Tecnología SikaGrind® para la producción de … · Figura 2. Los retos de la sustentabilidad en...

Tecnología SikaGrind® para la producción de cementos más sustentables Dr. Waltter López*, M.Sc. Diego Bernal** e Ing. Gerardo Zavala *** El reto de la sustentabilidad en la industria del cemento. En 1987 nace el concepto de sustentabilidad y con él grandes cambios en la forma de operar los procesos industriales. Antes de esa fecha, la industria del cemento tenía amplios márgenes de acción que permitían producir un producto de calidad a partir de materiales relativamente consistentes y abundantes. Después de esa fecha, el reto que la sustentabilidad ha impuesto a la industria del cemento no es menor: ahora se trata de fabricar productos de igual o mayor calidad que antes, pero con materiales sub – estándares o alternos, muchas veces subproductos de otras industrias y sin garantía de consistencia y/o abundancia. Una de las formas en que la industria cementera evalúa su éxito para responder al reto de la sustentabilidad es reduciendo el contenido de clinker en el cemento producido (factor de clinker), pero manteniendo altos estándares de calidad del producto final. Para ello la industria del cemento ha aprendido a producir clínkeres mucho más reactivos que en el pasado y diseñando tecnologías para tener procesos robustos y flexibles ante los cambios continuos de materias primas y combustibles que ha traído sus compromisos como industria ante el reto de la sustentabilidad. ¿Le gustaría tener una solución integral y sustentable para reducir aún más el factor de clinker de su cemento y al mismo tiempo reducir el costo, incrementando el desempeño de sus equipos y de los productos? La industria química ha acompañado a la cementera en su tránsito hacia una mayor sustentabilidad, básicamente desarrollando aditivos químicos. Actualmente las soluciones de la industria química han logrado reducir de un 5 a un 10% adicional el factor de clinker en los cementos modernos, sin decremento de sus propiedades físicas. También la industria química ha apoyado a la industria cementera en su transición hacia tecnologías de molienda más sustentables vía el desarrollo de aditivos específicos para molinos verticales.

Figura 1. El reto de la sustentabilidad en la industria del cemento

CalidadMaterialesEstándar

Calidad

MaterialesSub-estándar

GAP

La Industria Química (Sika) puede ayudar a

reducir este GAP

Antes de 1987

Después de 1987

CalidadMaterialesEstándar

Calidad

MaterialesSub-estándar

GAP

La Industria Química (Sika) puede ayudar a

reducir este GAP

Antes de 1987

Después de 1987

Figura 2. Los retos de la sustentabilidad en la industria del cemento también han traído oportunidades de nuevos negocios y una forma nueva de interactuar entre la industria cementera, la sociedad y los organismos regulatorios.

Las respuestas al reto de la sustentabilidad en la industria cementera han sido locales: La figura 3 muestra los tipos de cementos que se producen en las distintas regiones del planeta. Como salta a la vista, cada región del mundo ha respondido al reto de la sustentabilidad de forma diferente, básicamente dependiendo de los materiales que tienen a su alcance y las regulaciones de cada país. Es interesante notar que Latinoamérica es la región del mundo donde menos cemento portland ordinario (CPO) se produce y donde los cementos con puzolanas naturales y multi-componentes son los que más se fabrican. Esto implica que las soluciones propuestas por la industria química deben ser diseñadas como traje a la medida y que no necesariamente una solución química que sirva para un tipo de cemento que se produce en Europa o Norte-América puede transferirse a Latinoamérica directamente. Es por eso que compañías como Sika han invertido desde 2010 en la creación de laboratorios especializados para diseñar aditivos para cemento, trabajando en equipo con los clientes y los materiales locales que tienen a su disposición en las diferentes regiones. En el caso de Latinoamérica, el laboratorio de diseño de aditivos para cemento se encuentra en Querétaro, México.

Figura 3. Tipos de cementos que se producen en el mundo

Emissiontrading

Workforcetraining

CommunitydevelopmentEnvironmental

stewardship

SocietySociety

MaterialrecyclingBy-product

synergy

Waste reuse

Industrialecology markets

Alternativefuels

Novelmaterialresearch

Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain

Energy AggregatesGypsum

IndustryIndustry

Emissiontrading

Workforcetraining


stewardship

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry


synergy

Waste reuse


Alternativefuels



synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SociedadSociedad

CanteraHorno de clinker

MolinoPlanta de concreto

Edific. / Infraestr.

Yeso / Adición

Agrega‐dos

Gestión ambiental

Desarrollo decomunidad

Beneficios por emisiones

Capacitación Fza. de trabajo

Combustibles alternativos

MaterialesInd. ecológicos

Reuso de desperdicios

Investigación deNuevos materiales

Energía

RecicladoSinergia de productos

IndustriaIndustria

Cadena de suministro

Fuente: World Business Council for Sustainable Development

Emissiontrading

Workforcetraining


stewardship

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

Emissiontrading

Workforcetraining


stewardship

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry


synergy

Waste reuse


Alternativefuels



synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SociedadSociedad




Yeso / Adición

Agrega‐dos

Gestión ambiental

Desarrollo decomunidad

Beneficios por emisiones

Capacitación Fza. de trabajo

Combustibles alternativos

MaterialesInd. ecológicos

Reuso de desperdicios

Investigación deNuevos materiales

Energía


IndustriaIndustria


Emissiontrading

Workforcetraining


stewardship

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

Emissiontrading

Workforcetraining


stewardship

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SocietySociety


synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry


synergy

Waste reuse


Alternativefuels



synergy

Waste reuse


Alternativefuels


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


Buildings& Roads

ConcretePlant

CementMill

ClinkerKiln

RockQuarry

Supply Chain


IndustryIndustry

SociedadSociedad




Yeso / Adición

Agrega‐dos

Gestión ambientalGestión ambiental

Desarrollo decomunidadDesarrollo decomunidad

Beneficios por emisionesBeneficios

por emisionesCapacitación Fza. de trabajoCapacitación Fza. de trabajo

Combustibles alternativosCombustibles alternativos

MaterialesInd. ecológicosMateriales

Ind. ecológicos

Reuso de desperdiciosReuso de

desperdicios

Investigación deNuevos materialesInvestigación deNuevos materiales

Energía


IndustriaIndustria


Fuente: World Business Council for Sustainable Development

La tecnología SikaGrind® para la reducción del factor de clinker de los cementos con adiciones de puzolana natural y caliza. Dentro de Sika Mexicana, en el Centro de Excelencia para la Construcción Sustentable (CECS), se han obtenido ya algunos casos de éxito aplicando la tecnología SikaGrind® y utilizando como herramienta la calorimetría isotérmica. En uno de ellos se logró reducir 5% el factor de clinker, lográndose así un cemento más sustentable y económico sin afectar la calidad deseada. Figura 4. El diseño de cementos más sustentables implica la adición de un aditivo químico capaz de activar el clinker del cemento logrando maximizar la cantidad de adiciones activas (puzolana o escoria) y fillers (caliza) y, por lo tanto, reduciendo el factor de clinker del cemento. Workshops con clientes para conocer sus necesidades y establecer agenda para desarrollo de una solución a su medida. En Sika Mexicana se utilizan los wokshops con clientes para escuchar sus necesidades y retos, intercambiar experiencias y plantear una agenda de trabajo conjunta para resolver cuestiones de interés. En uno se estos workshops, se acordó desarrollar un proyecto para disminuir 5% el factor de clinker de un cemento CPO40 con ayuda de un aditivo tailor made o hecho a la medida, basado en la Tecnología SikaGrind®. Para ello se prepararon cementos de laboratorio a partir de las materias primas usadas por el cliente (clinker, yeso, caliza y puzolana natural) en el laboratorio de diseño de aditivos del CECS. Se utilizó la calorimetría isotérmica como herramienta para evaluar la activación del cemento por varios aditivos, como se muestra en la figura 5. Finalmente, con los dos aditivos que mostraron la mayor activación de la velocidad de hidratación del cemento, se comprobó su desempeño mediante la evaluación de resistencias a la compresión, como se muestra en la figura 6 en donde se puede observar que con los dos aditivos ensayados: Sika AL-170-2 y Sika AL-199-5, fue posible reducir un 5% el factor de clinker del cemento CPO-40, pasando del cemento Portland ordinario (CPO-40) a uno mezclado (CPC-40), sin pérdida de resistencias a la compresión a todas las edades.

Figura 5. Velocidad de la reacción de hidratación del cemento mostrando la activación del cemento por efecto de los aditivos

Figura 6. Resistencias a la compresión del cemento testigo (CPO40) y el cemento CPC-40 con 5% de reducción de factor de clinker y aditivos Sika.

En la tabla 1, se observa el estimado de ahorros en dinero y CO2 que representaría la reducción del factor de clinker en un cemento; el punto de equilibrio para pagar el precio de un aditivo de cemento esta típicamente alrededor de un 2% de reducción del factor de clinker, arriba de eso el cliente obtiene ganancias netas por el uso del aditivo.

Tabla 1. Estimado de ahorro en dinero y CO2

Simulación Blaine Residuo 45 µm,

%

Resis. 7 D, Mpa

Resis. 28 D, Mpa

% Aumento producción

% Reemplazo

Clinker

Sustentabilidad ahorro de prod. de tons. de CO2

al ambiente

Beneficio Económico

$MN/año

2 4200 5 39.2 41.4 10.3 2 3,595 $504,879

3 4200 5 39.2 41.4 10.3 3 5,288 $1,273,959

4 4200 5 39.2 41.4 10.3 4 6,981 $2,043,039

5 4200 5 39.2 41.4 10.3 5 8,674 $2,812,119

6 4200 5 39.2 41.4 10.3 6 10,367 $3,581,199

¿Tiene interés en desarrollar un cemento más sustentable y de menor costo? En Sika Mexicana se trabaja en conjunto con Usted para el desarrollo de cementos más sustentables. Además, como parte del servicio a la industria cementera, se ofrece el análisis del proceso de molienda, pruebas industriales, seguimiento y recomendaciones a la medida, servicio post – uso para lograr el óptimo desempeño de la tecnología SikaGrind®. Usted puede contactarnos por correo electrónico para conocer sus necesidades y encontrar soluciones integrales a sus necesidades en la industria del cemento.

* Gerente de Investigación y Desarrollo de Sika Mexicana en el Centro de Excelencia para la ConstrucciónSustentable, [email protected] ** Químico Inorgánico Jr. Investigación y Desarrollo Sika Mexicana, [email protected] *** Ingeniero Coordinador de Nuevos Productos, Sika Mexicana, [email protected]

Sika Responde 01 800 123 7452Para mayor información:

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