CEMENTO y
La fabricación del cemento se realiza moliendo a la vez piedra caliza y pizarras (mezclas de diferentes aluminosilicatos), llevando dicha mezcla molida a calentar a unos 1500ºC de temperatura.
y
La reacción química que se produce, libera dióxido de carbono(CO2), fundiéndose parcialmente dichos componentes formando terrones sólidos conocidos con el nombre de clinker o también, escorias del cemento.
y
El material resultante es molido hasta llegar a la pulverización y se mezcla con una muy pequeña cantidad del compuesto sulfato de calcio. Dicha mezcla es el famoso cemento de Portland .
LA DEFINICIÓN DE CEMENTO QUE FIGURA EN LA NORMA IRAM 50000 DICE: "Conglomerante hidráulico obtenido como producto en una fábrica de cemento cemento con una combinación entre la cal (caliza) más sílice (arcilla), y que además contiene al clínker portland como constituyente necesario. Es un material inorgánico finamente dividido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua".
FABRICACIÓN DEL CEMENTO Se usan dos procesos principales para la fabricación del cemento:
EL PROCESO SECO: Donde las materias primas son reducidas a un tamaño apropiado, luego son molidas, mezcladas y alimentadas al horno para formar el clinker, después del cual se agrega yeso al clinker y la mezcla final es molida para formar el cemento portland.
EL PROCESO HÚMEDO: Difiere del anterior en que para adecuar la materia prima, se agrega agua durante la molienda, empieza con la extracción de la piedra caliza de la cantera, esta piedra debe ser reducida de tamaño. El material así preparado está listo para ingresar al horno, donde a altas temperaturas se transforman los óxidos naturales en un mineral artificial llamado clínker. La última parte del proceso consiste en la molienda del clínker con un poco de yeso natural para regular el fraguado, y cuando se agregan aditivos y otros materiales.
LAS ETAPAS EN EL PROCESO SECO DE OBTENCIÓN DEL CEMENTO SON: y y y
y y y y y
y
Selección de la materia prima Trituración y molienda de la materia prima. Pre homogenización (mezcla de los materiales en las proporciones correctas, para obtener el polvo crudo). Molienda del polvo crudo. Homogenización del polvo crudo. Calcinación del polvo crudo. Almacenamiento de clinker. Transformación de clinker en cemento (Molienda del producto calcinado, conocido como clínker, junto con una pequeña cantidad de yeso). Almacenamiento y embarque
MATERIAS PRIMAS: El proceso de producción se inicia con la extracción de las materias primas (caliza y otros) de la zona de canteras mediante un sistema de explotación superficial.
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 di hidrato. PARA FABRICAR EL CLINKER, Base para la fabricación del cemento, se requiere esencialmente caliza y pizarra con 4 óxidos fundamentales bióxido de silicio (SiO2) ; oxido de aluminio (Al2O3), oxido ferrico (Fe2O3) y oxido de calcio (CaO). La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clínker.
LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER: (CaO ±SiO2 ± Al2O3 ± Fe2O3)
CALIZA: La caliza representa el 80% de las materias primas que forman el clínker. Por eso conviene que esté cerca de la planta. CAOLÍN : El caolín es una arcilla con alto contenido de alúmina que se utiliza parfabricación del cemento blanco.
Materias primas para cement o
TRITURACIÓN Y MOLIENDA DE LA MATERIA PRIMA. Todo el material necesita reducirse al tamaño máximo de ¾´, para que pueda alimentar a los molinos, de manera que es preciso triturar las grandes rocas resultantes de las voladuras de caliza. Generalmente esta operación (trituración primaria y trituración secundaria) se realiza en las mismas canteras, de donde se transporta el material a los respectivos patios de almacenamiento de la planta
Trituración y molienda de la materia prima
PREHOMOGENIZACIÓN: La pre homogenización se lleva a cabo mediante un sistema especial de almacenamiento y recuperación de los materiales triturados, de tal forma que el material resultante se uniforma en distribución de tamaño y composición
Pre homogenización
Una vez triturada, pres homogeneizados y dosificados, las materias primas alimentan a los molinos de crudo.
MOLIENDA DE POLVO CRUDO: La molienda se realiza para facilitar la reacción química de los materiales en el horno, en los molinos se hace un muestreo a cada hora, se verifica la composición química, y se comprueba la finura del polvo.
Molienda de polvo crudo
El resultado del análisis indica si es preciso ajustar la dosificación y la finura, ya que la mezcla cruda necesariamente debe conservar cierta relación entre los óxidos de silicio, aluminio, fierro y calcio.
HOMOGENEIZACIÓN DE POLVO CRUDO: El producto de la molienda se lleva a un silo homogeneizador, donde un sistema neumático mezcla el material para mejorar su uniformidad, y lo deposita en los silos de almacenamiento. De los silos sale a una tolva de nivel constante que lo transporta a la parte más alta de la unidad de calcinado
Homogeneización CALCINACIÓN DEL POLVO CRUDO: La calcinación es el proceso de transformación en las calderas del Carbonato calcico o piedra caliza (CaCO3) en cal viva (CaO) y anhídrido carbónico (CO2), mediante calentamiento en un horno calcinador.
CaCO3 --> CaO + CO2 Los cambios físicos y químicos son graduales. Cuando el polvo crudo entra a la cuarta zona del horno cambia su composición química en una suma de compuestos que se llama clínker. La palabra clínker procede del inglés y significa 'escoria'. Se define clínker como el producto obtenido por fusión incipiente de materiales arcillosos y calizos que contengan óxido de calcio, silicio, aluminio y fierro en cantidades convenientemente calculadas.
Calcinación de polvo crudo
ALMACENAMIENTO DE CLINKER: El clinker frió se almacena a cubierto, de donde se conduce a la molienda final en la combinación con yeso, puzolana, caliza y otros y otros aditivos, según el tipo de cemento que se desea obtener.
Almacenamient o de clinker PARA PRODUCIR CEMENTO Se pulveriza el clinker, y se le agrega yeso como retardador del fraguado, y la puzolana natural, que es un material volcánico, la cual contribuye a la resistencia del cemento.
El yeso que se mezcla funciona como retardador del fraguado. La combinación de clínker y yeso alcanza una proporción óptima. Es decir, para obtener un cemento con mayor resistencia se requiere agregar el yeso necesario solamente.
Transf ormación de clinker en cemento YES O:
El yeso que se usa es el sulfato de calcio dihidratado (CaSO4 · 2 H2O). Reacciona con el aluminato tricalcico (C3A) del cemento para formar Etringita (Ca6 [Al(OH)6]2(SO4)3·26H2O), la formación de esta etringita es la que aumenta el tiempo de fraguado en el clinker, pero cuando se forma de manera retardada produce efectos de expansión en la matriz lo cual la deteriora.
3CaO.Al2O3 + 3(C aSO4.2H2O) + 26H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (Etringita) PROCESO FÍSICO-QUÍMICO: La transformación del polvo crudo en clínker es un proceso donde ocurren cambios físico-químicos.
En general, el proceso de fabricación de cemento implica las siguientes reacciones, que se efectúan dentro de la unidad de calcinación. y
y
y
El secado implica la evaporación de la humedad de la materia prima a una temperatura de 110° C. La deshidratación se da a temperaturas mayores de 450° C, y significa la pérdida del agua químicamente unida a compuestos tales como algunas arcillas y agregados. A los 900° C la caliza se descompone en cal viva (CaO) y dióxido de carbono (CO2). Esta cal está lista para reaccionar y debe ser tratada rápidamente a la zona de clinkerización.
CaCO3(s) ---------> C aO(s) + CO2(g)
Los óxidos de hierro comienzan a reaccionar con la cal y la alúmina, para formar ferroaluminato tetracálcico ( C4AF ) líquido a la temperatura de 1300°C, a la que se disuelve los minerales, incrementando la reacción entre ellos. A los 1338° C los materiales disueltos en el ferroaluminato tetracálcico (C4 AF) reaccionan, formando todo el silicato dicálcico (C2S).
2CaO(s) + SiO2(s) ---------> C a2SiO4(s) El aluminato tricálcico (C3A) se termina de formar a los 1400° C. La cal que se encuentra en exceso y reacciona con parte del silicato dicálcico (C2S) para formar silicato tricálcico (C3A).
CaO(s) + Ca2SiO4(s) --------> C a3SiO5(s)
Almacenamient o y embarque De los silos que almacenan los diferentes tipos de cemento o mortero parten unos ductos para sacar el producto y llevarlo, en uno de los casos, hacia la ensacadora; en otro hacia el terminal de carga para la entrega a granel El cemento a granel se distribuye en trailer equipados de contenedores especiales que se presurizan para descargar el cemento, o bien, se envía por ferrocarril desde la planta.
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(Fe) y magnesio(Mg). Para retardar el proceso de endurecimiento se suele añadir yeso. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico (3CaO·SiO2), el cual forma una sílice (dióxido de silicio) (SiO2) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio (Ca(OH)2). Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento²para crear una masa dura. El aluminato tricálcico(3CaO·Al2O3), actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla La hidratación del silicato dicálcico (2CaO·SiO2), actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años. 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: y y y y y
óxido de calcio (44%), óxido de silicio (14,5%), óxido de aluminio (3,5%), óxido de hierro (3%) óxido de magnesio (1,6%).
En la sección de temperatura menor , el carbonato de calcio (calcáreo) se separa en óxido de calcio y bióxido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y Aluminoferrito de tricalcio (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clinker.
EL CEMENTO OBTENIDO TIENE UNA COMPOSICIÓN DEL TIPO: y
64% óxido de calcio
y
21% óxido de silicio
y
5,5% óxido de aluminio
y
4,5% óxido de hierro
y
2,4% óxido de magnesio
y
1,6% sulfatos
y
1% otros materiales, entre los cuales principalmente agua.
Cuando el cemento Portland es mezclado con el agua, el producto solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas.
ENTRE LOS TIPOS BÁSICOS DE CEMENTO PODEMOS DESTACAR DOS: CEMENTO DE ORIGEN ARCILLOSO: El cual se obtiene partiendo de la arcilla y la caliza.
CEMENTO DE ORIGEN PORCELÁNICO: Dicha porcelana puede ser de origen orgánico, también volcánico.
CLASIFICASION DE LOS CEMENTOS Y DE ACUERDO A LAS NORMAS DE LA UNION EUROPEA: Se clasifican en tipos por sus usos que a la vez se subdividen en otros por sus características físicas, químicas y su resistencia.
p
TIPO I O NORMAL (cement o pórtland gris y cemento portland blanco): Este tipo para uso general. Se recomienda para construcciones normales en que no se requieren las propiedades especiales de los otros tipos.
y
Uso para hormigones en masa, armados y pretensados y morteros en general.
SU COMPOSICION QUÍMICA ES: y
55% (C 3 S), el 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2,8% de MgO, 2.9% (SO3), un 1,0% la pérdida de ignición , y 1.0 % CaO libre.
y
Una limitación de la composición es que el (C por ciento.
p
3
A) no deberá exceder del quince
TIPO II O MODER ADO (cemento portland gris y cemento pórtland blanco): 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 SO 4 = 0.1 ± 0.2%.
y
Uso para hormigones en masa y armados y morteros en general. Adiciones: Escorias de horno alto, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales y calizas.
SU COMPOSICION QUÍMICA ES: y
51% (C 3 S), el 24% (C 2 S), el 6% (C 3 A), el 11% (C 4 AF), 2,9% de MgO,2.5% (SO3), el 0,8% de pérdida de ignición, y 1.0 % CaO libre.
CEMENTO PÓRTLAND BLANCO CON ADICIONES. TIPO III O DE RÁPIDO ENDURECIMIENTO (cemento puzolanico): Este tipo de cemento permite obtener con rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos.
SU COMPOSICION QUÍMICA ES: y
57% (C 3 S), el 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3,0% de MgO, 3.1% (SO3), el 0,9% de pérdida de ignición, y 1.3 % CaO libre.
Un cement o puzolánico contiene apr oximadamente: y
55-70% de clinker Portland
y
30-45% de puzolana
y
2-4% de yeso
TIPO IV O DE BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN (cemento pórtland blanco): Sus características principales son: altos porcentajes de C 2S y C4 AF; lenta generación de calor; buena resistencia a la acción 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.
SU COMPOSICION QUÍMICA ES: y
28% (C 3 S), el 49% (C 2 S), el 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1,8% de MgO, 1.9% (SO3), el 0,9% de pérdida de ignición, y el 0,8 % CaO libre.
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 presente en el suelo como: SO 4 = 0.2 ± 2% o sulfato en agua),la cual se obtiene por un alto contenido de C 3 A (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. Por sus características es el cemento que mas se aproxima al cemento ideal.
SU COMPOSICION QUÍMICA ES: y
38% (C 3 S), el 43% (C 2 S), el 4% (C 3 A), el 9% (C 4 AF), el 1,9% de MgO, 1,8% (SO3), el 0,9% de pérdida de ignición, y el 0,8 % CaO libre.
CEMENTO DE FRAGUADO RÁPIDO: Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una temperatura menor (1.000 a 1.200 °C).Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y reparaciones.
CEMENTO ALUMINOSO: El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio.
El cement o aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos: y
35-40% óxido de calcio
y
40-50% óxido de aluminio
y
5% óxido de silicio
y
5-10% óxido de hierro
y
1% óxido de titanio
Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
y
60-70% CaOAl2O3
y
10-15% 2CaOSiO2
y
4CaOAl2O3Fe2O3
y
2CaOAl2O3SiO2
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