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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUIMICA

ESCUELA DE FORMAACION PROFESIONAL DE

INGENIERIA CIVIL

QUIMICA GENERAL “EL CEMENTO” DOCENTE: ING. HECTOR SUAREZ ACOSTA ALUMNOS LUZA CASTRO, Erick Javier DURAND YARANGA, Alex Wilmer LOPE TABOADA, Yulber Michael HUERTAS CISNEROS, Yury Erich

AYACUCHO – 2016

INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

Contenido Definición ...................................................................................................................................... 3 El cemento................................................................................................................................. 3 Propiedades del cemento ............................................................................................................. 4 Resistencia................................................................................................................................. 4 Estabilidad de volumen ............................................................................................................. 4 Adhesión.................................................................................................................................... 4 Otros.......................................................................................................................................... 4 Descripción de componentes ........................................................................................................ 5 ¿Cómo se produce? ....................................................................................................................... 8 Trituración y molienda de la materia prima.............................................................................. 8 Molienda ................................................................................................................................... 9 Calcinación del polvo crudo ...................................................................................................... 9 Transformación del Clinker en cemento ................................................................................. 10 Tipos de fabricación ................................................................................................................ 10 Tipos de Cemento ....................................................................................................................... 11 Cemento portland ................................................................................................................... 11 Tipos de Cemento portland: ................................................................................................... 11 Cemento puzolánico................................................................................................................ 12 Cemento tipo MS .................................................................................................................... 12 Cemento de albañilería ........................................................................................................... 12 El cemento en el Perú ................................................................................................................. 13

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Definición El cemento Cualquier sustancia que aglutine materiales puede considerarse como cemento. En construcción el término "cemento" se refiere a aquellos agentes que se mezclan con agua para obtener una pasta aglutinante. El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos debe producir un hormigón o mortero que conserve su trabajabilidad durante un tiempo suficiente, alcanzar unos niveles de resistencias preestablecido y presentar una estabilidad de volumen a largo plazo. El endurecimiento hidráulico del cemento se debe principalmente a l hidratación de los silicatos de calcio, aunque también pueden participar en el proceso de endurecimiento otros compuestos químicos, como por ejemplo, los aluminatos. La suma de las proporciones de óxido de calcio reactivo (CaO) y de dióxido de silicio reactivo (SiO2) será al menos del 50% en masa, cuando las proporciones se determinen conforme con la Norma Europea EN 196-2.

Los cementos están compuestos de diferentes materiales (componentes) que adecuadamente dosificadas mediante un proceso de producción controlado, le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y resistencias adecuadas al uso deseado. Existen, desde el punto de vista de composición normalizada, dos tipos de componentes:

Componente principal: Material inorgánico, especialmente seleccionado, usado en proporción superior al 5% en masa respecto de la suma de todos los componentes principales y minoritarios. Componente minoritario: Cualquier componente principal, usado en proporción inferior al 5% en masa respecto de la suma de todos los componentes principales y minoritarios.

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Propiedades del cemento Resistencia Es una cualidad muy característica del cemento, es muy resistente a temperaturas elevadas, al ambiente, al clima, al agua, gracias a sus propiedades físicas y químicas que lo hacen resistente a ataques quimicos. Inicialmente la resistencia es elevada, pero tiende a disminuir con el tiempo.

Estabilidad de volumen Una vez fraguado el cemento, este conservara su volumen y forma por un tiempo muy prolongado, que es producto de su propiedad de autoadhesión, gracias a las partículas que componen a este material.

Adhesión Las diminutas partículas que forman el cemento al entrar en contacto con el agua quedan enlazadas en fase cristalina incluso se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, y esto da lugar a la mayoría de propiedades del cemento, esta propiedad es responsable del fraguado, endurecimiento y la estabilidad dimensional, la resistencia en la parte solida se da gracias al hidrato del silicato de calcio, mientras menos poros tenga la mezcla, los resultados serán más duros

Otros -

Consistencia. Tiempo de fraguado. Agarrotamiento prematuro (fraguado rápido). Perdida por calcinación.

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Descripción de componentes Caliza (L) Especificaciones: CaCO3 >= 75% en masa. Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g. Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,50% en masa.

Caliza (LL) Especificaciones: CaCO3 >= 75% en masa. Contenido de arcilla < 1,20 g/100 g.

Caliza, principal componente del cemento.

Contenido de carbono orgánico total TOC) <= 0,20% en masa.

Cenizas volantes calcáreas (W) Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante calcárea es un polvo fino que tiene propiedades hidráulicas y/o puzolánicas. Composición: SiO2 Especificaciones:

reactivo,

Al2O3,

Fe2O3

y

otros

compuestos.

CaO reactivo > 10,0% en masa si el contenido está entre el 10,0% y el 15,0% las cenizas volantes calcáreas con más del 15,0% tendrán una resistencia a compresión de al menos 10,0 Mpa a 28 días SiO2 reactivo >= 25% Expansión estabilidad) <= 10 mm Pérdida por calcinación <= 5,0% en masa si está entre el 5,0% y 7,0% en masa (pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al hielo, y la ompatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización)

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Cenizas volantes silíceas (V) Las cenizas volantes se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. La ceniza volante silícea es un polvo fino de partículas esféricas que tiene propiedades puzolánicas. Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones: (SiO2) reactivo >= 25% CaO reactivo < 10,0% en masa CaO libre < 1,0% en masa si el contenido es superior al 1,0% pero inferior al 2,5% es también aceptable con la condición de que el requisito de la expansión (estabilidad) no sobrepase los 10 mm Pérdida por calcinación < 5,0% en masa si el contenido está entre el 5,0% y 7,0% en masa pueden también aceptarse, con la condición de que las exigencias particulares de durabilidad, y principalmente en lo que concierne a la resistencia al al hielo, y la compatibilidad con los aditivos, sean cumplidas conforme a las normas o reglamentos en vigor para hormigones o morteros en los lugares de utilización.

Clínker (K) El Clinker es el principal componente del cemento, se obtiene por sintetización de una mezcla especificada con precisión de materias primas (crudo, pasta o harina). Composición química: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones: (CaO)/(SiO2) >= 2,0

3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 >= 2/3

MgO <= 5,0%

Clinker

Aluminato de Calcio

El Clinker de cemento de aluminato de calcio es un material hidráulico que se obtiene por fusión o sintetización de una mezcla homogénea de materiales aluminosos y calcáreos conteniendo elementos, normalmente expresados en forma de óxidos, siendo los principales los óxidos de aluminio, calcio y hierro (Al2O3, CaO, Fe2O3), y pequeñas cantidades de óxidos de otros elementos (SiO2, TiO2, S=, SO3, Cl-, Na2O, K2O, etc.). El componente mineralógico fundamental es el aluminato monocálcico (CaO Al2O3)

Clinker

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Escoria granulada de horno alto (S) La escoria granulada de horno alto se obtiene por enfriamiento rápido de una escoria fundida de composición adecuada, obtenida por la fusión del mineral de hierro en un horno alto. Composición química: CaO, SiO2, MgO, Al2O3 y otros compuestos. Especificaciones: Fase vítrea >= 2/3 CaO + MgO + SiO2 >= 2/3

CaO + MgO)/SiO2) > 1,0

Esquistos calcinados (T) El esquisto calcinado, particularmente el bituminoso, se produce en un horno especial a temperaturas de aproximadamente 800ºC y finamente molido presenta propiedades hidráulicas pronunciadas, como las del cemento Portland, así como propiedades puzolánicas. Composición: SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3 y otros compuestos. Especificaciones: Resistencia a compresión a 28 días >= 25,0 MPa

La expansión estabilidad) <= 10 mm

NOTA: Si el contenido en sulfato SO3 del esquisto calcinado excede el límite superior permitido para el contenido de sulfato en el cemento, esto debe tenerse en cuenta por el fabricante del cemento reduciendo convenientemente los constituyentes que contienen sulfato de calcio.

Humo de Sílice (D) El humo de Sílice se origina por la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos de arco eléctrico, para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio, y consiste en partículas esféricas muy finas. Especificaciones: SiO2) amorfo >= 85%

Pérdida por calcinación <= 4,0% en masa

Superficie específica BET) >= 15,0 m2/g

Puzolana natural (P) Las puzolanas naturales son normalmente materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias de composición silícea o silico-aluminosa o combinación de ambas, que finamente molidos y en presencia de agua reaccionan para formar compuestos de silicato de calcio y aluminato de calcio capaces de desarrollar resistencia. Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3, CaO y otros compuestos. Especificaciones: SiO2 reactiva > 25% Puzolana natural calcinada (Q) Las puzolanas naturales calcinadas son materiales de origen volcánico, arcillas, pizarras o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico. Composición química: SiO2 reactivo, Al2O3, Fe2O3, CaO y otros compuestos. Especificaciones: SiO2 reactiva > 25%

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¿Cómo se produce? Trituración y molienda de la materia prima La trituración de la roca, se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa en una chancadora primaria, del tipo cono que puede reducirla de un tamaño máximo de 1.5 m hasta los 25 cm. El material se deposita en un parque de almacenamiento. Seguidamente, luego de verificar su composición química, pasa a la trituración secundaria, reduciéndose su tamaño a 2 mm aproximadamente.

Chancadora o trituradora Luego de triturarse la caliza y arcilla en las canteras mismas, de las cuales se la transporta a la planta de procesamiento, se le mezcla gradualmente hasta alcanzar la composición adecuada, dependiendo del tipo de cemento que se busque elaborar, obteniéndose el polvo crudo. El material triturado se lleva a la planta propiamente dicha por cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización.

Homogenización del material triturado

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Molienda La siguiente etapa comprende la molienda, por molinos de bolas o por prensas de rodillos, que producen un material de gran finura. En este proceso se efectúa la selección de los materiales, de acuerdo al diseño de la mezcla previsto, para optimizar el material crudo que ingresará al horno, considerando el cemento de mejores características. El material resultante constituido por un polvo de gran finura debe presentar una composición química constante.

Molino de bolas donde se pulveriza el material.

Calcinación del polvo crudo El polvo crudo es introducido mediante sistema de transporte neumático y debidamente dosificada a un intercambiador de calor por suspensión de gases de varias etapas, en la base del cual se instala un moderno sistema de pre calcinación de la mezcla antes de la entrada al horno rotatorio donde se desarrollan las restantes reacciones físicas y químicas que dan lugar a la formación del clinker. El intercambio de calor se produce mediante transferencias térmicas por contacto íntimo entre la materia y los gases calientes que se obtienen del horno, a temperaturas de 950 a 1,100°C en un sistema de 4 a 6 ciclones en cascada, que se encuentran al interior de una torre de concreto armado de varios pisos, con alturas superiores a los cien metros.

Horno donde se lleva a cabo el proceso de calcinacion

Clinker

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Transformación del Clinker en cemento Posteriormente el Clinker se enfría y almacena a cubierto, y luego se le conduce a la molienda final, mezclándosele con yeso (retardador del fraguado), puzolana (material volcánico que contribuye a la resistencia del cemento) y caliza, entre otros aditivos, en cantidades que dependen del tipo de cemento que se quiere obtener. Como resultado final se obtiene el cemento. El horno es el elemento fundamental para la fabricación del cemento. Está constituido por un tubo cilíndrico de acero con longitudes de 40 a 60 m y con diámetros de 3 a 6 m, que es revestido interiormente con materiales refractarios, en el horno para la producción del cemento se producen temperaturas de 1,500 a 1,600°C, dado que las reacciones de clinkerización se encuentra alrededor de 1,450°C. El Clinker que egresa al horno de una temperatura de 1,200 °C pasa luego a un proceso de enfriamiento rápido por enfriadores de parrilla. Seguidamente por transportadores metálicos es llevado a una cancha de almacenamiento.

Desde este depósito y mediante un proceso de extracción controlada, el Clinker es conducido a la molienda de cemento por molinos de bolas a circuito cerrado o prensas de rodillos con separadores neumáticos que permiten obtener una finura de alta superficie específica. El cemento así obtenido es transportado por medios neumáticos para depositarse en silos donde se encuentra listo para ser despachado.

Tipos de fabricación En la fabricación seca, una vez que las materias primas han sido trituradas, molidas y homogeneizadas pasan a un horno que alcanza temperaturas de 1,400 grados centígrados, obteniéndose de este modo el Clinker. Seguidamente, se deja reposar el Clinker por un periodo de entre 10 y 15 días para luego adicionarle yeso y finalmente triturarlo para obtener cemento. En la fabricación por vía húmeda, se combinan las materias primas con agua para crear una pasta que luego es procesada en hornos a altas temperaturas para producir el Clinker. En el Perú, la mayor parte de las empresas utilizan el proceso seco

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Tipos de Cemento Cemento portland Se obtiene por la pulverización de Clinker portland con la adición de una o más formas de yeso, todos los productos a pulverizarse deben hacerse conjuntamente con el Clinker, el cemento portland mezclado con agua tiene características plásticas con propiedades adherentes que se solidifica en algunas horas y endurece progresivamente hasta adquirir su resistencia característica, proceso llamado hidratación, es utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto , está compuesto por: 64% de óxido de calcio

1% de otros materiales

21% de óxido de silicio

Agua dentro de este 1%

5.5% de óxido de aluminio 4.5% de óxidos de hierro 2.4% de óxido de magnesio 1.6% de sulfatos

Tipos de Cemento portland: TIPO I: es el de uso general, no requiera de propiedades ni características especiales TIPO II: Resistente al ataque moderado de sulfatos como por ejemplo en las tuberías de drenaje, muros de contención, presas. TIPO III: Altas resistencias a edades tempranas, menos de una semana. TIPO IV: Muy bajo calor de hidratación. TIPO V : muy resistente a sulfatos se usa para la construcción de plataformas marinas.

Tipo II

Tipo I

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Cemento puzolánico Puzolana mezclada con cal se comporta como el cemento puzolanico y permite la preparación de una buna mezcla en grado de fraguar incluso bajo el agua, esta propiedad permite el empleo del hormigón Composición: 55-70 % de Clinker Portland

30-45 % de puzolana

2-4 % de yeso

Puesto que su contenido en cal es bajo y el faltante es remplazado por puzolana, este cemento es mas resistente a las aguas agresivas y es utilizado en climas calurosos, y para elementos que requieren gran durabilidad e impermeabilidad. La puzolana será un material silicoso o silicoaluminoso, que por sí misma puede tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividida y en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas.

Cemento tipo MS Que corresponde a la norma de performance de cementos Portland adicionados, en el tipo de moderada resistencia a los sulfatos.

Cemento de albañilería El cemento de albañilería es el material obtenido por la pulverización conjunta de Clinker Portland y materiales que aun careciendo de propiedades hidráulicas o puzolánicas, mejoran la plasticidad y la retención de agua, haciéndolos aptos para trabajos generales de albañilería.

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El cemento en el Perú La introducción del cemento en el Perú se inicia en la década de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidráulicas desarrollado a inicios del siglo. En 1869 se efectuaron las obras de canalización de Lima, utilizando este tipo de cemento. En 1902 la importación de cemento fue de 4,500 T.M. Posteriormente, en 1904 el Ingeniero Michel Fort publicó sus estudios sobre los yacimientos calizos de Atocongo, ponderando las proyecciones de su utilización industrial para la fabricación de cemento. En 1916 se constituyó Cía. Nac. de Cemento Portland para la explotación de las mencionadas canteras. Las construcciones de concreto con cemento Portland se inician en la segunda década del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bóvedas y losas reforzadas de la Estación de Desamparados y la antigua casa Oechsle. También, en algunos edificios del Jr. de la Unión y en el actual teatro Municipal. A partir de 1920 se generaliza la construcción de edificaciones de concreto armado, entre ellos las aún vigentes: Hotel Bolivar, Sociedad de Ingenieros, Club Nacional, el Banco de la Reserva, la Casa Wiesse y otros. Asimismo, se efectúan obras hidráulicas, la primera de ellas la Bocatoma del Imperial, construida en 1921, empleando 5,000 m 3 de concreto

Planta de cemento Andino

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