Procés i propietats del ciment: fases, assaigs i control

Fases d'hidratació del ciment

Hidròlisi inicial (0,2 h): hidròlisi dels components i dissolució d'ions.

Latència (0,2–2 h): continua la dissolució d'ions.

Acceleració (2–8 h): formació inicial dels productes d'hidratació amb fort increment de temperatura.

Desacceleració (8–30 h): continua la formació de productes d'hidratació, però reduint la generació de calor.

Estacionari (a partir de 30 h): formació lenta dels productes d'hidratació i assoliment de l'enduriment a llarg termini.

Clínquer i components

Clínquer: producte negre, dur i granulat que s'obté de calcinar constituents del ciment fins a fusió parcial. Constituents típics: calcària, argila, sílice, òxid de ferro i alumini, sinteritzats a 1.350–1.450 ºC.

Addicions i tipus de ciment

Additius i efectes

Additius de ciment: els accelerants anticipen l'enduriment i avancen el temps d'enduriment; els retardadors retarden el temps d'adormiment.

Ciment blanc

Ciment blanc: derivat del Portland sense ferro. Cal un procés de fabricació cuidat per no contaminar-lo amb desgast d'elements abrasius; s'utilitza en formigons blancs i beurades.

Forns i vies de cocció

Forn via seca

Forn via seca: longitud típica 4 × 60 m; pèrdua de càrrega 3,5 %; punts de rodadura 2 o 3; velocitat 1,8–3,5 rpm; rang de temperatura 1.500–2.400 ºC. La temperatura augmenta a mesura que avança el material pel forn.

Forn intern

Int Forn (forn intern): calcinació del carbonat càlcic a 550–1.100 ºC; sinterització i reaccions amb sílice, alumina i òxid de ferro entre 1.400 i 1.500 ºC, resultant en els minerals típics del clínquer.

Preescalfament via seca

Preescalfament via seca: sistema de ciclons que aprofita la calor dels gasos ascendents per escalfar la matèria primera que baixa per la torre de ciclons i arriba a l'entrada del forn. Rang de temperatura del preescalfament: 150–500 ºC.

Homogeneïtzació

Homogeneïtzació via seca: s'ajusta i s'uniformitza la composició de la matèria primera que forma el ciment. Després d'una molt bona mescla i abans del preescalfament, el material es diposita en sitges on s'homogeneïtza mitjançant corrents d'aire.

Resistència i procediment d'assaig

Resistència: segons UNE-EN 196-1:2005. Provetes normalitzades (4 × 4 × 16 cm). Preparació: barreja 3:1 (en pes) de sorra normalitzada (CEN EN 196-1) amb ciment i relació aigua/ciment de 0,50, correctament amassades.

• Enrasar i vibrar el motlle, cobrir-lo amb un vidre i posar-lo a la cambra humida 1 dia.
• Extreure la proveta i submergir-la en aigua fins a l'assaig (típicament 28 dies).
• Trencar la proveta a flexió a 3 punts amb una velocitat de càrrega de 50 N/s per obtenir la resistència a flexió.
• Comprimir els semiprismes obtinguts de l'assaig de flexió a 2,4 kN/s fins a la ruptura per obtenir la resistència a compressió.
• Els valors de resistència es donen per la mitjana aritmètica de 6 semiprismes.

Densitat

Densitat: normativa i mètodes segons UNE.

1. UNE 80103:1986 — Determinació de la densitat real mitjançant el volumòmetre de Le Chatelier. Posar al volumòmetre un volum conegut de líquid inert, afegir el ciment i mesurar la diferència de volum, tot a temperatura constant.
2. UNE 80104:1986 — Determinació de la densitat real mitjançant picnòmetre d'aire. Es posa la mostra en una cambra de volum conegut i es pressuritza una cambra veïna; es mesura la pressió final en comunicar les cambres.
3. UNE 80105:1986 — Determinació de la densitat real mitjançant picnòmetre de líquid. Pesar la mostra, omplir el picnòmetre amb líquid inert i pesar-lo; posar la mostra dins del picnòmetre i pesar de nou.

Docilitat i assaig d'assentament

Docilitat: la docilitat es determina mitjançant l'assaig d'assentament UNE-EN 12350-2:2009. El formigó fresc es compacta en un motlle amb forma de tronc de con (con d'Abrams). Quan el motlle es retira aixecant-lo en direcció vertical, el descens produït per l'assentament del formigó dona una mesura de la seva docilitat.

Aquest assaig és sensible als canvis en la consistència del formigó quan la mesura de l'assentament se situa entre 1 i 20 cm. Més enllà d'aquests valors extrems, el mesurament de l'assentament pot ser inadequat i cal considerar altres mètodes de mesura de la consistència:

• assentament < 1 cm: mètode Vebe
• assentament > 20 cm: taula de sacsejades

L'assentament no ha de continuar després d'1 minut de desemmotllar.

Després del forn i emmagatzematge

Després del forn: refredar ràpidament -> màximes prestacions mecàniques. Realitzar operations d'engraellat o satèl·lits. Emmagatzemat en sitges per a la dosificació i addicions; és important una granulometria adient.

Ciment de molt baixa hidratació i estabilitat volumètrica

Ciment de molt baixa hidratació: formigons amb baixa retracció, temps calorosos, no escalfament excessiu. S'utilitzen en estructures grans on dilatacions grans poden esquerdar el ciment fresc i comprometre l'estructura.

Estabilitat volumètrica: assaig Le Chatelier UNE-EN 196-3:2005+A1:2009. Objectiu: determinar l'expansió volumètrica d'un ciment mitjançant la seva capacitat relativa per separar les puntes en forma d'agulla soldades a un semicilindre, mesurant la distància abans i després d'ebullició. L'objectiu és determinar el risc d'expansió tardana deguda a la hidratació dels òxids de calç i de magnesi lliures.

Notes i observacions finals

• Conservar les normes i les condicions d'assaig per a resultats comparables.
• Controlar temperatures i temps en forns per garantir la qualitat del clínquer.
• Mantenir una correcta homogeneïtzació i emmagatzematge per evitar contaminacions.