Ciment: Tipus, Propietats i Fabricació

Què és el Ciment?

Un ciment és qualsevol tipus d'aglutinant que manté fermament altres materials junts. El formigó és un material compost de partícules de pedra i sorra que es mantenen unides per un adhesiu que és generalment una pasta de ciment.

Tipus de Ciment

El ciment hidràulic es refereix a qualsevol ciment que utilitza l'aigua per iniciar una reacció química que endureix la barreja i, quan està completament format, crea un producte resistent a l'aigua. El no hidràulic utilitza materials que no s'endureixen quan s'exposen a l'aigua.

Composició del Ciment

El Silicat tricàlcic (C3S) reacciona més exotèrmicament i endureix ràpidament. El Silicat dicàlcic (C2S) és menys exotèrmic i endureix lentament. Contribueix a augments de la força en les edats més enllà de 7 anys.

La relació aigua/ciment no ha de ser menor a 0,42 (30% aigua, 70% ciment). Fins a 0,36 no s’hidrata tot el ciment.

CLÍNQUER: Es sintetitza entre 1350 i 1450 ºC. Aquest material és la roca calcària, en menor proporció tenim l’argila, el sílice, òxids de ferro i d’alumini.

El ciment PORTLAND normal té un 50% de C3S i un 24% de C2S, a més d’un 11% de C3A i un 8% de C4AF. El ràpid ha d’aconseguir més temperatura, amb un 60% de C3S i un 13% de C2S, a més d’un 9% de C3A i un 8% de C4AF.

Fases d'Hidratació del Ciment

1. Hidròlisis inicial (0,2 h): Hidròlisis dels components i dissolució d’ions.
2. Latència (0,2-2 h): Continua la dissolució d’ions.
3. Acceleració (2-8 h): Formació inicial dels productes d’hidratació amb fort increment de la temperatura.
4. Desacceleració (8-30 h): Continua la formació de productes d’hidratació, però reduint la generació de calor.
5. Estacionari (a partir de 30 h): Formació lenta dels productes d’hidratació, i assoliment de l’enduriment a llarg termini.

El fraguat o adormiment d’un ciment, el temps ve determinat per l’assaig de Vicat.

Fabricació del Ciment

Característiques del Forn

Característiques del forn tubular: 4 m de diàmetre, 60 m de longitud, recolzats entre 2/3 punts de rodadura, amb 3,5% d’inclinació i 1,8-3,5 rpm. Ha de resistir 1500-2400 ºC.

Etapes del Procés

• Homogeneïtzació: S’ajusta i uniformitza la composició de la matèria prima.
• Preescalfament per via seca: Normalment mitjançant un sistema de ciclons. Temperatures assolides en l’assecatge i el preescalfament van dels 150 ºC als 500 ºC.
• Processos a l’interior del forn: Calcinació del carbonat càlcic a temperatures entre 550 ºC i 1100 ºC, i la sinterització (clinquerització) de l’òxid de calç.
• Refredament i emmagatzematge: El ciment es refreda ràpidament i s’emmagatzema en sitges o hangars.
• Dosificació i granulació: Es dosifica amb guix i altres addicions, i finalment es granula.

El cicló és un sistema precalentador en suspensió.

Tipus Especials de Ciment

• Ciment clínquer: Producte negre, dur i granulat que s'obté de calcinar els principals constituents del ciment fins a la fusió parcial, abans de triturar-los. S’obté de la roca calcària.
• Ciment siderúrgic: Barreja del clínquer del pòrtland i un regulador d’enduriment, amb escòria siderúrgica. És un ciment fred, actiu hidràulicament i resistent als sulfats.
• Ciment resistent a l’aigua del mar: Ciment pòrtland amb característiques addicionals, marcats pel sufix /MR. Aquesta resistència als sulfats i clorurs l’assoleixen minimitzant el contingut de C3A i C4AF.
• Ciment resistent als sulfats: Ciment pòrtland amb característiques addicionals, marcats pel sufix /SR. L’assoleixen minimitzant el contingut de C3A.
• Ciment blanc: Derivat del ciment pòrtland que s’obté fent servir matèries primeres sense ferro, manganès i crom: pedra calcària blanca i argiles blanques de tipus caolí. Temperatura de clinquerització uns 100 ºC superior.
• Ciment aluminós: Compost format per una mescla de calcàries, bauxites (argila rica en alumini), alúmina (Al2O3) amb una proporció superior al 36% i òxid fèrric (Fe2O3) amb una inferior al 20%. Els seus avantatges són el caràcter refractari, la rapidesa d’enduriment i la resistència a aigües agressives. No s’ha d’utilitzar en estructures.
• Ciments de molt baixa calor d’hidratació: Per a formigons de baixa refracció. Per a evitar-los en temps càlids i evitar escalfaments excessius, i per estructures molt grans.

Assaigs del Ciment

• Estabilitat volumètrica: Assaig de Le Chatelier. Determina l’expansió volumètrica d’un ciment. L’objectiu és determinar el possible risc d’expansió tardana deguda a la hidratació dels òxids de calç i magnesi lliures.
• Densitat real: Mètodes d’assaig de Le Chatelier en ciments.
• Resistència mecànica: Amb provetes normalitzades (4x4x16 cm). Trencar la proveta a flexió a 3 punts amb una velocitat de càrrega de 50 N/s, obtenint la resistència a flexió. Comprimir els semiprismes obtinguts de l’assaig de flexió a 2,4 kN/s fins a la ruptura.
• Plasticitat: Propietat del ciment fresc que li permet deixar-se modelar i canviar lentament de forma si es treu del motlle. Es pot modificar per: aigua, trimetilats, ftalats, adipats, maleresistènciaats, sebatats, benzoats, sulfonamides, …
• Docilitat: Es determina mitjançant l’assaig d’assentament. S’augmenta la docilitat amb: airejant la pasta, amb més aigua, amb la finor del ciment, plastificants, fluïdificants.
• Finor: Mitjançant l’assaig de permeabilitat de l’aire de Blaine.

Additius per a Ciment

Additius: Reductors d’aigua (fluïdificants), superfluïdificants (superplastificants), accelerants/retardants d’enduriment, hidròfugs (repulsors d’aigua), etc.

Con d'Abrams

El Con d’Abrams és l'assaig que es realitza al formigó en el seu estat fresc, per a mesurar la seva consistència.