 4.84 3.23 3.11 4.28 2.41 1.98 2.04 3.30 5.14 5.01K2O 0.96 1.07 0.65 0.54 0.56 - - - 0.70 0.68 0.72
Na2O 0.28 0.37 0.15 0.12 0.13 - - - 0.26 0.22 1.69SO3 2.58 2.84 2.41 2.38 2.36 1.66 1.42 2.04 2.50 1.83 1.09MgO 3.16 2.76 0.96 0.97 0.92 1.24 1.30 1.37 2.13 2.10 1.06C. L 0.52 0.29 0.59 0.40 0.55 - - - 1.20 1.10 -
P. Ign. 0.80 1.63 1.24 1.46 1.08 0.96 1.60 1.87 2.30 1.93 2.85R I 0.62 10.21 0.42 0.59 0.57 0.58 26.70 15.69 0.50 0.68 2.99
