Composicion Quimica Del Cemento

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL SEMINARIO COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO Curso: Profesor: Alumnos: TACILLA ARAUJO, Elmer John ARAUJO BAUTISTA, Fredy Francisco CARDOZO RÍOS, Víctor Omar QUIMICA Ing° JOSE CARLOS FLORES CERNA 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 más así como su importancia para un en el desarrollo de la civilización tratando de hacerlo lo didáctico posible 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 SiO 2 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 a de los enfriamiento molinos de para ser posteriormente alimentado 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. 4.2. OXIDO DE CALCIO: Se ha descrito al estudiar la cal. 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 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 a elevada temperatura, formando los siguientes 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 ( 20 °C ) Reactantes + Productos intermedios ( 450 – 1300 °C ) Alita + Belita + Caldo ( 1450 °C ) Clinker Enfriado 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 ) CALENTAMIENTO TIPO DE REACCIÓN 20 - 100 100 - 300 400 500 800 - 900 900 1250 1280 1450 ENFRIAMIENTO 1300 - 1240 Evaporación del agua libre Pérdida de agua absorbida Pérdida de agua de cristalización de la arcilla y desdoblamiento en óxidos libres. Cambios de estructuras en los minerales de sílice. Descarbonatación de la caliza. Formación de C2S, productos intermedios, aluminatos y ferroaluminatos Formación de C2S Formación de fase liquida ( caldo de aluminato y ferrita ) Recristalización de C3S y C2S 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 Al2O3 SO3 K2O y Na2O ( Álcalis ) P2O5 TiO2 C. L. ( CaO libre ) Fe2O3 R. I. ( Resid. Insoluble ) P. F. ( Pérdida al fuego ) H2O, CO2, ( Mat. Orgánica) Los componentes típicos en que interviene los óxidos antes indicados, en la composición centesimal de un cemento Pórtland, son: COMPONENTE CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O y NA2O PORCENTAJE ( % ) 61 - 67 20 - 27 4 - 7 0.5 - 4 0.1 - 5 1 - 3 0.25 - 1.5 ABREVIATURA C S A F M S1 Alcalis Fluoruros 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 de cal, óxidos tales fundamentales, formaran compuestos compuestos serán: silicato de calcio, aluminatos de Calcio y Ferro-Aluminatos de calcio. El oxido de calcio, por consiguiente, satura hasta un cierto limite los componentes ácidos y para que dicha saturación tenga lugar, las cantidades de los cuatro componentes principales han de cumplir una serie de reacciones denominadas módulos, que ya se estudio anteriormente .Es decir, la mezcla de caliza, arcilla y otros componentes han de tener una proporción conveniente de estos. Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos determinados compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro de un amplio rango de temperaturas: entre 1000 y 1450 °C, aproximadamente. Se puede considerar que el cemento se encuentra en un EQUILIBRIO CONGELADO, asumiendo que los productos enfriados producen el equilibrio existente a la temperatura de clinkerizacion. NOMENCLATURA EN EL NOMBRE Silicato Tricálcico Silicato Bicálcico Aluminato Tricálcico Ferro-aluminato tetracálcico FORMULA QUÍMICA 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3Fe2O3 CLINKER COMÚN COMERCIAL C3S C2S C3A C4AF Alita Belita Celita 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 C 2S – 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 ), ferroaluminato 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. TEMPERATURA TEMPERATURA COMPUESTO CLINKERIZADA TEMPRANA RESISTENCIA FINAL DESARROLLO DE RESISTENCIA C3S C2S C3A C4AF 4.10.3. ALTA MEDIA REDUCIDA REDUCIDA ALTA BAJA BAJA MUY BAJA ALTA ALTA BAJA MUY BAJA RAPIDO LENTO MUY LENTO RAPIDO 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 136 C4AF 485 C3A 270 = = = = = = SO3 80 224 168 + + + + CaO 56 Al2O3 + 102 Al2O3 102 + Fe2O3 159 4CaO + 3CaO + PROPORCIONES SO4Ca ---------------SO3 = 1.7 CaO ------------- = 0.70 SO3 Al2O3 --------------- = 0.64 Fe2O3 4CaO ---------------- = 0.64 Fe2O3 3CaO ----------------- = 1.65 Al2O3 2CaO . FiO2 ----------------------- = 3.07 CaO 4Ca . Al2O3 . Fe2O3 ------------------------- = 3.04 Fe2O3 Al2O3 -------------- = 0.64 Fe2O3 3CaO . Al2O3 ------------------------ = 3.65 Al2O3 3CaO . SiO2 ----------------------- = 4.07 CaO PASOS DE CÁLCULO: 1° Del SO3 : a. %SO4Ca = b. %CaO en SO4Ca a. %C4AF b. %Al2O3 en C4AF = c. % CaO en C4AF = 1.70 * % SO3 = 0.70 * %SO3 = 3.04 * %Fe2O3 0.64 * %Fe2O3 1.40 * %Fe2O3 ( II ) Al2O3 total - Al2O3 en C4AF 2.65 * Al2O3 remanente. 1.65 * Al2O3 remanente ( III ) (I) 2° Del Fe2O3: 3° Del Al2O3:Al2O3 remanente = a. %C3A = b. % CaO en C3A = 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) (2) 60X / 172 + 60Y / 228 = Q ................ 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 Fe2O3 SO3 P. Ign = = = = 64.18% 3.23% 2.41% 1.24% SiO2 K2O MgO R.I. = = = = 21.86% 0.65% 0.96% 0.42% Al2O3 = Na2O = C. L. = 4.81% 0.15% 0.59% Cálculo de Bogue: 1° Del SO3 : ( II ) 2° Del Fe2O3: a. %C4AF = b. %Al2O3 en C4AF = c. %CaO en C4AF II ) Al2O3remanente a. %C3A b. %CaO en C3A : C. L. = = = = 3.04 * 3.23 = 0.64 * 3.23 = = 1.40 * 3.23 4.81% - 2.07% 2.65 * 2.74 1.65 * 2.74 9.82 2.07 = = = = a. %SO4Ca b. %CaO en SO4Ca = = 1.70 * 2.41 = 0.70% * 2.41 = 4.097 1.667 4.52 ( 2.74% 7.261 4.530 3° Del Al2O3 : ( III ) 4° CaO libre 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 ) 21.86% - 0.42% 21.44% ( Q ) = = 52.20 22.10 6° SiO2 disponible = SiO2 disponible = 7° Determinación de C3S y C2S %C3S = 4.07 * 52.86 – 7.60 * 21.44 %C2S = 8.60 * 21.44 – 3.07 * 52.86 8° Expresión de resultados: C3S C2S C3A C4AF = = = = 52.20% 22.10% 7.26% 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 C2S C3A = 4.071 * %CaO – 7.60 * %SiO2 – 6.718 * % Al2O3 - 1.43 * % Fe2O3 – 2.852 * % SO3 = = 2.867 * % SiO2 – 0.7544 * % C3S 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 ) = C3S = 2.10 * %Al2O3 + 1.702 * %Fe2O3 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 SOL ATLAS CARACTERISTICAS TIPO TIPO I IP Peso Especifico 3.11 3.03 ( gr/cm3 ) Finura: Malla N° 100 ( % ) 0.04 0.03 Finura: Malla N° 200 ( % ) 4.14 0.38 Sup. Especifica BLAINE ( cm2/gr. ) 3477 4472 Contenido de aire 9.99 9.82 (%) Expans. Autoclave 0.18 0.15 (%) Fragua Inicial 1:49 1:59 ( Vicat ) ( hrs:min ) Fragua final ( Vicat ) 3:29 3:41 ( Hrs:min ) RESISTENCIA A COMPRENSIÓN ( Kg/cm3 ) F´c = 3 días 254 235 F´c = 7 días 301 229 F´c = 28 días 357 349 ANDINO TIPO 3.11 0.34 5.66 3300 6.50 0.02 2:50 3:45 ANDINO ANDINO YURA YURA YURA PACAS. PACAS. TIPO TIPO TIPO TIPO TIPO TIPO TIPO I II V I IP IPM I V 3.11 3.18 3.11 2.86 2.95 0.10 4.71 3400 5.35 0.01 3:15 4:30 0.20 2.58 3400 5.22 0.01 2:15 3:45 3597 0.20 2:00 4:00 4086 0.11 2:00 4:10 3848 0.26 2:10 4:10 3400 10.50 0.22 2:29 5:10 3300 10.10 0.14 2:40 5:20 204 289 392 160 205 320 184 243 362 242 335 386 140 222 316 240 299 367 168 210 273 154 196 258 HIDRATACIÓN DEL ... LUEGO DE AGOTARSE EL SUMINISTRO DE YESO ETAPAS RX PRIMEROS MINUTOS PROCESO QUIMICO RAPIDA DISOLUCIÓN SULFATOS, ALUMINATOS, HIDRATACIÓN INICIAL DEL OS FORMA DE ETRINSITA 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 RAPIDO DE C3S POR FORMAR E-S-H Y CH DECRECE EN CA+2 PROCESO FISICO ELEVADA VELOCIDAD DE DESARROLLO DE CALOR FORMACIÓN DE LOS PRIMEROS PRODUCTOS DE HIDRATACIÓN, INCREMENTO CONTINUO DE LA VISCOSIDAD RELEVANCIA A LAS PROPIEDADES MECANICAS INFLUENCIA ES LA SUBSIGUIENTE DRAGUA FORMACIÓN DE ETRINGITA Y HOMOSULFOALUMINATOS, FRAGUA Y TRABAJABILIDAD FRAGUA INICIAL Y FINAL. CONSISTENCIA PLASTICA A RIGIDO DESARROLLO DE RESISTENCIA TEMPRANA CONTINUO DESARROLLO DE RESISTENCIA MECANICA PERO VELOCIDAD BAJA. POROSIDAD Y MORFOLOGÍA DEL SISTEMA DETERMINADA. LA RESISTENCIA MECANICA ULTIMA. ESTABILIDAD EN VOLUMEN Y DURABILIDAD PRIMERAS HORAS ( PERIODO DE INDUCCIÓN ) APROXIMADAMENTE 3 – 12 HORAS ( ETAPA DE ACELERACIÓN ETAPA POST ACELERACION RAPIDA FORMACIÓN DE HIDRATOS LLEVA A LA SOLIDIFICACION Y DECRECE LA POROSIDAD ALTO GRADO DE EVOLUCION DE CALOR DIFUDION CONTROLADA DECRECE LA EVOLUCION DE FORMACIÓN DE C-S-H CALOR CONTINUO RECRISTALIZACION DE CRECIMIENTO DE POROS, ETRINCITA Y FORMACIÓN DE ENLACE MONOSULFOALUMINATO Y PARTICULAS Y HASTA ALGUNA PULVERIZACIÓN EN AGREGADOS POSIBLES SILICATOS HIDRATADOS DEL C2S EMPIEZA A SER SIGNIFICATIVA Composición Tipica Calculada y Finura de los Cementos Pórtland. Tipo de Cemento Pórtland ASTM CSA I Normal II Moderado III De Rápido Endurec. IV De bajo calor Hidrat. V Resistente a los Sulf. * Composición Porcentaje C3S 50 42 60 26 40 C2S 24 33 13 50 40 C3A 11 5 9 5 4 C4AF 8 13 8 12 9 Finura cm2/gr ** 1800 1800 2600 1900 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 ** Wagner. La finura ha sido determinada en la prueba del Turbidimetro de 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 silíceoaluminosos 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 silíceoaluminoso, 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 INCENDIO EXPOSICION · INHALACION · PIEL PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS No combustible. PREVENCION PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS En caso de incendio en el entorno: están permitidos todos los agentes extintores. ¡HIGIENE ESTRICTA! Tos. Dolor de garganta. Aire limpio, reposo. Piel seca. Enrojecimiento. Guantes protectores. TrajeAclarar y lavar la piel con de protección. agua y jabón. 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. NO provocar el vómito. Proporcionar asistencia médica. · OJOS · INGESTION Dolor abdominal. No comer, ni beber, ni Sensación de quemazón. fumar durante el trabajo. DERRAMES Y FUGAS ALMACENAMIENTO ENVASADO Y ETIQUETADO NU (transporte): No clasificado. CE: No clasificado. NO verterlo al alcantarillado. Separado de ácidos fuertes. Barrer la sustancia derramada e Mantener en lugar seco. Bien introducirla en un recipiente. cerrado. (Protección personal adicional: respirador de filtro P1 contra partículas inertes). 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 D A T O S I M P O R T A N T E S ICSC: 1425 ESTADO FISICO; ASPECTO Polvo blanco o gris brillante. PELIGROS QUIMICOS Reacciona con ácidos, aluminio metal y sales de amonio. Reacciona lentamente formando compuestos hidratados endurecidos, liberando calor y produciendo soluciones fuertemente alcalinas. VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación. RIESGO DE INHALACION Se puede alcanzar rápidamente una concentración molesta de partículas en el aire, al dispersar. EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita la piel y el tracto respiratorio, es corrosiva para los ojos. LIMITES DE EXPOSICION TLV: 10 mg/m3 (como TWA) (ACGIH 2003) MAK: 5 (I)mg/m3 (Para cementos que EFECTOS DE EXPOSICION contienen cromatos ver compuestos de PROLONGADA O REPETIDA cromo VI)(DFG 2003) El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel. PROPIEDADES Punto de fusión: 1000°C FISICAS Densidad: 2.7-3.2 g/cm3 Solubilidad en agua: reacciona NOTAS 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 Última revisión IPCS: 2001 Los valores LEP pueden consultarse en línea en Traducción al español y actualización de valores la siguiente dirección: límite y etiquetado: 2003 http://www.mtas.es/insht/practice/vlas.htm 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. NOTA LEGAL IMPORTANTE: 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 SOL ATLAS ANDINO ANDINO ANDINO YURA ELEMENTO TIPO TIPO TIPO TIPO TIPO TIPO I IP I II V I CaO 63.20 53.65 64.18 63.83 64.60 65.90 SiO2 19.79 26.28 21.86 22.58 22.51 22.66 Al2O3 6.15 6.44 4.81 4.21 3.04 4.15 Fe2O3 2.82 4.84 3.23 3.11 4.28 2.41 K2O 0.96 1.07 0.65 0.54 0.56 Na2O 0.28 0.37 0.15 0.12 0.13 SO3 2.58 2.84 2.41 2.38 2.36 1.66 MgO 3.16 2.76 0.96 0.97 0.92 1.24 C. L 0.52 0.29 0.59 0.40 0.55 P. Ign. 0.80 1.63 1.24 1.46 1.08 0.96 RI 0.62 10.21 0.42 0.59 0.57 0.58 YURA TIPO IP 46.30 43.51 3.36 1.98 1.42 1.30 1.60 26.70 YURA PACASM. PACASM. RUMI TIPO TIPO TIPO TIPO IPM I V I 5308. 63.02 62.92 44.19 33.34 19.50 20.50 21.67 4.80 6.20 4.07 1.56 2.04 3.30 5.14 5.01 0.70 0.68 0.72 0.26 0.22 1.69 2.04 2.50 1.83 1.09 1.37 2.13 2.10 1.06 1.20 1.10 1.87 2.30 1.93 2.85 15.69 0.50 0.68 2.99