Fabricación del Cemento de Base Portland

COMENTO

1.-FABRICACIÓN DEL CEMENTO DE BASE PORTLANDMaterias primas.Rocas calizas: CaCO3 (aportan cal) + MgCO3 (impurezas)Arcillas: SiO2 Al2O3 H2O (aportan sílice, alúmina y ferritos)2.Dosificación de materias primas.La composición del crudo se designa mediante índices.•Cálculo óptimo de cal del crudo. módulo hidráulico•El módulo silíceoEl módulo de funcentes3.Trituración y moliendaPara una correcta cocción del crudo el tamaño de las partículas debe ser <0,2mm conseguido mediante dos fases4.Clinkerización•Secado del crudo (350ºC) Se elimina el agua libre•Calentamiento (550-900ºC) Se elimina agua químicamente combinada de las arcillas y se descompone la arcilla en sus óxidos SiO2, Al2O3, Fe2O3, se descompone el MgCO3 en CO2 y MgO•Calcinación (900/1200ºC) Se descompone el CaCO2 en CO2 y CaO  y se forma  C2S y C4AF.•Reacciones exotérmicas (1200/1300ºC) Se produce aumento de temperatura. formación del Silicato tricálculo C3S y de aluminato tricálculo C3A•Sinterización/ clinkerización (1300/1450ºC) C4AF y el C3A se funden a líquido mientras continúa formándose el silicato tricálcico (alita) C3S que aparece como fase sólida.•Enfriamiento (1450/100ºC) lo más rápido posible dado que el C3S se podría descomponer en C2S y CaO (cal libre indeseada por su nocividad)5.Molienda del clinker y adicionesPara reducir el tamaño de los nódulos de clinker se usan molinos tubulares. para cementos Portalnd tipo II, III, IV, V se añadirán las escorias de horno alto, humo de sílice, etc.

2.-COMPOSICION Componentes principales-silicato tricálcico (C3S)-silicato bicalcico (C2S)-aluminato trcalcico(C3A)- ferritoalumnato tetracalcico ((C4AF)Componentes secuntarios-oxido de calcio (cao) CAL LIBRE-oxido de magnesio (mgo) MAGNESIA LIBRE-oxido de sodio (na2o) ALCALIS-oxido de potasio (k2o) ALCALIS-trioxido de azufre (so3) AZUFRE

3.-FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO Fraguado:  consiste en el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido mediante la hidratación de los componentes principales.Endurecimiento: consiste en hacer el cemento más sólido y resistente (progresivo desarrollo de resistencias mecánicas)

4.- HIDRATACIÓN DE LOS COMPONENTES 1.Silicato tricálcico Aporta resistencias iniciales importantes y continuadas por bastante tiempo. A los 28 dias se ha hidratado ≈60% y desprende gran cantidad de calor. se forman tobermorita y portlandita.

2.Silicato bicálcico Aporta pocas resistencias inicialmente, pero notables a partir de los 28 dias. A largo plazo las resistencias de C3S y C2S son iguales. A los 28 dias se ha hidratado ≈20% y desprende poco calor. se forma tobermorita y portlandita (menor que C3S)3.Aluminato tricálcicoEs el componente que antes termina su hidratación lo que produce un falso fraguado. Por ello se añade regulador del fraguado para disminuir la solubilidad de aluminatos anhídridos formando ettringita.4. Ferroaluminato tetracálcico Este compuesto se intentará unir dando componentes expansivos. Tiene una hidratación lenta y no desprende calor.5.Cal y magnesia libreAmbas forman hidróxidos y producen expansión. Desprendimiento de calor muy alto.Origina bajada de resistencias por el aumento del volumen, que producen el hidratarse, siendo más perjudicial la magnesia porque se hidrata a más largo plazo6.Óxido de sodio y potasio (Álcalis del cemento)Aparecen por impurezas y su existencia no es deseada ya que pueden reaccionar con los áridos orgiginando compuestos fuertemente expansivos en ciertas condiciones hidrotérmicas.7.Trióxido de azufreLa existencia de SO3 no es deseada ya que junto al agua forma ácido silfúrico que puede reaccionar con portlandita formando sultado cálcico y este, a su vez reaccionar con C3A formando ettringita, compuesto expansivo que destruye el hormigón ya fraguado8.Pérdida por calcinaciónCon la pérdida por calcinación podemos detectar si nos han vendido un cemento que no corresponde, si disminuye el volumen del cemento al someterlo a 900ºCEl CO2 que pudiera haber captado la cal libre al hidratarse se podría eliminar lo que nos indicaría que el cemento se ha meteorizado; perjudicial para el cemento ya que nos indica que ha absorbido humedad por lo que algunos elementos podrían haber comenzado el fraguado.

5.-FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO1.Calor de hidratación•Composición del cemento: a mayor C3S más desprendimiento de calor•A mayor finura de molido más rapidez de hidratación y mayor desprendimiento de calor•A menor relación agua/cemento mayor incremento de temperaturaEl aumento de temperatura puede ocasionar evaporación de agua de amasado por lo que origina grietas de evacuación creando coqueras provocando mala hidratación del cemento. Para evitar esto debemos usar cemento adecuado y curar correctamente.2.Temperatura durante el fraguadoEntorno a 2ºC se ralentiza la hidratación, pudiéndose detener a los 0ºC. Por debajo de los 0ºC habría problema de congelación y por el contrario a más de 40ºC se evaporará.

3.Estabilidad de volumenproducidas por:•Expansión de cal libre y magnesia. Este daño se produce cuando el cemento ha endurecido por eso se limita el contenido.•Aumento de temperatura en fraguado evaporando agua•Exceso de agua en amasado•Expansión por reacción del C3A no hidratado con aguas selenitosas Por el contrario para obtener un cemento durable de debe cuidar:•La relación agua/cemento debiendo ser lo menor posible (uso de plastificantes para mayor durabilidad)•El curado evitando la pérdida de agua por evaporación4.Estabilidad químicaEl C3S y C2S forman Portlandita. que puede formar compuestos expansivos y facilmente solubles que ataquen al C3A. Por ello se debe fijar la Portlandita (añadiendo puzolanas, cenizas volantes, etc.) para eliminar su facilidad de reacción.

6.-ATAQUE DEL CEMENTO PORTLAND ENDURECIDO 1.Agentes físicosEl hielo (aumento de volumen) y cristalización de sales. Son destructivos por sus fuerzas de expansión, para evitarlo se deben hacer hormigones ricos en cemento.2.Agentes químicos•Gases contenidos en la atmósfera o en humos:El CO2 contenido en la atmósfera reacciona con la Portlandita produciendo carbonato cálcico. La Portlandita, que protege las armaduras del hormigón de corrosión, al ser carbonatada formando CaCO3 provoca corrosión (carbonatación)•Aguas puras, ácidas, selenitosas y marinas:Actúan como disolventes de cemento o generan cloruro de calcio, que es soluble.•Compuestos orgánicos (grasas)Destrucción debido a la acción de ácidos grasos que en contacto con álcalis del cemento forman jabón

7.-COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS CEMENTOS DE BASE PORTLAND1.Clinker de cemento Portalnd (K)Es un material constituido por silicatos cálcicos (C2S+C3S) y por fases del clinker, conteniendo aluminio y hierro, formando C3A (aluminato tricálcico) y C4AF (ferritoaluminato tetracálcico)2.Escoria granulada de horno alto (S)Es usada como adicción y tiene propiedades hidráulicas cuando se activa (fija la portlandita)3.Materiales puzolánicosfijan la Portlandita y no reaccionan por sí mismo.4.Cenizas volantesPueden ser de naturaleza silícea o calcárea. Se obtienen por precipitación electrostática/ mecánica de partículas purvulentas que provienen de hornos alimentadas con carbón.5.Caliza (L y LL)Actúa como retenedor de agua en el cemento.6.Humo de sílice (D)Con este componente el cemento es más resistente inicialmente.

8.-DEFINICIONES1.-PORTLANDITA: producto resultado de la hidratación del c3s y c2s. muy reactiva con otros compustos, pudiendo formar compuestos expansivos, que atacan al c3a, fácilmente solubles.2.-CARBONATACION: rwaccion de la portlandita con el co2, genera un ph muy básico que favorece la perdida de protección de las armaduras ante la corrosión.3.-TOBERMORITA: producto resultado de la hidratación del c3s y c2s, principal componente del cemento. Principal responsable de las resistencias del cemento portland.4.-ETTRINGITA: producto resultado de la hidratación del c3a. muy expansivo que provoca la fisuración del cemtno. También se forma cuando el c3a es atacado por sulfatos. Cem I, II, III, tiene bajos niveles de ettringita.5.-PUZOLANAS: adición del cemento cuya función es reaccionar con la portlandita y así impedir que esta reacción con compuestos nocivos para el cemento.

9.-DESIGNACIONCem i: Cemento PortlandCemii cemento portlan con adicionesCem iii: cementos de horno altoCem iv: cemtnos puzoanicosCem v: ceemtos compuestos.S: escoria de horno alto;D: humo de sílice;P: puzolana natural;Q: puzolana natural calcinada;V: ceniza volante silícea;W: ceniza volante calcárea;T: esquistos calcinados;L: caliza con un contenido en carbono orgánico total menor o igual a 0,5% en masa;LL: caliza con un contenido en carbono orgánico total menor o igual a 0,2% en masa;R: alta resistencia inicvialN : media riL: baja riM: combinación de compuestosLH: bajo calor de hiratacionSR: resistente a los sulfatos.MR resistente al agua de mar