El siguiente informe ha sido ideado con el objetivo de adquirir un conocimiento más completo y útil

acerca de la Composición Química del Cemento.

Este texto está basado en los conocimientos de autores que constituyen una gama de científicos e

ingenieros reconocidos expertos en solucionar problemas, tratando de aclarar y fijar las ideas

básicas sobre la Química del Cemento.

En el presente trabajo grupal hemos pretendido dar a conocer todo sobre los procesos de

obtención y fabricación de los diferentes tipos de cementos así como su importancia en el

desarrollo de la civilización tratando de hacerlo lo más didáctico posible para un buen

entendimiento del tema.

1. DEFINICIÓN:

El cemento es un producto artificial, que se obtiene de la transformación de una materia prima, que

puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de

calizas. Esta materia prima finamente molida y homogenizada, es llevada a altas temperaturas, a

través de un horno (rotativo o vertical), de donde se obtiene un producto intermedio denominado

clinker, del cual, al molerse finamente con alrededor de 5 % en peso de yeso dihidrato, se obtiene

el cemento.

El clinker de cemento puede definirse como el producto granulado obtenido por tratamiento térmico

hasta reblandecimiento o fusión parcial y sinterización de mezclas adecuadas de calizas y arcillas

y, eventualmente, de arenas y minerales de hierro. El clinker es la conversión a elevadas

temperaturas de mezclas de minerales naturales en una nueva escala de minerales con

propiedades hidráulicas obtenidas generalmente entre 1250 y 1450 ° C de temperatura.

El vocablo “cemento”, proviene del termino “OpusCaementitium” que utilizaron los romanos para

identificar una mezcla, denominada “Concreto Romano”, que obtenían usando agregados gruesos,

cal, polvo de arcilla y pusolana, la cual endurecía aun bajo el agua. Hoy, después de 2000 años de

se comprueba que ya en tan remotas épocas, los romanos eran dueños de un aglomerante

hidráulico de excelente calidad, que nos ha dejado como muestra los fabulosos monumentos

arquitectónicos aun existentes.

2. CARACTERÍSTICAS GENERALES:

El cemento, a diferencia de otros aglomerantes, es un aglomerante hidráulico porque posee la

propiedad de endurecer en el aire y bajo el agua, debido a las reacciones químicas que se

producen entre el agua y los silicatos y aluminatos de calcio, presentes en el cemento.

Los elementos minerales principales que debe contener la materia prima son: El oxido de Calcio

( CaO ), el Bióxido de Silicio ( SiO2), el Oxido de Aluminio ( Al203 ), y el Oxido de Fiero ( Fe 2003 ),

los cuales tienen que estar relacionados entre si en proporciones pre – establecidas, con el objeto

de dar determinadas características al clinker que de ellos se obtiene.

Estos elementos pueden provenir de diferentes minerales, como por ejemplo: la Caliza aporta el

CaO, la Arcilla aporta SiO2 y el Al203, la pirita o hematita aporta el Fe203, etc; teniendo que

proceder a mezclarlos previamente, o de una caliza que contenga todos los elementos en las

debidas proporciones, como es el caso muy especial de la materia prima de la fabrica de

Cementos Lima S. A. Ubicada en Atocongo.

Como se ha indicado anteriormente, la materia prima pasa por el horno en donde, al elevarse su

temperatura a 1450 ° C, se recombinan los cuatros elementos antes indicados: Oxido de Calcio,

Bióxido de Silicio, Oxido de Aluminio y Oxido de Fierro, produciéndose el Clinker.

Si el clinker fuera molido finamente para ser utilizado como cemento, en el momento de su mezcla

con el agua fraguaría casi de inmediato, no permitiendo de ésta manera, tanto su manipuleo como

su instalación, Por ésta razón, en el momento de la molienda del Clinker, se le adiciona a éste,

yeso dihidrato, con el objeto de retardar el tiempo de fraguado.

El cemento al mezclarlo con el agua presenta un tiempo de fraguado inicial y un tiempo de

fraguado final, acompañado de generación de calor, denominado “calor de hidratación” y un

aumento de volumen.

El cemento se hidrata rápidamente cuando se encuentra en contacto con el medio ambiente, por lo

que es preciso, tratar de protegerlo de la humedad o usarlo lo mas rápidamente posible.

El cemento presenta un grado de finura tal, que mientras más fino sean sus granos, más

rápidamente se obtienen elevadas resistencias mecánicas, pero existe el peligro permanente de

producirse contracciones por secado.

3. FABRICACIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

La fabricación de cemento Pórtland, comprende las siguientes etapas:

3.1. EXTRACCIÓN DE LA CALIZA EN LA CANTERA:

3.1.1. Perforación y Voladura

La primera operación es la perforación de los taladros en los bancos de

trabajo de hasta 15 metros de profundidad. Luego se cargan con explosivos,

con el denominado Anfo, y se procede a la voladura secuencial para lograr una

mayor eficiencia.

En la cantera de Atocongo de Cementos Lima S. A. Se extraen diariamente

12 000 toneladas de roca, de las cuales 8 000 son de caliza apta para el

proceso y 4 000 de material estéril que cubre parte del yacimiento.

3.1.2. Carguío y Acarreo

Después de realizada la voladura, siguen las operaciones de carguío y

acarreo utilizando cargadores frontales de 7,6 m3 y camiones de 50 toneladas.

Tractores de oruga del Tipo D10N complementan éstas labores.

3.2. REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LA CALIZA Y SU HOMOGENEIZACION:

Para obtener el clinker, que es el material intermedio entre la caliza y el

cemento, es preciso reducir el tamaño de la caliza, extraída de la cantera, hasta

polvo fino denominado crudo, uniformizar su calidad y pasarlo a través del horno.

Para lograrlo esto, la caliza pasa sucesivamente por la chancadora Primaria,

Chancadora Secundaria y zarandas, Pre - homogeneización, molidos de crudos y

silo de homogeneización.

3.2.1. CHANCADORA PRIMARIA:

La caliza extraída de la cantera es llevada a la chancadora primaria, que es

del tipo denominado “cono”, que la tritura por presión reduciendo su tamaño de

1.5 metros hasta un mínimo de 40 Cm, depositándola en una cancha de

Almacenamiento que tiene capacidad de 200 000 toneladas. Su capacidad de

producción es de 1 500 toneladas por hora.

3.2.2. CHANCADORA SECUNDARIA Y ZARANDAS

De la cancha de la chancadora primaria, la caliza se transporta a la

chancadora secundaria, dosificada según ley, en donde se reduce su tamaño

de 40 Cm. A un mínimo de 18 mm. La capacidad de ésta unidad es de 600

toneladas por hora.

Las zarandas que existen en éste circuito, se encargan de separar la caliza

menor de 18 mm. Para enviarla a la cancha de Pre - homogeneización y los

tamaños más gruesos regresan a la chancadora para terminar su proceso.

3.2.3. PREHOMOGENEIZACION

La cancha de pre - homogeneización es del tipo “circular” de 108 m. De

diámetro y tiene una capacidad de 110 00 toneladas. Su funcionamiento es

automático. La caliza se deposita en capas sucesivas horizontales por medio

de una faja telescópica apiladora que recorre un ángulo prefijado.

Una vez conseguida la altura necesaria de una ruma de se pasa a preparar

otra. Mientras tanto la ruma anterior es recuperada en forma perpendicular a su

apilamiento, originándose un efecto de mezcla uniforme. De allí la caliza se

traslada, mediante fajas, a los silos de alimentación del Molino de Crudo.

3.2.4. MOLIENDA Y HOMOGENEIZACION

En el Molino de Crudo se realiza la última reducción de tamaño de la

caliza, 18 mm. A un estado polvoriento. El Molino de Crudo es un tubo de

4.4m. de diámetro por 15.75m. de largo, gira a razón de 15 rpm. Y en su

interior se encuentra 300 toneladas de bolsas de acero de diferentes tamaños.

La caliza se pulveriza por el impacto de estas bolas. La capacidad de

producción de este molino es de 350 a 400 toneladas por hora. El polvo

producido se denomina “crudo” y es conducido por medio de fajas

transportadoras al silo de homogeneización, donde se afina su calidad con el

objeto de que al alimentarse al horno sea lo mas uniforme posible.

3.3. OBTENCIÓN DEL CLINKER

3.3.1. PRE – CALENTADOR

Consta de cuatro etapas de ciclones que se encuentran ubicad os

uno encima del otro, en un edificio de 70 m de alto. El crudo

homogeneizado se alimenta por el extremo superior de este pre –

calentador, pasando a través de los ciclones en donde se calienta por

acción de los gases generados en el quemador del horno.

3.3.2. HORNO

El crudo se comienza a descarbonatar en el precalentador e ingresa al

horno en donde por efecto del calor generado por acción del petróleo N° 6 o

del carbón, en un quemador situado en el extremo de la salida, sufre

transformaciones físicas y químicas, llegando a “clinkerizarse” a temperaturas

del orden de los 1 400 a 1 500 °C, obteniéndose el producto intermedio

denominado 2clinker”.

El material avanza por el interior del horno, que es un tubo de 5.2m. de

diámetro por 85 m. De largo y que gira hasta 3 rpm.; tiene una capacidad de

producción de 5 000 toneladas por día.

3.3.3. ENFRIADOR

El clinker descargado por el horno, pasa a la tercera parte del circuito de

clinkerizacion, que es el enfriador. Este consta de varias superficies

escalonadas compuestas por palcas fijas y móviles alternadas, con unos

pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte inferior,

por la acción de 9 ventiladores con le objeto de enfriar el clinker hasta

alrededor de los 100 °C. En la parte final de esta unidad se encuentra una

trituradora de rodillos, accionada por motores hidráulicos.

3.4. MOLIENDA DEL CEMENTO

El clinker , se transporta a una Cancha de Almacenamiento en donde termina su

proceso de enfriamiento para ser posteriormente alimentado a los molinos de

Cemento, conjuntamente con el yeso dihidrato.

En esta etapa se obtiene finalmente el Cemento, mediante 2 molinos de bolas de

4,4 m., de diámetro por 14,4 m., de largo en cuyo interior, revestido de blindajes de

acero, se encuentran 300 toneladas de bolas de acero de diferentes tamaños. La

capacidad de cada una de estas unidades es de alrededor de 120 toneladas por

hora.

Los molinos, para mejorar la uniformidad del cemento, trabajan en circuitos

cerrados con barrido de aire y están provistos de dos separadores centrifugados

cada uno, que permiten clasificar las partículas, que salen del molino en dos

grupos:

a. Las que por su menor tamaño son arrastradas por la corriente de aire y que

constituyen el producto final, y

b. Las más gruesas que caen por gravedad y son regresadas al molino para

terminar su proceso de molienda.

Los separadores están provistos de un sistema de regulación que permite

ajustar los parámetros que se deseen.

De esta manera, se puede ofrecer un cemento con una calidad uniforme y

controlada.

Finalmente, el cemento es trasladado a los silos del envase, por medio de una

faja transportadora y/o un sistema de bomba neumática.

3.5. ENVASE Y DESPACHO DEL CEMENTO

El cemento extraído de los silos, se despacha tanto en bolas de papel como a

granel. Para el despacho en bolsas se utilizan maquinas rotativas automática que

tienen una capacidad de envasado de 1 800 bolsas por hora. El operador, solo se

limita a colocar las bolsas en los pitones de una tolva rotativa, que gira

continuamente, y que las llena con el peso de 42,5 Kg, descargándolas sobre una

faja transportadora.

Las bolsas se transportan a las plataformas de los camiones por un sistema de

fajas. Los cargadores se limitan a cogerlas y acomodarlas. Además, las bolsas

pueden ser colocadas sobre parihuelas, que son preparadas durante la noche,

para acelerar la entrega en las horas de la mañana y mejorar la atención a los

clientes.

En el despacho a granel se utilizan camiones especiales de 30 toneladas o más,

que se cargan en 10 minutos. Dos balanzas de plataformas para camiones, con

controles electrónicos, controlan el peso de cada camión que se despacha.

El control de calidad, se encuentra presente en todas las etapas del proceso. La

fabrica de Cementos Lima S. A. Para realizar dicho control de calidad, cuentan con

modernos equipos, como es el caso del Medidor de Fluore4cencia de Rayos X del

tipo multicanal asociado a una computadora, que permite un preciso y rápido

análisis de las muestras que son tomadas en los diferentes puntos del proceso,

desde la cantera hasta el envase.

En los laboratorios de Ensayo físicos y químicos, se realizan las diferentes pruebas

dispuestas por las Normas Nacionales ITINTEC o Internacionales A. S. T. M. Que

rigen por la Industria del Cemento.

4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER Y CEMENTO PÓRTLAND

Las materias primas que se usan para la fabricación del clinker, aportan con 4 óxidos

fundamentales: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y CaO, mientras que el MgO, Na2O, y K2O, pueden

considerarse como accidentales debido a su pequeño porcentaje.

Por consiguiente, la composición química del clinker se presenta por medio del sistema

cuaternario:

CaO – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3

Estos óxidos vamos a describirlos brevemente de la siguiente manera:

4.1. OXIDO DE CALCIO: Se ha descrito al estudiar la cal.

4.2. BIÓXIDO DE SILICIO: Se encuentra en abundancia en la naturaleza, formando parte

de los silicatos, en las variedades cristalizadas cuarzo ß, tridimita r, cristobalita ß y en

forma vitrea en la silicie fundida.

La sílice pura o cuarzo ß, establece a la temperatura ordinaria, se transforma a 573 °C

en cuarzo α, cristalizando en prismas hexagonales ( densidad: 2,65 y dureza: 2,7 ); a

870 °C se obtiene la tridimita α, de las que existen la variedad α, β y r ( densidad:

2,28 ) y a 1 470 °C se forma la cristobalita α ( densidad: 2,33 ), se funde a 1 710 °C

( densidad: 2,20 ) , ocupando este cuarzo vitreo un volumen mayor que el cuarzo β.

Para que el cuarzo se transforme en tridimita y cristobalita hay que calentar muy

despacio, pues ordinariamente a los 1 600 °C. Forma una masa vitrea pastosa que no

cristaliza al enfriarse.

Aunque la Sílice sea químicamente inerte a la temperatura ordinaria, reacciona

enérgicamente con las bases, a temperaturas elevadas, formando los silicatos.

El bióxido de silicio, a pesar de no unirse directamente con el agua se le considera

como anhídrido, formando gases del ácido silícico que, aunque no se hayan aislado, se

les puede considerar como hidratos SiO2 , H2O ó SiO3H2 ( ácido metasilícico ), y el

SiO2, 2H2O ó SiO4H4 ( ácido ortosilícico ), aun con mas moléculas de agua y bióxido de

silicio se forman compuestos muy complejos.

4.3. OXIDO E ALUMINIO: Llamado también alumina, se encuentra en la naturaleza en

forma de corindon incoloro, se funde a 2 505 °C, cristalizando en numerosas formas

por enfriamiento. Tiene una densidad de 4 y un a dureza de 9 en la escala de Mohs.

La alumina se halla combinada en la arcilla ( 2SiO2Al2O3. 2H2O ) y la eliminación de la

sílice da origen a la formación de dos óxidos hidratados, el diásporo ( Al2O3. H2O ), y la

hidrargirita ó gibsita ( Al2O3. 3H2O ), siendo la bauxita una mezcla de ambas en

diferente proporción.

La alumina obtenida por precipitación forma con el agua, un gel cristalizando con el

tiempo en forma de hidrargirita.

La alumina no se forma al fraguar el cemento Pórtland, pero sí en el del cemento

Aluminoso.

4.4. OXIDO FERRICO: Es muy abundante en la naturaleza, constituyendo el mineral de

hierro llamado oligisto y hematites roja.

En el cemento Pórtland se encuentra en dosis pequeñas, pues provienen de las

impurezas de las arcillas, pero en los cementos aluminosos alcanzan proporciones

importantes procediendo de la bauxita. Este oxido da el color al cemento. Se parece a

la alumina, cambiándose principalmente con la cal. Existen dos óxidos férricos

hidratados amorfos, uno de color amarillo y el otro rojizo de formula: Fe(OH)3 , H2O.

Estos óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro se combinan, formando un compuesto

de tres o más elementos; pero para facilitar su estudio se les considera formados por

dos, y como casi todos se hallan combinados con el oxigeno, consideraremos a los

compuestos mas complicados como formados por la agrupación de los óxidos, como

se hace en mineralogía al estudiar los silicatos, y en otros casos, como sales del

hipotético ácido silico o alumino silicico. Así, el ortosilicato calcio se le puede

considerar formado por la combinación de los dos óxidos: 2CaO, SiO2, o bien SiO4Ca2,

como si fuera la sal calcica del ácido ortosilicico SiO4H4, que representa bien su

composición, pero no su estructura, pues se ha comprobado, al estudiar con rayos x,

que la estructura de las moléculas de los silicatos están formados por complejos de

silicio-oxigeno, en los que el silicio forma cadenas con dos átomos de oxigeno. Por otro

lado, las combinaciones del silicio-oxigeno solo existen en un estado sólido y no dan

iones libres, por lo que a los compuestos de los silicatos no se los puede considerar

ionizados en el agua.

4.5. SILICATOS DE CALCIO: El oxido de calcio y el bióxido de silicio reaccionan a elevada

temperatura, formando los siguientes compuestos:

Silicato monocálcico: ( SiO2 CaO ) o metasilicato, existen dos variedades, la α y la

β, que forman el mineral llamado Wollostonita, siendo estable hasta 1 150 °C,

transformándose en la variedad α, que se funde a 1 512 °C. Cristaliza en el

sistema monoclínico, es inerte hidráulicamente, el agua no le ataca mas que al

cabo de varios años. No se halla en el clinker del cemento Pórtland.

Silicato sesquicálcico: ( SiO2 3CaO ) Se disocia a 1 745 °C en silicato bicálcico y

liquido, no encontrándose en el clinker de cemento Pórtland, pulverizándose en

parte cuando se enfría lentamente.

Silicato Bicálcico: ( SiO2 2CaO ) u ortosilicato, hay tresformas alotropicas: la α,

estable por encima de 1 410 °C, se funde a 2 130 °C y por enfriamiento se

transforma en la forma β, a 1 420 °C; y la forma r va acompañada de un aumento

de volumen del 10%, reduciéndose a polvo espontáneamente al enfriarse a la

temperatura ordinaria, apreciándose en las escorias de altos hornos y en los

cementos de Pórtland ricos en este compuesto.

Silicato Tricálcico: ( SiO2 3CaO ) Es el principal constituyente del cemento

Pórtland. Se obtiene por sinterización calentado una mezcla de carbonato cálcico y

sílice a 1 400 °C. Tiene un peso especifico de 3,15, atribuyéndole las resistencias

iniciales del cemento Pórtland.

Silicato Pentacálcico: ( SiO2 5CaO ) Se pulveriza espontáneamente por

enfriamiento lento como el silicato bicálcico y las escorias. Si se enfría

bruscamente y se mule es hidráulico, formándose hidrato de calcio y una masa

gelatinosa o coloidal que da origen a los esferalitos, que se aprecian claramente

con el microscopio electrónico.

4.6. ALUMINATOS DE CALCIO: Se forman cuatro compuestos bien definido, los cuales

son los siguientes:

- Aluminato monocálcico ( Al2O3 CaO ) Se obtiene calentado alumina y

carbonato cálcico por encima de 950 °C, se funde a 1 600 °C y se

cristaliza en el sistema monoclínico. Tiene una densidad de 2,98, tiene

propiedades hidráulicas, siendo el principal constituyéndose de los

cementos aluminosos.

- Aluminato tricálcico: ( Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 535 °C, presentado

propiedades hidráulicas menores que el anterior, hallándose en el cemento

Pórtland; se cristaliza en el sistema cubico. En estado puro se hidrata y

fragua rápidamente y contribuye al falso fraguado de los cementos.

- Trialuminato Pentacálcico: ( 3Al2O3 5CaO ) Existen en dos formas

alotropicas. Se funde a 1 455 °C, encontrándose a veces en los cementos

Pórtland y aluminosos; presenta fraguado rápido y menores resistencias

que el aluminato monocálcico.

- Pentaluminato Tricálcico: ( 5Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 720 °C,

hallándose a veces en el cemento aluminosos.

4.7. FERRITOS CALCICOS: El oxido de calcio y el oxido de hierro reaccionana a gran

temperatura para dar el ferrito monocálcico: Fe2O3 CaO y el ferrito bicálcico: Fe2O3

2CaO. Se funde a 1 216 °C, no teniendo propiedades hidráulicas, hallándose en los

cementos aluminosos y metalúrgicos.

4.8. DISEÑO DE MEZCLA CRUDA PARA LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO: Definición

de criterios para los cálculos de mezcla: Cualquier tipo de cemento tiene que estar en

conformidad con las normas de calidad individuales de cada cemento de un país

determinado. Las normas ( especificaciones estándar ), incluyen normalmente la

especificaciones químicas para el cemento. Conjuntamente con los requerimientos

físicos y los requerimientos en cuanto a resistencias garantizan su potencial de calidad

conveniente para el tipo correspondiente de cemento.

En cuanto a las materias primas, solo son importantes los requerimientos químicos:

- Especificaciones químicas del producto.

- Calidad del clinker y cemento.

- Composición de la mezcla cruda.

- Componentes de la materia prima.

Es decir, las especificaciones del producto determinan la calidad del clinker y del cemento,

la misma, que a su vez determinan la composición química del crudo y, finalmente la

selección de los componentes de la materia prima.

La secuencia puede ser invertida. Una configuración de materia prima, con escasa libertad

en cuanto a la dosificación de la mezcla cruda, puede darle al producto la posibilidad de

producir solamente un único tipo de clinker.

La dosificación de las mezclas crudas para la fabricación para la fabricación de un cemento

ordinario se basa en la mayoría de los casos, en los siguientes criterios específicos:

4.8.1. El contenido de MgO: 5% (máximo).

4.8.2. Estándar de cal o factores de saturación de cal: SC

El valor limite aproximado es:

100 CaO

SC = ---------------------------------------------------- = 88 - 97

2.8 SiO2 + 1.18 Al2O3 + 0.65 Fe2O3

El estándar de cal mide el grado de formación de los compuestos cálcicos. Su

variación normal, oscila entre 88 – 97, siendo el limite superior el valor que da lugar

a una mayor cantidad de silicato tricálcico ( C3S ), en comparación con análogos

contenidos en Al2O3 y Fe2 O3 y es, por tanto el mas favorable para las resistencias.

4.8.3. Modulo Hidráulico. MH

El valor limite aproximado es:

% CaO

MH = ----------------------------------------------- = 1.8 – 2.2

% SiO2 + % Fe2O3 + % Al2O3

El valor óptimo del modulo Hidráulico, para obtener altas resistencias, es el

comprendido entre 1.8 y 2.2.

Cuando este valor es inferior a 1.8, el aglomerante tiene resistencias muy bajas y

cuando el valor es superior a 2.2, el aglomerante, una vez puesto en obra, sufre al

cabo de pocos días o semanas un fenómeno de agrietamiento por expansión,

formando grietas centrífugas.

4.8.4. Modulo de Silicatos: MS

El valor limite aproximado es:

% SiO2

MH = ------------------------------------------= 1.8 – 3.5

% Al2O3 + % Fe2O3

Cuanto mas elevado sea el modulo de silicatos, dentro de su variación normal de

1.8 a 3.5, mayor contenido total de silicatos tricálcico ( C3S ) y silicato bicálcico ( C2S ) se tendrá en

el clinker o cemento, así como un mayor potencial de resistencia a cualquier plazo.

4.8.5. Modulo de Fundentes: MF

El valor limite aproximado es:

% Al2O2

MH = ------------------------------ = 1.5 – 2.5

% Fe2O3

El modulo de fundentes, es un valor que no afecta a las resistencias a largo plazo,

sino tan solo a las resistencias iniciales cuando es elevado. Influye sobre la mayor o menor

facilidad de clinkerizacion por su acción sobre la viscosidad de la fase liquida a lata temperatura. Al

disminuir su valor, como se consigue normalmente por una adición al crudo de 1% a 2% de Fe2O3,

disminuye la temperatura de combinabilidad del clinker; en igualdad de composición deja más CaO

disponible aumentando el contenido de silicatos y disminuyendo el contenido de aluminato

tricálcico ( C3A ). Este es la base para la elaboración de cementos especiales resistentes a la

acción agresiva de los sulfatos, limitando el contenido de C3A, entre 3% y 5%.

Cuando el M.F., es iguala 0.64, todo el oxido de aluminio forma el ferroaluminato tetracálcico

( C4AF ), en cuyo caso no cristaliza prácticamente el C3A. Este tipo de clinker, constituye el

fundamento de los cementos resistentes a los sulfatos.

4.9. SECUENCIA BASICA DE LAS REACCIONES

El siguiente cuadro muestra la secuencia general de los eventos que ocurren dentro

del horno de calentamiento y enfriamiento en la formación del clinker.

Crudo Reactantes + Alita + Belita + Clinker( 20 °C ) Productos Caldo ( 1450 °C ) Enfriado

intermedios ( 450 – 1300 °C )

La secuencia principal de los eventos ocurrentes y rango de temperatura en el

cual tiene lugar, está representada con más detalle en el siguiente cuadro:

RANGO DE TEMPERATURA

( ° C )

TIPO

DE

REACCIÓN

CALENTAMIENTO

20 - 100 Evaporación del agua libre

100 - 300 Pérdida de agua absorbida

400

Pérdida de agua de cristalización de la arcilla y desdoblamiento en

óxidos libres.

500 Cambios de estructuras en los minerales de sílice.

800 - 900 Descarbonatación de la caliza.

900

Formación de C2S, productos intermedios, aluminatos

y ferroaluminatos

1250 Formación de C2S

1280 Formación de fase liquida ( caldo de aluminato y

ferrita )

1450 Recristalización de C3S y C2S

ENFRIAMIENTO

1300 - 1240 Recristalización de la fase liquida en aluminato y ferrita

principalmente.

4.10. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PÓRTLAND

COMPONENTES

PRINCIPALES

COMPONENTES

SECUNDARIOS

OTROS COMPONENTES

POSIBLES

CaO MgO Mn2O3

SiO2 SO3 P2O5

Al2O3 K2O y Na2O ( Álcalis ) TiO2

Fe2O3

C. L. ( CaO libre )

R. I. ( Resid. Insoluble )

P. F. ( Pérdida al fuego )

H2O, CO2, ( Mat. Orgánica)

Fluoruros

Los componentes típicos en que interviene los óxidos antes indicados, en la composición

centesimal de un cemento Pórtland, son:

COMPONENTE PORCENTAJE ( % ) ABREVIATURA

CaO 61 - 67 C

SiO2 20 - 27 S

Al2O3 4 - 7 A

Fe2O3 0.5 - 4 F

MgO 0.1 - 5 M

SO3 1 - 3 S1

K2O y NA2O 0.25 - 1.5 Alcalis

Propiedades de los componentes minoritarios del cemento Pórtland.

El contenido de MgO: Cuando es superior al 5% en el clinker, el cemento puede ser ya

expansivo. Se debe este fenómeno a que el MgO en pequeña proporción dentro del sistema SiO2 –

CaO – Al2O3 no reacciona durante la clinkerizacion, quedándose como tal MgO. Este oxido

magnésico reacciona con el agua con un importante retraso, incluso de meses, con respecto al

fraguado y endurecimiento. Como que esta reacción es semejante a la de la hidrólisis del CaO, es

decir, es exotérmica, da lugar a un importante aumento de volumen y generación de calor

produciendo la expansión o rotura del aglomerante fraguado.

El contenido de Na2O y K2O: El oxido de sodio ( Na2O )y el oxido de potasio ( K2O ) se le conoce

con el nombre de álcalis ( aunque en el cemento existen también otros álcalis ). Se ha encontrado

que estos compuestos reaccionan con algunos agregados con afinidad química.

Las formas reactivas de sílice son el ópalo ( amorfo ), la calcedonia (criptocristalina fibrosa ) y la

tridimita ( cristalina ). Estos materiales reactivos se encuentran en las calcedonias y calcedonias

opalinas, las calizas silicosas, las riolitas y tobas rioliticas, las dacitas y tobas dacíticas, las

andesitas y tobas andesiticas y las filitas.

Como la cantidad de álcalis depende tan solo del cemento, su concentración en la superficie

reactiva del agregado dependerá de la magnitud de esta superficie. El contenido mínimo de álcalis

del cemento con el cual puede haber una reacción expansiva es de 0.6% expresado en oxido de

sodio. Este porcentaje se calcula mediante estequiometría como el contenido real de Na2O más

0.658 por el contenido de K2O del clinker. Sin embargo, en casos excepcionales se han observado

cementos con menor contenido de álcalis que causan expansión de un concreto elaborado con un

agregado reactivo dado es mayor al elevarse el contenido alcalino del cemento y, para una misma

composición de cemento, al elevarse su finura.

Esta reacción álcali-agregado puede producir expansión anormal y agrietamientos irregulares en el

concreto. Existen tres pruebas de la A. S. T. M. Para identificar los agregados con los álcalis, dos

para los del tipo silicoso ( 227 – C – 289 ) y una para los del tipo carbonatado ( C – 586 ). Además

existe la prueba de la A. S. T. M.C – 295, que recomienda el examen petrográfico de los agregados

de ambos tipos.

El contenido en SO3: El contenido en anhídrido sulfurico decide la calidad del cemento Pórtland por

varios motivos: cuando su valor en porcentaje esta fuera de un estrecho margen ( entre 2 y 4 % )

afecta el tiempo de fraguado. Cuando es menor, el fraguado puede ser muy rápido, como

consecuencia del escaso afecto retardador.

Cuando su valor es de 6 a 10% inhibe el fraguado, no existiendo ni afecto expansivo se produce

cuando el contenido en SO3 excede del 4 al 4.5%, según la finura del cemento.

El contenido de Cal Libre ( C. L. ): Debe ser inferior al 2%, dada la expansión de volumen que

produce su hidrólisis, que provocaria un efecto destructivo.

A partir de valores superiores al 2.5% pueden obtenerse ensayos en el autoclave con una

expansión superior al 1%.

El efecto insoluble ( R. I. )El residuo insoluble es la cantidad de material que no se disuelve en

ácido clorhídrico ( HCl ) al 10%. Incluso lo es el yeso, por lo que un cemento, sin adiciones de otros

materiales distintos a la caliza, como son las rocas básicas, puzolanas, cuarzos, feldespatos, etc.,

da un valor de R. I. De alrededor de un 0.5%.

Al aumentar el R. I. Disminuyen las resistencias, a no ser que esta disminución sea

simultáneamente contrarrestada por la mejora de otras variables, por ejemplo, aumentándola finura

del cemento. Los tipos de cementos especiales como puzolánicos o cenizas volantes, poseen

elevados residuos insolubles.

La pérdida al fuego ( P. F. ): Esta determinación analítica se verifica normalmente a la temperatura

de 950 °C +/- 10 °C y es a esta temperatura en la que se ha conseguido la descarbonatacion del

carbonato cálcico ( CO3Ca ), que eventualmente puede estar presente en el cemento y, por

consiguiente, mide la cantidad de anhídrido carbonico ( CO2 ) de los carbonatos presentes o la

absorbida por meteorizacion, así como la cantidad de agua de hidratación incorporada al

aglomerante por la misma causa.

El valor de la pérdida al fuego nos da la idea del estado de meteorización de un cemento, el agua

giroscópica presente en la atmósfera, adicionada al cemento puede llegar a hidrolizar previamente

los silicatos y por tanto, es tan necesario comprobar este valor en los cementos almacenados antes

de su puesta en obra.

El contenido de oxido de manganeso ( Mn3O3 ) y El oxido de titanio ( TiO2 ): El primero no tiene

aignificacion especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser

marron si se tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los

contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo.

El óxido de titanio influye en la resistencia, reduciéndola para los contenidos superiores al 5%. Para

contenidos menores no tiene mayor trascendencia.

El contenido de P2O5: Influye como perturbador en la cristalizacion de las fases en cantidad que

superan el 0.5%.

COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CLINKER DEL CEMENTO PORTLAND:

El análisis químico del cemento, en términos de porcentaje de óxidos, tiene poco significado en lo

que respecta a las propiedades del mismo, ya que son los compuestos formados durante el

proceso de fabricación por interacción de los cuatro óxidos fundamentales mencionados

anteriormente, los cuales son los responsables del fraguado y resistencia del cemento hidratado.

De los cuatro óxidos fundamentales: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3, uno solo tiene carácter básico: el

oxido de calcio ( CaO ). Los otros tres se comportan como anhídridos, es decir, con carácter ácido.

Debido a ello, es fácil comprender que en el proceso de formación del clinker, las materias primas

que contengan los cuatro óxidos fundamentales, formaran compuestos de cal, tales compuestos

serán: silicato de calcio, aluminatos de Calcio y Ferro-Aluminatos de calcio.

El oxido de calcio, por consiguiente, satura hasta un cierto limite los componentes ácidos y para

que dicha saturación tenga lugar, las cantidades de los cuatro componentes principales han de

cumplir una serie de reacciones denominadas módulos, que ya se estudio anteriormente .Es decir,

la mezcla de caliza, arcilla y otros componentes han de tener una proporción conveniente de estos.

Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos determinados

compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro de un amplio rango de

temperaturas: entre 1000 y 1450 °C, aproximadamente.

Se puede considerar que el cemento se encuentra en un EQUILIBRIO CONGELADO, asumiendo

que los productos enfriados producen el equilibrio existente a la temperatura de clinkerizacion.

NOMENCLATURA EN EL CLINKER

NOMBRE FORMULA

QUÍMICA

COMÚN COMERCIAL

Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S Alita

Silicato Bicálcico 2CaO.SiO2 C2S Belita

Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A Celita

Ferro-aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3Fe2O3 C4AF Felita

Silicato Tricálcico ( S3C ): Es el material mas importante del clinker y determina la rapidez del

fraguado, la resistencia mecánica y otras propiedades del cemento Pórtland, su cantidad en el

clinker es de 40 a 60%. Se vuelve gelatinoso en pocas horas, generando una cantidad apreciable

de calor de hidratación, que llega a 380J/gr. A los 28 días. Su fragua inicial y final se realiza a

pocas horas después del mamasado y termina en un periodo inferior a 7 días, por ello, se le

atribuye el rápido desarrollo de las resistencias iniciales. Comercialmente se le denomina Alita y

representa una solución sólida de silicato tricálcico con una pequeña cantidad ( 2 a 4% ) de MgO,

Al2O3, P2O5, Cr2O3 y de otras impurezas que pueden influir considerablemente sobre la estructura y

las propiedades. Según Regours y Guinier, en el intervalo entre la temperatura normal y 1100 °C,

el C3S se cristaliza en seis formas poliformas. La alita se fija en el clinker en forma de una

modificación trigonal. Observando una microfotografía de una placa pulimentada y decapada del

clinker, los cristales de alita tienen, por lo general, forma hexagonal o rectangular. Son preferible

los cristales de forma regular alargada con un tamaño de 0.003 a 0.02 mm, que favorecen las

resistencias mecánicas del cemento.

Las mezclas de C3S y agua son menos plásticas que las del cemento Pórtland, sin embargo, la

trabajabilidad se puede mejorar con adición de yeso.

Silicato de Bicálcico ( C2S): Es el segundo mineral siliceo por su importancia y contenido ( 10 a

30% )que esta constituido el clinker, y que determina las características del comportamiento de las

resistencias a la compresión. Presenta un tiempo de fraguado incierto, pues, el amasado fragua

lentamente en un periodo de algunos días. A diferencia del silicato tricálcico, su desarrollo de

resistencias es lento en las edades iniciales, pero aumenta con el tiempo hasta una resistencia

igual al del C3S, y por lo tanto, es menor su calor de hidratación, que llega hasta 105J/gr. A los 28

días. La adición de yeso no produce un cambio notable. En el intervalo entre la temperatura normal

y 1500 °C existen cinco formas cristalinas del C2S. Comercialmente se le denomina belita y en el

clinker representa una solución sólida del silicato bibaltico β ( C2S – β ) y de una cantidad pequeña

( 1 a 3% ) de Al2O3 , Fe2O3. MgO, Cr2O3 y otros. Cuando el clinker caliente que salió del horno se

enfría paulatinamente, a una temperatura por debajo de 525 °C, el C2S – β puede transformarse en

C2S – r, con la particularidad de que esta transición va acompañada del aumento de la distancia de

base, es decir la estructura molecular de la belita se vuelve mas mullida. En efecto, la densidad del

C2S – β es igual a 3.28 grs/cm3, mientras que la el C2S – r es de 2.97 grs/cm3, por eso, la transición

poliforme provoca un incremento del volumen absoluto de la belita aproximadamente en el 10%;

como resultado, los granos del clinker se desmoronan en polvo. Podía parecer que la dispersión

espontánea facilitaría la trituración del clinker, pero, por desgracia, el polvo del C2S – r a

temperaturas de hasta 100 °C prácticamente no reacciona con el agua, es decir, no posee

propiedades aglomerantes. Por consiguiente, es necesario impedir que la belita pase a forma r. A

la estabilización de la fase el C2S – β favorecen algunas impurezas: Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3 y

otras , que se introducen en la red cristalina en una cantidad de 1 a 3%. En calidad de un “temple”

originadle la belita sirve un enfriamiento bastante rápido del clinker en dispositivos de refrigeración

que se sitúan a la salida del clinker del horno. Regulando la velocidad de enfriamiento del clinker,

se obtiene belita en forma de unos cristales compactos redondos con un tamaño de 0.02 a 0.05

mm.

La suma entre el silicato tricálcico y el bicálcico es de alrededor de 70 a 75% del total de la

composición del clinker, por eso la hidratación de la alita y belita, por lo común, define las

propiedades técnicas del cemento Pórtland. El 25% restante viene constituido por la sustancia

intermedia que llena el espacio entre los cristales de alita y belita. La sustancia intermedia esta

constituida por cristales de aluminato tricálcico (C3A ), ferro-aluminato tetracálcico ( C4AF), vidrio y

minerales secundarios ( 12CaO.7Al2O3 y otros ).

Su contenido puede variar entre 4 y 12% y en condiciones favorables de cocción se obtiene en

forma de cristales cúbicos con dimensiones de hasta 0.01 a 0.015 mm, forma soluciones sólidas de

composición compleja. La densidad del C3A es igual a 3.04 gr/cm3; se hidrata y fragua con gran

rapidez, casi instantáneo en el amasado con agua acompañado de desarrollo de calor de

hidratación muy elevado, llegando hasta 1380J/gr. A los 28 días. Presenta buena plasticicidad y

trabajabilidad con un amasado continuo; bajo el agua se desintegra y demorona. Se obtiene un

tiempo de fraguado normal al añadir yeso y puede dar lugar a la formación de un compuesto

expansivo denominado Etringita, dañino para el concreto ( corrosión sulfoaluminatica ). En

ausencia de yeso, la reacción del C3A con el agua es muy violenta y conduce al endurecimiento

inmediato de las pastas. Su efecto en relaciona las resistencias a comprensión es a aumentarla a

la edad inicial de 24 horas ( pequeña resistencia mecánica ), sin desarrollar más resistencia

posteriormente.

Ferro Aluminato tetracálcico ( C4Al ): Su presencia es de menor importancia en comparación a la

de los anteriores compuestos mencionados, constituye en el clinker una cantidad de 4 a 15%. El

C4AF en la sustancia intermedia del clinker representa una solución sólida de ferro – aluminatos

cálcicos de diferentes composición. Sus densidades de 3.77 gr/cm3. Presenta incierta contribución

a las resistencias mecánicas; se hidrata rápidamente, por lo que presenta un fraguado en pocos

minutos, no tanto como el C3A; el fraguado es acompañado de desarrollo de calor de hidratación,

llegando a 495J/gr a los 28 días.

Vidrio de Clinker: El vidrio del clinker esta presente en la sustancia intermedia en una cantidad de 5

a 15% y viene constituido, en fundamentalmente por CaO, Al2O3, Fe2O3,MgO , K2O, Na2O, etc.

COMPUESTO

TEMPERATURA

CLINKERIZADA

TEMPERATURA

TEMPRANA

RESISTENCIA

FINAL

DESARROLLO

DE

RESISTENCIA

C3S ALTA ALTA ALTA RAPIDO

C2S MEDIA BAJA ALTA LENTO

C3A REDUCIDA BAJA BAJA MUY LENTO

C4AF REDUCIDA MUY BAJA MUY BAJA RAPIDO

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS

CARACTERISTICASSOLTIPOI

ATLASTIPOIP

ANDINOTIPO

I

ANDINOTIPOII

ANDINOTIPOV

YURATIPOI

YURATIPOIP

YURATIPOIPM

Peso Especifico( gr/cm3 )

3.11 3.03 3.11 3.11 3.18 3.11 2.86 2.95

Finura: Malla N° 100 ( % ) 0.04 0.03 0.34 0.10 0.20 - - -Finura: Malla N° 200 ( % ) 4.14 0.38 5.66 4.71 2.58 - - -Sup. Especifica BLAINE ( cm2/gr. ) 3477 4472 3300 3400 3400 3597 4086 3848Contenido de aire ( % )

9.99 9.82 6.50 5.35 5.22 - - -

Expans. Autoclave ( % )

0.18 0.15 0.02 0.01 0.01 0.20 0.11 0.26

Fragua Inicial ( Vicat ) ( hrs:min )

1:49 1:59 2:50 3:15 2:15 2:00 2:00 2:10

Fragua final ( Vicat ) ( Hrs:min )

3:29 3:41 3:45 4:30 3:45 4:00 4:10 4:10

RESISTENCIA A COMPRENSIÓN ( Kg/cm3 )F´c = 3 días 254 235 204 160 184 242 140 240F´c = 7 días 301 229 289 205 243 335 222 299F´c = 28 días 357 349 392 320 362 386 316 367

Composición Tipica Calculada y Finura de los Cementos Pórtland.

Tipo de Cemento Pórtland * Composición Porcentaje Finura cm2/gr

ASTM CSA C3S C2S C3A C4AF * *I Normal 50 24 11 8 1800II Moderado 42 33 5 13 1800III De Rápido Endurec. 60 13 9 8 2600IV De bajo calor Hidrat. 26 50 5 12 1900V Resistente a los Sulf. 40 40 4 9 1900

CUESTIONARIO

SOLUCION 1

Tipos de Cemento

Los tipos y variedades de cemento más comúnmente usados por nuestros clientes son los siguientes:

Cemento Portland Gris Ordinario

Nuestro Cemento Portland Gris es un material de construcción de alta calidad––compuesto principalmente de Clinker–– que cumple con todos los requisitos físicos y químicos aplicables, y se utiliza ampliamente en todos los segmentos de la industria de la construcción: residencial, comercial, industrial, y de infraestructura pública.

Cemento Portland Blanco

CEMEX es uno de los mayores productores de Cemento Portland Blanco del mundo. Fabricamos este tipo de cemento con piedra caliza, arcilla de caolín con bajo contenido de hierro y yeso. Los clientes usan nuestro Cemento Portland Blanco en obras arquitectónicas que requieren gran brillantez y acabados artísticos, para crear mosaicos y granito artificial, así como para formas esculturales y otras aplicaciones donde predomina el blanco.

Masonería o Mortero

La masonería o mortero es un cemento Portland que mezclamos con materiales inertes (caliza) finamente molidos. Nuestros clientes usan este tipo de cemento para muchos propósitos, incluyendo bloques de concreto, plantillas, superficies de carreteras, acabados y fabricación de ladrillos.

Cemento para Pozos Petroleros

Nuestro cemento para pozos petroleros es una variedad especialmente diseñada de cemento hidráulico que se produce con Clinker de Portland gris. Generalmente fragua lentamente y se puede manejar a altas temperaturas y presiones. Nuestro cemento para pozos petroleros, que se produce en las clases de la A a la H y la J, tiene aplicaciones según cada profundidad, agresión química o niveles de presión.

Cemento Mixto

Los cementos hidráulicos mixtos se producen integrando o mezclando cemento Portland con materiales cementantes suplementarios tales como escoria molida y granulada de los altos hornos, cenizas volátiles, humos de silicato, arcilla calcinada, caliza hidrogenada y otras puzolanas. El uso de cementos mixtos en el concreto premezclado reduce la cantidad de agua de la mezcla y su tiempo de curación, mejorando la trabajabilidad y los acabados, inhibe el ataque de los sulfatos y la reacción de los agregados alcalinos, además de reducir el calor de la hidratación.

CEMEX ofrece una gama de cementos mixtos con una menor huella de CO2 resultado de su contenido más bajo de Clinker debido a la adición de materiales cementantes suplementarios. El uso de cementos mixtos fortalece nuestra firme dedicación a las prácticas sustentables y promueve nuestro objetivo de ofrecer una gama creciente de cada vez más productos sustentables.

SOLUCION 2

Cemento Pórtland: Usos y Aplicaciones

Introducción El Cemento Pórtland, uno de los componentes básicos para la elaboración del concreto, debe su nombre a Joseph Aspdin, un albañil inglés quién en 1824 obtuvo la patente para este producto.Debido a su semejanza con una caliza natural que se explotaba en la Isla de Pórtland, Inglaterra, lo denominó Cemento Pórtland.Los cementos Pórtland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, esto es, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. En el curso de esta reacción, denominada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una pasta, y cuando le son agregados arena y grava triturada, se forma lo que se conoce como el material más versátil utilizado para la construcción: el CONCRETO.El clinker, la materia prima para producir el cemento, se alimenta a los molinos de cemento junto con mineral de yeso, el cual actúa como regulador del fraguado. La molienda conjunta de éstos materiales produce el cemento. Las variables a controlar y los porcentajes y tipos de materiales añadidos, dependerán del tipo de cemento que se requiera producir.El tipo de materias primas y sus proporciones se diseñan en base al tipo de cemento deseado.La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del mercado de la construcción:

Clasificación de los cementos

Tipo, nombre y aplicación

I : Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento.IA : Normal. Uso general, con inclusor de aire.II : Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación.IIA : Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.III : Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas.IIIA : Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.IV : Bajo calor de hidratación. Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación.V : Resistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y además en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos.

Tipo I

Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación.Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.

Tipo II

El cemento Pórtland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de

sulfatos sean ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos).Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc.La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de cemento.

Tipo III

Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda. Su utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.

Tipo IV

El cemento Pórtland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por la hidratación sea mantenido a un mínimo. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas.La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días, aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempoEn la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos -como el mineral de fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado CLINKER.

Cementos Hidráulicos Mezclados

Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la economía en su producción.La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados:Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS.Cemento Pórtland puzolana - Tipo IP y Tipo P.Cemento de escoria - Tipo S.Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM).Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM).

Tipo IS

El cemento Pórtland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Pórtland, o puede también molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el 70% en peso.

Tipo IP y Tipo P

El cemento Pórtland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en

construcciones donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolanade estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso.

Tipo S

El cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. Este cemento se fabrica mediante cualquiera de los siguientes métodos:1) Mezclando escoria molida de alto horno y cemento Pórtland.2) Mezclando escoria molida y cal hidratada.3) Mezclando escoria molida, cemento Pórtland y cal hidratada.

El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoria

Tipo I (PM)

El cemento Pórtland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Pórtland o cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr:1) Mezclando el cemento Pórtland con la puzolana2) Mezclando el cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado.

El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado.

Tipo I (SM)

El cemento Pórtland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. Se fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos:1) Moliendo conjuntamente el clinker con alguna escoria granular de alto horno2) Mezclando escoria molida y cal hidratada3) Mezclando escoria, cemento Pórtland y cal hidratada

El contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria.A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A, por ejemplo, cemento TIPO S-A.Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM), IS, IP y los denominados con subfijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación.

La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los agregados reactivos a los álcalis.

Cementos Especiales

Cementos para Pozos Petroleros

Estos cementos, empleados para sellar pozos petroleros, normalmente están hechos de Clinker de cemento Pórtland. Generalmente deben tener un fraguado lento y deben ser resistentes a temperaturas y presiones elevadas. El Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute) establece especificaciones (API 10-A) para nueve clases de cemento para pozos (clases

A a la H). Cada clase resulta aplicable para su uso en un cierto rango de profundidades de pozo, temperaturas, presiones y ambientes sulfatados. También se emplean tipos convencionales de cemento Pórtland con los aditivos adecuados para modificar el cemento.

Cementos Plásticos

Los cementos plásticos se fabrican añadiendo agentes plastificantes, en una cantidad no mayor del 12% del volumen total, al cemento Pórtland de TIPO I ó II durante la operación de molienda. Estos cementos comúnmente son empleados para hacer morteros y aplanados.

Cementos Pórtland Impermeabilizados

El cemento Pórtland impermeabilizado usualmente se fabrica añadiendo una pequeña cantidad de aditivo repelente al agua como el estearato de sodio, de aluminio, u otros, al Clinker de cemento durante la molienda final.

Otros Tipos de Cementos

Cementos de Albañilería

Estos son cementos hidráulicos diseñados para emplearse en morteros, para construcciones de mampostería.Están compuestos por alguno de los siguientes: cemento Pórtland, cemento Pórtland puzolana, cemento Pórtland de escoria de alto horno, cemento de escoria, cal hidráulica y cemento natural. Además, normalmente contienen materiales como cal hidratada, caliza, creta, talco o arcilla.La trabajabilidad, resistencia y color de los cementos de albañilería se mantienen a niveles uniformes gracias a los controles durante su manufactura. Aparte de ser empleados en morteros para trabajos de mampostería, pueden utilizarse para argamasas y aplanados, mas nunca se deben emplear para elaborar concreto.

Cementos Expansivos

El cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:E-1(K) contiene cemento Pórtland, trialuminosulfato tetracálcico anhídro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar.E-1(M) contiene cemento Pórtland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.E-1(S) contiene cemento Pórtland con un contenido elevado de aluminato tricálcico y sulfato de calcio.

Cemento Portland Blanco

El cemento Pórtland blanco difiere del cemento Pórtland gris únicamente en el color. Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C 150, normalmente con respecto al tipo I ó tipo III; el proceso de manufactura, sin embargo, es controlado de tal manera que el producto terminado sea blanco. El cemento Pórtland blanco es fabricado con materias primas que contienen cantidades insignificantes de óxido de hierro y de manganeso, que son las sustancias que dan el color al cemento gris.El cemento blanco se utiliza para fines estructurales y para fines arquitectónicos, como muros precolados, aplanados, pintura de cemento, páneles para fachadas, pegamento para azulejos y como concreto decorativo.SOLUCION 4

Oxido componente

PorcentajeTípico

Abreviatura

Cal combinada CaO 62.5% C

Sílice SiO2 21% S

Alúmina Al2O3 6.5% A

Hierro Fe2O3 2.5% F

Cal Libre CaO 0%

Azufre SO3 2%

Magnesio MgO 2%

Álcalis Na2O y K2O 0.5%

Perdida al Fuego P.F. 2%

Residuo insoluble R.I. 1%

SOLUCION 6

La industria del cemento tiene un impacto ambiental negativo importante para la salud, en función de su localización con relación a centros poblados.

La industria del cemento incluye las instalaciones con hornos que emplean el proceso húmedo o seco para producir cemento de piedra caliza, y las que emplean agregado liviano para producirlo a partir de esquisto o pizarra. Se utilizan hornos giratorios que elevan los materiales a temperaturas de 1400 °C. Las materias primas principales son piedra caliza, arena de sílice, arcilla, esquisto, marga y óxidos de tiza. Se agrega sílice, aluminio y hierro en forma de arena, arcilla, bauxita,

esquisto, mineral de hierro y escoria de alto horno. Se introduce yeso durante la fase final del proceso. La tecnología de hornos de cemento se emplea en todo el mundo. Usualmente, las plantas de cemento se ubican cerca de las canteras de piedra caliza a fin de reducir los costos de transporte de materia prima.

IMPACTOS AMBIENTALES:

Las plantas de cemento pueden tener impactos ambientales positivos en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la tecnología y el proceso son muy apropiados para la reutilización o destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.

Los impactos ambientales negativos de las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos, cetonas, y óxidos de azufre y nitrógeno). Los contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, principalmente potasio y sulfato), y el agua de enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales y freáticas.

El polvo, especialmente la sílice libre, constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si se escoge el sitio de la planta con cuidado.

BIBLIOGRAFIA

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