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CEMENTOS
DEFINICIONES:
Cemento Pórtland: conglomerante hidráulico que amasado con agua es capaz
de fraguar y endurecer tanto en presencia de aire como en contacto con el
agua adquiriendo consistencia pétrea.
O producto artificial obtenido por molienda conjunta de clinker y la
cantidad adecuada de regulador de fraguado.
Clinker: producto que se obtiene por cocción (hasta sinterización) de una
mezcla suficientemente fina y homogénea de calizas y arcillas o de materias
afines de composición idónea correctamente dosificadas.
Sinterización: proceso al que sometemos a los compuestos químicos que
determinan el cemento Pórtland a 1400/1450ºC.
Regulador de fraguado: materiales naturales o artificiales que añadidos al
clinker y molidos conjuntamente con él proporciona en los cementos un
fraguado que cumple con lo indicado en la regla UNE correspondiente.
Utilizamos como reguladores el algéz, semihidrato, anhidrita o una mezcla
de ellos.
FABRICACIÓN DEL CEMENTO DE BASE PORTLAND:
Materias primas: la materia prima es la mezcla de rocas calizas y arcillas.
CaCO +900ºC------ CO2+CaO
SiO .Al O .H2O+1000ºC-------- SiO +Al O +FeO
Esquema general de la fabricación de los cementos de base Pórtland.
1.Trituración y molienda: para que se produzca una cocción del crudo de
forma adecuada es necesario que el tamaño de las partículas sea inferior
a 0,2mm. Este tamaño se consigue en dos fases:
1ª fase-tamaño entre 80 y 20mm.
2ª fase-tamaño inferior a 0,2mm.
2. Dosificación de materias primas: en la práctica, la composición del
crudo se designa y caracteriza mediante relaciones denominadas "índices"
si es la relación de componentes ácidos con relación a los básicos o
"módulos" si es al revés.
Para el cálculo de contenido óptimo de cal del crudo se usaba el modulo
hidráulico.
En la actualidad se utiliza más el Standard de cal:
Con esta formula no queda cal libre.
La relación entre sílice y alúmina más ferritos se mide con el módulo
silíceo:
La relación entre la alúmina y el óxido férrico se mide en el modulo de
fundentes:
3.mezcla y homogenización: antes de proceder a la molienda última del
crudo se procede a realizar la mezcla de calizas, arcillas y otros
correctores, se disponen unos silos donde se insufla aire a baja presión
por la parte inferior para conseguir dicha homogeneización.
Ya esta el crudo, que es la mezcla suficientemente fina y homogénea de
materias primas calizas y arcillas.
4. clinkerización: El horno rotatorio permite la utilización de cualquier
tipo de combustible y su utilización tanto para vía seca como para vía
húmeda. La capacidad de producción de estos hornos está del orden de
5.000 T/día.
. SECADO DEL CRUDO (hasta los 350º): se elimina el agua libre.
. CALENTAMIENTO (550-900º) Se elimina el agua químicamente combinada
de las arcillas y se descompone el MgCO (impureza de la caliza)
. CALCINACION (900-1200º) Se descompone la caliza en dióxido de
carbono y en óxido cálcico y comienza a reaccionar con los
distintos óxidos de la arcilla formándose primero los compuestos de
menor contenido en cal: SILICATO BICÁLCICO(C S) Y FERRITO ALUMINATO
TETRACÁLCICO(C FA)
. REACCIONES EXOTÉRMICAS(1200-1300º) aumento de la temperatura. Se
produce una fase sólida con la formación de SILICATO TRICÁLCICO Y
ALUMINATO TRICÁLCICO.
. SINTERIZACIÓN O CLINKERIZACIÓN(1300-1450º) se produce la fase
líquida. En esta fase continúa formándose el SILICATO TRICÁLCICO.
. ENFRIAMIENTO(1450-100º) Según se va enfriando el material aparecen
unos nódulos esféricos de clinker, el enfriamiento debe ser lo mas
rápidamente posible dado que de otra forma el silicato tricálcico
se puede descomponer en silicato bicálcico y cal libre, este último
no es deseable por su nocividad. Un enfriamiento brusco facilita la
molienda del clinker y da mayor estabilidad de volumen al cemento.
La atmósfera del horno debe ser oxidante.
Aparte de las ya citadas también se producirán las siguientes reacciones:
La alúmina se combina con el ferrito y la cal formando el Ferrito
Aluminato Tetracálcico, facilita la sinterización ya que actúa como un
verdadero fundente.
En caso de agotarse el ferrito se formara aluminato tricálcico,
indeseable en el cemento.
En el caso de agotarse la alúmina y existir ferritos se formará el
ferrito bicálcico.
La existencia de cal libre es perjudicial en el cemento al igual que la
magnesia.
5. molienda de clínker y adiciones: para reducir los nódulos de clínker a
estado pulverulento se utilizan molinos tubulares. Se añade como regulador
de fraguado el aljez o piedra e yeso en una proporción del 3 al 5% pudiendo
usar también hemihidrato, anhidrita o mezcla de los tres. También se añade
en algunos tipos de cementos las escorias de horno alto, humo de sílice,
puzolanas naturales, cenizas volantes silíceas o cálcicas, esquistos
calcinados o piedra caliza.
COMPOSICIÓN POTENCIAL DEL CLINKER DE CEMENTO PORTLAND.
FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND.
Para analizar la hidratación del cemento con facilidad se divide
convencionalmente en dos fases a las que se conoce como Fraguado y
Endurecimiento.
El fraguado se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al
estado sólido.
El endurecimiento se caracteriza como un progresivo desarrollo de
resistencias mecánicas, comienza cuando acaba el Fraguado y su duración es
de varios años.
Teoría actual sobre el fraguado y el endurecimiento.
La pasta de cemento recién amasada, está constituida por la mezcla íntima
de granos de cemento anhidro, agua y generalmente aire ocluido.
En el grano de cemento anhidro penetra lentamente el agua. Disolviendo e
hidratando los aluminatos, silicatos y ferritos.
Estas partículas de cemento hidratado rodeadas de agua fuertemente unidas
entre ellas por adsorción forman el GEL.
HERMANS, definió los geles como los cuerpos que satisfacen las siguientes
condiciones:
-son sistemas dispersos coherentes, de naturaleza coloidal de al menos dos
componentes.
-presenta las características mecánicas propias de los estados sólidos.
-la fase dispersante y la dispersa se distribuyen uniformemente a través de
todo el sistema.
Las partículas de la fase dispersa pueden ser cristalinas o amorfas pero
deben ser capaces de adherirse para formar un armazón abierto e irregular
en el que se embeban las moléculas de la fase dispersante.
El GEL del cemento hidratado en su fase líquida presenta TIXOTROPÍA, esto
quiere decir que su estructura se puede destruir mecánicamente pero se
vuelve a formar con el reposo, y es debido a que las fuerzas de cohesión
son débiles pero existen un gran número de puntos de unión.
En el cemento Pórtland el gel formado es esencialmente de TOBERMORITA, que
es el gel formado por silicatos cálcicos hidratados complejos, en el caso
del cemento Pórtland en un 75%.
HIDRATACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND:
En la hidratación tienen lugar procesos como:
-reacciones químicas de hidratación y de hidrólisis.
-procesos de disolución y cristalización.
-procesos de ligazón debidos a las fuerzas de adherencia entre partículas.
En el fraguado y endurecimiento influyen en la hidratación las siguientes
variables:
-temperatura del agua de amasado.
-temperatura ambiente.
-superficie específica del cemento, etc.
SILICATO TRICÁLCICO: es el componente que aporta las resistencias iniciales
importantes y continuadas por bastante tiempo. A los 28 días se ha
hidratado un 60%.
En la hidratación de este componente se forman silicatos cálcicos
hidratados complejos, denominado TOBERMORITA e hidróxido de calcio, llamado
PORTLANDITA.
SILICATO BICÁLCICO: Aporta poca resistencia inicialmente pero notables a
partir de 28 días. A los 28 días se ha hidratado un 20%. En la hidratación
de este componente se forman silicatos cálcicos hidratados
complejos(TOBERMORITA) e hidróxido cálcico, desprendiendo menos portlandita
que el silicato tricálcico.
ALUMINATO TRICÁLCICO: debido a su rápida hidratación se añade al clínker
regulador de fraguado en forma de aljez, hemihidrato, anhidrita o mezcla de
los tres. Formando al hidratarse trisulfuroaluminato tricálcico, producto
denominado ETTRINGITA.
FERRITO ALUMINATO TETRACÁLCICO: tiene una acción débil y poco definida en
el fraguado del cemento.
CAL Y MAGNESIA LIBRE: La existencia de estos compuesto en proporciones
superiores al 2% originan baja de resistencias por el aumento de volumen
que producen al hidratarse.
OXIDO DE SODIO Y OXIDO DE POTASIO: Son álcalis, su existencia en el cemento
no es deseada ya que pueden reaccionar con los áridos de tipo ópalos,
dacitas o dolomías originando compuestos fuertemente expansivos en el
hormigón.
TRIÓXIDO DE AZUFRE: No es deseado ya que en presencia de agua forma ácido
sulfúrico que puede reaccionar con la portlandita formando sulfato cálcico
y este, a su vez, reaccionar con el aluminato tricálcico originando
ettringita, que es un compuesto expansivo que destruye el hormigón ya
fraguado.
PÉRDIDA POR CALCINACIÓN.
Se designa así a aquellas sustancias que se eliminan al calcinar el cemento
a una temperatura de 975º±25ºC hasta masa constante.
Los únicos elementos que se podrán eliminar son:
-el agua combinada del aljez.
-el agua correspondiente a la humedad que pudiera haber absorbido el
cemento.
- el CO .
-adulteración con materiales calizos.
RESIDUO INSOLUBLE.
Se trata de nombrar aquellos materiales no atacados por el ClH(ácido
clorhídrico).
Con este ensayo lo que se trata de determi
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cementos
