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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
E. P. Arquitectura y Urbanismo
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y
ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
EDIFICACIONES
ARQUITECTÓNICAS I
TEMA: LADRILLO
DOCENTE:
Arq. Gerardo aza arias
ESTUDIANTES DE ARQ.
DE LA CRUZ ANCCORI, Vladimiro Samuel
PUNO – PERÚ - 2012
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Contenido INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................. 5
EL CEMENTO ....................................................................................................................... 6
CEMENTO A GRANEL ........................................................................................................ 8
HISTORIA DEL CEMENTO Y CONCRETO .................................................................. 8
HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND ...................................................................... 9
TIPOS DE CEMENTO ........................................................................................................ 11
a) BASE DE ARCILLA ................................................................................................... 12
b) PUZOLÁNICO ............................................................................................................ 12
CEMENTOS PORTLAND ESPECIALES .......................................................................... 13
1.- PORTLAND FÉRRICO .............................................................................................. 13
2.- CEMENTOS BLANCOS ............................................................................................ 14
3.- CEMENTOS DE MEZCLAS ..................................................................................... 15
4.- CEMENTO PUZOLÁNICO ....................................................................................... 15
5.- CEMENTO SIDERÚRGICO ...................................................................................... 18
6.- CEMENTO DE FRAGUADO RÁPIDO .................................................................... 18
7.- CEMENTO ALUMINOSO......................................................................................... 19
TIPOS DE CEMENTO PORTLAND .................................................................................. 21
PORTLAND TIPO I ......................................................................................................... 21
PORTLAND TIPO II ....................................................................................................... 22
PORTLAND TIPO III (PM) ........................................................................................... 22
PORTLAND TIPO V ....................................................................................................... 23
PROCESO DE FABRICACIÓN .......................................................................................... 24
1.- CANTERAS ................................................................................................................ 24
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2.- CHANCADO .............................................................................................................. 24
3.- MOLINO DE CRUDO................................................................................................ 25
4.- HORNEADO .............................................................................................................. 26
5.- MOLINO DE CEMENTO .......................................................................................... 27
6.- ENSACADO ............................................................................................................... 27
CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS .......................................................................... 28
1. CEMENTO PORTLAND............................................................................................. 28
2. CEMENTO HIDRÁULICO MODIFICADO CON PUZOLANA .............................. 28
3. CEMENTO HIDRÁULICO MODIFICADO CON ESCORIA ................................... 28
4. CEMENTO HIDRÁULICO DE USO GENERAL ...................................................... 28
5. MODIFICACIONES: ................................................................................................... 29
6. CEMENTO DE ALBAÑILERÍA ................................................................................. 30
USO DEL CEMENTO ......................................................................................................... 31
1.- FRAGÜE ..................................................................................................................... 31
2.- SECADO ..................................................................................................................... 32
3.- CURADO .................................................................................................................... 33
4.- LAS MEZCLAS. ......................................................................................................... 33
MEZCLA Y MOLIENDA DE LAS MATERIAS PRIMAS ........................................... 36
COCCIÓN DE LA PASTA CRUDA ............................................................................... 36
TRANSFORMACIÓN DEL CLINQUER EN CEMENTO PORTLAND ...................... 37
REQUISITOS EXIGIDOS AL CEMENTO PORTLAND .............................................. 37
ELABORACIÓN ................................................................................................................. 39
1) MATERIAS PRIMAS ................................................................................................. 39
2) PROCESO DE ELABORACIÓN ................................................................................ 39
3. PROPIEDADES QUÍMICAS ...................................................................................... 42
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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE HIDRATACIÓN Y
FRAGUADO .................................................................................................................... 45
TIEMPO DE FRAGUADO .......................................................................................... 46
AMBIENTE ................................................................................................................. 46
HUMEDAD RELATIVA ............................................................................................. 47
TEMPERATURA ......................................................................................................... 48
PRESIÓN ATMOSFÉRICA ........................................................................................ 48
CALIDAD DEL CLINKER ......................................................................................... 48
RECOMENDACIONES DE USO DE LOS CEMENTOS .......................................... 49
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INTRODUCCIÓN.
l cemento se inventó hace aproximadamente 2000 años por los romanos, de
forma totalmente fortuita, como ha ocurrido con otros inventos. Al hacer
fuego en un agujero recubierto de piedras, consiguieron deshidratar y
descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas o el yeso, convirtiéndolas en
polvo que se depositó entre las piedras.
Al llover, dicho polvo unió las piedras entre sí. Los egipcios utilizaron un cemento
fabricado con yeso impuro calcinado, que sirvió para unir los bloques de piedra en
la construcción de las pirámides. El secreto de la durabilidad del cemento se perdió
y en la Edad Media tan solo fue posible fabricar cemento de mediana calidad. En
1756, Smeaton descubrió que los mejores cementos se obtenían al mezclar caliza
con un 20- 25% de materia arcillosa. En 1845, Johnson fijó las proporciones de
materias primas a utilizar, así como la temperatura de cocción, con lo que se asistió
al inicio de la industria de emento Portland. Dicho nombre le fue dado por su
similitud con la piedra de Portland. Actualmente, hay tres procesos de fabricación
de cemento que utilizan hornos rotativos desarrollados en Inglaterra en 1855: vía
seca, vía seca con precalentamiento / precalcinación y vía húmeda.
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EL CEMENTO
l cemento que se mantiene seco conserva todas sus características.
Almacenado en latas estancas o en ambientes de temperatura y humedad
controlada, su duración será indefinida. En las obras se requieren
disposiciones para que el cemento se mantenga en buenas condiciones por un
espacio de tiempo determinado.
Lo esencial es conservar el cemento seco, para lo cual debe evitar la humedad
directa sino además tener en cuenta la acción del aire húmedo.
En obras grandes o en aquellos casos en que el cemento deba mantenerse por un
tiempo considerable se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin
aberturas ni grietas, que pueda mantener el ambiente lo más seco que sea posible.
En los casos en que sea previsible la presencia de lluvias, el techo tendrá la
pendiente adecuada.
El piso deberá ser de preferencia de tablas, que se eleven sobre el suelo natural
para evitar el paso de la humedad. Eventualmente se pueden usar tarimas de
madera.
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Las bolsas se deberán apilar juntas, de manera de minimizar la circulación del aire,
dejando un espacio alrededor de las paredes.
Las puertas y las ventanas deberán estar permanentemente cerradas.
El apilamiento del cemento, por periodos no mayores de 60 días, podrá llegar
hasta una altura de doce bolsas.
Para mayores periodos de almacenamiento el límite recomendado es el de ocho
bolsas, para evitar la compactación del cemento.
Las bolsas de cemento se dispondrán de manera que se facilite su utilización de
acuerdo al orden cronológico de recepción, a fin de evitar el envejecimiento de
determinadas partidas.
No deberá aceptarse, de acuerdo a lo establecido en la norma, bolsas deterioradas
o que manifiesten señales de endurecimiento del cemento.
En obras pequeñas o cuando el cemento va a estar almacenado en periodos cortos,
no más de 7 días, puede almacenarse con una mínima protección, que puede
consistir en una base afirmada de concreto pobre y una cobertura con lonas o
láminas de plástico.
Las cubiertas deberán rebasar los bordes para evitar la penetración eventual de la
lluvia a la plataforma.
El recubrimiento deberá afirmarse en la parte inferior y si es posible en la superior
para evitar que sea levantada por el viento.
En todos los casos el piso deberá estar separado del terreno natural y asegurar que
se mantenga seco.
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CEMENTO A GRANEL
Durante mucho tiempo, el cemento ha sido suministrado en sacos de papel. Sin
embargo, la tendencia actual es distribuirlo a granel, transportándolo en camiones
cisterna y almacenándolo en silos.
Las ventajas de la adquisición de cemento a granel son varias; entre ellas, las
siguientes:
Economía en la compra de cemento.
Economía de manejo en descarga, almacenamiento y manipulación.
Economía por pérdida, originada en sacos deteriorados o mojados.
Incremento en la productividad de la obra, por contar con cemento
inmediatamente disponible.
Evita el riesgo de robo.
Por otra parte, desde el punto de vista de la economía social, significa para el país
un ahorro de divisas al disminuir la importación de insumo para fabricación del
envase.
HISTORIA DEL CEMENTO Y CONCRETO
Hace 5.000 años aparecen al norte de Chile las primeras obras de piedra unidas
por un conglomerante hidráulico procedente de la calcinación de algas, estas obras
formaban las paredes de las chozas utilizadas por los indios. Los egipcios
emplearon morteros de yeso y de cal en sus construcciones monumentales.
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En Troya y Micenas, dice la historia que, se emplearon piedras unidas por arcilla
para construir muros, pero, realmente el hormigón confeccionado con un mínimo
de técnica aparece en unas bóvedas construidas cien años antes de J.C.
Los romanos dieron un paso importante al descubrir un cemento que fabricaban
mezclando cenizas volcánicas con cal viva. En Puteoli conocido hoy como Puzzuoli
se encontraba un depósito de estas cenizas, de aquí que a este cemento se le
llamase "cemento de puzolana".
Con hormigón construye Agripa en el año 27 antes de J.C. el Panteón en Roma, que
sería destruido por un incendio y reconstruido posteriormente por Adriano en el
año 120 de nuestra era y que, desde entonces, desafió el paso de tiempo sin sufrir
daños hasta el año 609 se transformó en la iglesia de Santa María de los Mártires.
Su cúpula de 44 metros de luz está construida en hormigón y no tiene más huecos
que un lucernario situado en la parte superior
HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND
Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la
Construcción fueron los yesos y las calles hidráulicas, sin embargo, es durante este
siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los cementos.
John Smeaton, ingeniero de Yorkshire
(Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro
de Eddystone en la costa de Cornish, se
encuentra con que los morteros formados
por la adición de una puzolana a una caliza
con alta proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la
acción de las aguas marinas y que la presencia de arcilla en las calles, no sólo las
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perjudicaba sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas calles
fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella. Puede
decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el
sistema de fabricación que se sigue empleando en la actualiad y que propuso en
1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 publicó
su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En
estos trabajos marca la pauta a seguir en la fabricación del cemento por medio de
mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones convenientes y molidas
conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y
con él marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en
1853 empieza a estudiar la acción destructiva del agua de mar sobre el mortero y
hormigón.
En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de
cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y
con arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las
calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era
una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas
en la cocción.
En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de
Aspdin en el que se había logrado una parcial sinterización por elección de una
temperatur adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la construcción de un
túnel bajo el río Támesis en Londres.
Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala
industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas
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suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como
materia prima.
El intenso desarrollo de la construcción de ferrocarriles, puentes, puertos, diques,
etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las
fábricas de éste, especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por
doquier.
Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se imponen en las obras de
ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos
naturales.
Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material
industrializado de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento
es el alma del hormigón, yendo destinada, prácticamente, toda su producción a en
lazar piedras sueltas para crear el material pétreo que conocemos como hormigón.
Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le
Chatelier, en 1870 y 1880, fueron fundamentales y muy meritorias para el
desarrollo de este material.
En ellas se apoya toda la investigación actual que emplea técnicas de análisis muy
sofisticadas y rápidas.
TIPOS DE CEMENTO
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La industria de cemento en el Perú produce los tipos y clases de cemento que son
requeridos en el mercado nacional, según las características de los diferentes
procesos que comprende la construcción de la infraestructura necesaria para el
desarrollo, la edificación y las obras de urbanización que llevan a una mejor
calidad de vida.
Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:
a) BASE DE ARCILLA
Obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4
aproximadamente.
b) PUZOLÁNICO
La puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o de origen volcánico.
Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus
propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.
Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y
aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcareo, arcilla y arena. El
material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se
hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los
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cementos es compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las
composiciones.
CEMENTOS PORTLAND ESPECIALES
Los cementos Portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma
forma que el Portland, pero que tienen características diferentes a causa de
variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.
1.- PORTLAND FÉRRICO
El Portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0.64. Esto
significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene
introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de
composición comporta por lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una
menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por
este motivo estos cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en
climas cálidos. Los mejores cementos férricos son los que tienen un módulo
calcareo bajo, en efecto estos contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya
hidratación produce la mayor cantidad de cal libre (Ca(OH)2). Puesto que la cal
libre es el componente mayormente atacable por las aguas agresivas, estos
cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguas
agresivas.
Un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clinker, compuesto
esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o
más de las formas de sulfato de calcio, como una adición durante la molienda.
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Cemento portland tipo 1, normal es el cemento portland destinado a obras de
concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro
tipo.
Cemento portland tipo 2, de moderada resistencia a los sulfatos es el cemento
portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción
moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando
así sea especificado.
Cemento portland tipo 5, resistente a los sulfatos es el cemento Portland del cual se
requiere alta resistencia a la acción de los sulfatos.
2.- CEMENTOS BLANCOS
Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de
fundientes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un
porcentaje bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le
da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más obscuro al cemento
ferrico. La reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y
de criolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno.para bajar la
calidad del tipo de cemento que hoy en dia hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5,
tipo II 42,5 y tipo II 32,5;tambien llamado pavi) se le suele añadir una adición extra
de caliza que se le llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente el
clinker molido con yeso sería tipo I
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3.- CEMENTOS DE MEZCLAS
Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros
componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da a estos
cementos nuevas características que lo diferencian del Portland normal.
4.- CEMENTO PUZOLÁNICO
Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente
en la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli,
en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha
generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro
tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.
Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico,
y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo
agua.
Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían
entendido los romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana
mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente
utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar.
Los tres muelles son visibles todavía, con la parte sumergida en buenas
condiciones después de 2100 años.
La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y
puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene
aproximadamente:
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55-70% de clinker Portland
30-45% de puzolana
2-4% de yeso
Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor
cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es
atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al
ataque de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el
componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico
desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por
lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para
coladas de grandes dimensiones.
El cemento que contiene puzolana se obtiene por debe tener una composición
química conveniente
la pulverización conjunta de una mezcla de clinker portland y puzolana con la
adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe estar
comprendido entre 15% y 40% en peso del total.
La puzolana será un material silicoso o silico-aluminoso, que por si misma puede
tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividida y en
presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a
temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades
hidráulicas.
Cemento Portland Puzolánico Tipo IP.- Para usos en construcciones generales de
concreto. El porcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre 15% y 40%.
Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo IPM.- Cemento Portland Puzolánico
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modificado para uso en construcciones generales de concreto. El porcentaje
adicionado de puzolana es menor de 15%.
Cemento Portland de escoria de alto horno. El cemento que contiene escoria de
alto horno se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinker
Portland y escoria granulada de alto horno, con la adición eventual de sulfato de
calcio. El contenido de escoria granulada de alto horno debe estar comprendido
entre 25% y 65% en peso del total.
El cemento Portland de escoria modificado tiene un contenido de escoria
granulada menor que el 25%. La escoria granulada de alto horno, es el
subproducto del tratamiento de minerales de hierro en el alto horno, que para ser
usada en la fabricación de cementos, debe ser obtenida en forma granular por
enfriamiento rápido y además Cemento Tipo MS Que corresponde a la norma de
performance de cementos Portland adicionados, en el tipo de moderada
resistencia a los sulfatos.
Cemento Portland Compuesto Tipo 1Co, Es un cemento adicionado obtenido por la
pulverización conjunta de clinker portland, materias calizas como travertino y/o
hasta un máximo de 30% de peso.
Cemento de Albañilería El cemento de albañilería es el material obtenido por la
pulverización conjunta de clinker Portland y materiales que aún careciendo de
propiedades hidráulicas o puzolánicas, mejoran la plasticidad y la retención de
agua, haciéndolos aptos para trabajos generales de albañilería.
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5.- CEMENTO SIDERÚRGICO
La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón
proveniente de las centrales termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos
obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35
hasta el 80%. El porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado,
siendo que se origina a partir de silicatos, es un material potencialmente
hidráulico. Esta debe sin embargo ser activada en un ambiente alcalino, es decir en
presencia de iones OH-. Es por este motivo que debe estar presente por lo menos
un 20 % de cemento Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento
puzolanico, el cemento siderurgico también tiene buena resistencia a las aguas
agresivas y desarrolla menos calor durante el fraguado. Otra característica de estos
cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente
a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos.
6.- CEMENTO DE FRAGUADO RÁPIDO
El cemento de fraguado rápido, también conocido como «cemento romano», se
caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua.
Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una
temperatura menor. Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y
reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del
tiempo para efectuar una buena colada.
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7.- CEMENTO ALUMINOSO
El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con
impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio
(SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento
aluminoso, también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del
horno alcanza hasta los 1.600°C y se alcanza la fusión de los componentes. El
cemento fundido es colado en moldes para formar «panes» que serán enfriados y
finalmente molidos para obtener el producto final.
El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos:
35-40% óxido de calcio
40-50% óxido de aluminio
5% óxido de silicio
5-10% óxido de hierro
1% óxido de titanio
Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
60-70% CaOAl2O3
10-15% 2CaOSiO2
4CaOAl2O3Fe2O3
2CaOAl2O3SiO2
Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser
menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2)
tiene pocas propiedades hidrófilas.
Reacciones de hidratación
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CaOAl2O3+10H2O → CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)
2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la
presencia de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente
neutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se
comporta como ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y
dando como resultado un cemento neutro.
El cemento aluminoso debe utilizarse con temperaturas inferiores a los 30°C, por
lo tanto en climas fríos. En efecto, si la temperatura fuera superior la segunda
reacción de hidratación cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O
(cristales cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un
aumento del volumen y podría causar fisuras el cemento portland es el mejor
Proceso de fabricación
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TIPOS Y CLASES DE CEMENTO
I II V PM I(PM) MS I COCemento Andino x x x xCemento Lima x x xCementos Pacasmayo x x x x x xCementos Selva x x x x xCemento Sur x x x x xCemento Yura x x x x x
CEMENTO PORTLAD C. Portland Adicionados
TIPOS DE CEMENTO PORTLAND
PORTLAND TIPO I
Este cemento está destinado al uso común y corriente en construcciones de
concreto y trabajos de albañilería. Su uso está recomendado en todas aquellas
obras en las cuales no se requieren características y/o especificaciones de otros
tipos especiales de cemento. Este cemento se recomienda para la construcción de
estructuras de edificios, estructuras industriales, viviendas unifamiliares,
conjuntos habitacionales, y todas aquellas obras que se construyan sobre terrenos
con exposición menor de 150 p.p.m.' de sulfato soluble en agua.
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Centro Cívico de Tarma, construido con nuestro cemento Portland TipoI
PORTLAND TIPO II
Este cemento está destinado a obras de concreto en general, principalmente donde
se requiera una resistencia moderada a la acción de los sulfatos alcalinos (Tipo MS)
y/o cuando se requiera un moderado calor hidratación (Tipo MH). Se recomienda
para estructuras de edificios, estructuras industriales, puentes, obras portuarias,
tuberías de concreto, perforaciones, y todas aquellas obras que requieren soportar
la acción moderada de los suelos ácidos y/o aguas subterráneas.
PORTLAND TIPO III (PM)
Este cemento está destinado a construcciones generales de concreto y cuando así
sea especificado por el constructor, este cemento puede ser usado en obras que
requieran una moderada resistencia a sulfatos. Este cemento Hidráulico producido
mediante la molienda conjunta de clinker, puzolana y yeso, en el cual la puzolana
esta presente en no más del 15% en la masa del cemento portland puzolanico.
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PORTLAND TIPO V
Este cemento está destinado a obras, es un cemento especial que además de reunir
las cualidades del Cemento Portland tipo II, es usado donde se requiera una
elevada resistencia a la acción concentrada de los sulfatos .Se recomienda su uso
en estructuras de canales, alcantarillas, túneles y sifones con suelos y aguas que
contengan alta concentración de sulfatos, así como de obras portuarias que estén
permanentemente expuestas a la acción de las aguas marinas.
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PROCESO DE FABRICACIÓN
1.- CANTERAS
EL proceso industrial de fabricación de cemento, comienza en las canteras con la
extracción de las materias primas, que se efectúa normalmente mediante tajo
abierto, con el uso de perforadoras especiales y posteriores voladuras. El material
así extraído es cargado mediante palas de gran capacidad en camiones, los que
transportan la materia prima hasta la planta de trituración primaria.
2.- CHANCADO
El proceso de trituración de la caliza, materia prima básica del cemento, permite
reducir el material con tamaño de hasta 1.2 m3 a un tamaño final menor de 75 mm.
Este material triturado es transportado hasta las canchas de almacenamiento de la
planta mediante fajas transportadoras.
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3.- MOLINO DE CRUDO
Es la etapa del proceso de fabricación donde se dosifica las características químicas
de la harina que se desea obtener. El sistema consta de básculas dosificadoras,
cada una de ellas capaz de gobernar las proporciones de caliza, arcilla, minera de
hierro, etc., que se incorporan al molino de crudo para lograr la mezcla y finura de
la harina, controlado en forma automática por un sofisticado sistema interactivo de
análisis químico por Rayos X.
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4.- HORNEADO
La harina cruda, previamente homogenizada para darle uniformidad a la mezcla
pulverizada, es introducida mediante sistemas de transporte neumático a un
intercambiador de calor por suspensión de gases de varias etapas, en la base del
cual se encuentran instalados modernos sistemas de precalcinación de la harina
antes de la entrada del horno rotativo donde se desarrollan las restantes
reacciones físicas y químicas que dan lugar a la formación del "clinker" a
temperaturas de 1400 - 1450 C.
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5.- MOLINO DE CEMENTO
Esta instalación constituída por molinos de bolas de circuito cerrado y dos prensas
de rodillos con separadores neumáticos, permiten obtener una finura muy
uniforme y de alta superficie específica. La molturación del clinker se realiza
conjuntamente con un pequeño porcentaje de yeso, para regular la fragua del
cemento y cuando se produce cemento "puzolánico" se utilizan tanto materiales
puzolánicos como yeso en la molturación.
6.- ENSACADO
El 80% de los cementos producidos por Cemento Andino S.A., son entregados a los
clientes en sacos de papel y/o reforzados con polipropileno con un contenido de
42.50 kilogramos, si el cliente cuenta con las facilidades de descarga, también el
cemento se puede entregar en pequeños contenedores (Big Bags) de 1.5 toneladas.
El restante 20% es entregado a granel, para lo cual se cuenta con un pull de
transportistas que prestan servicios para nuestra empresa con 60 semiremolques
tanque conocidos como "bombonas" los que además de garantizar la
inalterabilidad de la calidad del Cemento Andino, también garantizan el
abastecimiento oportuno de nuestros cementos y por ende ayudan a disminuir el
riesgo de que ocurran costosas paralizaciones de la planta concretera en operación
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CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS
Atendiendo a la naturaleza de sus componentes, los cementos pueden clasificarse
en varios tipos diferentes, según las Normas de Costa Rica RTCR383:2004 en:
1. CEMENTO PORTLAND
(también denominado como cemento tipo 1-RTCR, y que cumple con las
especificaciones físicas de la norma ASTM C150 para el cemento tipo 1) cemento
hidráulico producido al pulverizar clinker y una o más formas de sulfato de calcio
como adición de molienda.
2. CEMENTO HIDRÁULICO MODIFICADO CON PUZOLANA
CEMENTO MP-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla homogénea
de clinker, yeso y puzolana (y otros componentes minoritarios), producido por
molienda conjunta o separada cuya proporción de componentes está indicada en la
Tabla N°1.
3. CEMENTO HIDRÁULICO MODIFICADO CON ESCORIA
Cemento MS-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla homogénea de
clinker, yeso y escoria granulada de alto horno (y otros componentes
minoritarios), producido por molienda conjunta o separada cuya proporción de
componentes está indicada en la Tabla N° 1.
4. CEMENTO HIDRÁULICO DE USO GENERAL
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Cemento tipo UG-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla
homogénea de clinker, yeso y otros componentes minerales producido por
molienda conjunta o separada, cuya proporción de componentes está indicada en
la Tabla N° 1.
5. MODIFICACIONES:
Los cementos indicados en esta norma, pueden incluir las siguientes
modificaciones, opcionales, las cuales deberán ser indicadas en su empaque
respectivo:
5.1 A: cemento hidráulico con resistencia al congelamiento (mediante dispersión
de burbujas de aire en el concreto producido).
5.2 AR: cemento hidráulico de alta resistencia inicial.
5.3 AS: cemento hidráulico de alta resistencia a los sulfatos.
5.4 BL: cemento blanco. Aquel cemento que cumpla con un índice de blancura
superior a 85 en el parámetro *L, de acuerdo a la norma UNE 80305:2001
(establecida por las coordenadas CIELAB).
5.5 BH: cemento hidráulico de bajo calor de hidratación (en caso de requerirse una
mayor cantidad de puzolana debe estar adecuadamente indicada, así como debe
existir una especificación aprobada por el cliente).
5.6 BR: cemento hidráulico de baja reactividad a los agregados reactivos a los
álcalis (deben cumplir con los parámetros para baja reactividad a los agregados
reactivos a los álcalis).
5.7 MH: cemento hidráulico de moderado calor dehidratación.
5.8 MS: cemento hidráulico de resistencia moderada a los sulfatos.
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6. CEMENTO DE ALBAÑILERÍA
Cemento para mortero: cemento hidráulico, usado principalmente en albañilería o
en preparación de mortero el cual consiste en una mezcla de cemento hidráulico o
tipo Portland y un material que le otorga plasticidad (como caliza, cal hidráulica o
hidratada) junto a otros materiales introducidos para aumentar una o más
propiedades, tales como el tiempo de fraguado, trabajabilidad, retención de agua y
durabilidad. Este cemento debe cumplir con la norma ASTM C-91 (cemento de
albañilería) y ASTM C-1329 (cemento para mortero) en su última versión.
Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases
para el progreso de la humanidad. El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero –
mezcla de arena con materia cementoza – para unir bloques y lozas de piedra al
elegir sus asombrosas construcciones. Los constructores griegos y romanos
descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena
producian un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o
salada. Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo
encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente
lo conocemos como pozoluona. Investigaciones y descubrimientos a lo largo de
miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue
patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregarsele
agua, producia una pasta que de nuevo se calcinaba se molia y batia hasta producir
un polvo fino que es el antescedente directo de nuestro tiempo. Nota El nombre del
cemento Portland le fue dado por la similitud que este tenia con la piedra de la isla
de Portland del canal ingles. La aparición de este cemento y de su producto
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resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere
una fisionomía diferente. Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales,
fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos
dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar
nuestros mas anciados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para
progresar, para vivir.
USO DEL CEMENTO
1.- FRAGÜE
Todos los materiales denominados aglomerantes son materiales inestables que en
resencia del agua reaccionan modificando su estructura molecular.
Es una reacción de tipo químico y por lo tanto irreversible, esto es que no
podremos volver a obtener los materiales originales, aun cuando lo sometiéramos
a un proceso mecánico y se redujeran a un polvo de igual granulometría que en su
origen.
Esta reacción química comienza en el mismo momento en que el aglomerante y el
agua se ponen en contacto. (Vale para el vapor de agua), y concluye varios días mas
tarde (en el cemento el proceso no tiene de tiempo muy preciso), aun cuando sus
condiciones de funcionamiento mecánico lo adquiere en plazos que se pueden
ubicar entre las 24 horas (cementos de fragüe rápido, algunos yesos) y 28 días (el
periodo para que el hormigón alcance su capacidad de trabajo).
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Si la presencia de agua se reduce antes de que se complete el proceso de fragüe el
mismo puede ser afectado, obteniéndose materiales de baja calidad.
2.- SECADO
Cualquier material que contenga agua en su interior, y que mantenga por su
estructura molecular relaciones con el medio gaseoso (el aire) donde esta inmerso,
mantendrá un proceso de intercambio de agua cuya dirección dependerá de los
contenidos de humedad del material y la presión de vapor de agua del medio que
lo entorna (la presión de vapor de agua depende de la temperatura y la humedad
absoluta).
Este proceso de intercambio de agua entre todo cuerpo y el aire, lo denominamos
secado cuando el agua fluye del cuerpo al aire transformándose en vapor de agua,
o, humectación, cuando por el contrario el vapor de agua contenido en el aire
produce una presión superior a la humedad del cuerpo, e ingresa en el mismo
incrementando su contenido de agua.
El secado, es un proceso físico, y por ende reversible, que como el fragüe se
desencadena en forma inmediata, luego que se origina una determinada situación,
supongamos el agregado de agua al cemento.
Secado y fragüe competirán entre sí para quedarse con el agua.
Mientras el aglomerante avanza en su proceso químico de transformación en un
sólido irreversible utilizando el agua como medio, el secado irá retirando toda el
agua que las condiciones ambientales determinen.
Si el secado va más rápido que el fragüe este se vera afectado en los resultados
finales.
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3.- CURADO
El árbitro de este conflicto y que asegura que los materiales obtenidos por el
fragüe de los aglomerantes alcance las calidades esperadas, es el curado.
Haciéndola corta: el curado es algo así como un mediador que resuelve un conflicto
manteniendo lo derechos de las partes.
Cómo se obtiene este resultado?, Simplemente impidiendo que el agua se evapore
del cuerpo antes de que el fragüe se haya completado.
Puedo impermeabilizar la superficie del material en fragüe, supongamos lo
envuelvo en una lámina de plástico, un polietileno sobre el hormigón recién
realizado, o agrego materiales hidrofugantes , o saturo la atmósfera gaseosa con
aire con el 100 % de humedad relativa, o remplazo el aire húmedo por agua
(sumerjo al material).
El resultado a obtener es siempre el mismo, evitar que el material en su proceso de
fragüe pierda el agua, que pueda afectar su calidad final
4.- LAS MEZCLAS.
Denominamos mezcla, a todos los aglomerados, es decir a la unión de una pasta
aglomerante más un agregado, fino, grueso o ambos.
Las mezclas (los aglomerados), poseen una particular propiedad, tienen una etapa
plástica, (de plasticidad variable de acuerdo a sus componentes) en un primer
momento, para pasar luego a un estado sólido, a medida que avanza el proceso de
fragüe.
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Este doble estado sucesivo, permitirá dar a las mezclas, distintas formas por medio
de un vaciado en moldes, o adaptarse a distintas rugosidades de superficie.
En estas dos posibilidades basadas en la plasticidad de las mezclas, se basan la
mayoría de sus usos posibles:
- O producimos cuerpos de volúmenes y características variables. (Bloques de
cemento, estructuras)
- O adherimos mezcla contra otros materiales. (Revoques)
- O adherimos materiales entre si. (Asiento de ladrillos, revestimiento de
cerámicos)
Las mezclas las dividimos en dos grandes grupos:
MORTEROS: Pasta Aglomerante + Agregados finos
HORMIGONES: Pasta Aglomerante + Agregados finos + Agregado Grueso
Las mezclas tienen un volumen menor que el que ocupan sus componentes sueltos.
Al volumen definitivo de la mezcla, una vez empastados los materiales, se lo llama
rendimiento, que depende de una serie de factores, no siempre controlables,
conocidos por determinaciones empíricas, que solo dan valores medios. Estos
factores son los siguientes:
- Las características de peso y granulometría de los componentes.
- El agua de amasado y el contenido de humedad de los agregados.
- La calidad de los ligantes.
- La proporción relativa de los materiales (dosificación)
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Como ejemplo podemos decir que para realizar un metro cúbico de mezcla de
hormigón necesitamos poco mas de un metro y medio cúbicos de materiales
sueltos. (cemento, arena y piedra)
Dosaje.
Denominamos dosaje a la cantidad de material que compone una mezcla. Una
mezcla se expresa por la relación entre los volúmenes de sus elementos
integrantes, o bien por la proporción relativa entre aglomerantes y áridos. El agua
no se incluye en el dosaje.
En general las dosificaciones se especifican en volúmenes, la razón es simple, la
facilidad de materializarlas en obra donde poseemos diversos medios de medir
volúmenes, como baldes, canastos, carretillas, etc.
Los dosajes de una mezcla se expresan de la siguiente forma:
1/2, 1, 4, 4 (Cemento, Cal, Agregado Fino, Agregado Grueso)
1/2 cemento, 1 cal, 4 arena, 4 cascote.
El orden estipulado es primero los aglomerantes (cemento, cal, en este orden),
luego los agregados finos y luego los agregados gruesos.
De este modo queda todo definido, sin dudas de ninguna naturaleza. Expresiones
como ¨hormigón pobre¨, ¨mortero reforzado¨, no significan nada si no hemos dicho
cuanto y de qué.
Dosajes más comunes, y material necesario para un metro cúbico de mezcla.
En ingeniería civil y construcción se denomina cemento a un aglutinante o
conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o
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grava más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, manejable y
plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por
ello consistencia pétrea, el hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado,
siendo su principal función la de aglutinante.
MEZCLA Y MOLIENDA DE LAS MATERIAS PRIMAS
Ambos procesos se cumplen conjuntamente dentro del molino de bolas, gran
tambor horizontal giratorio dentro del cual hay bolas metálicas. Los choques,
durante su rotación, pulverizan las materias primas, convertidas en pasta cruda. Se
puede trabajar de dos maneras: por vía seca, en la que la mezcla y molienda se
efectúan con las materias primas solamente, o por vía húmeda, en la que se mezcla
y muele en presencia de agua.
COCCIÓN DE LA PASTA CRUDA
De los molinos de bolas la pasta cruda pasa a los hornos rotatorios continuos,
semejantes a los de cal viva, pero de 200 metros de longitud y 10 metros de
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diámetro. El tubo tiene su chapa interiormente revestida de ladrillos refractarios.
Giran lentamente: 1 vuelta por minuto. Debido a la pendiente, la pasta cruda
desciende del extremo superior al inferior. Un quemador, de fuel oil y aire
primario a presión, o bien de gas natural, genera una larga llama, cuya temperatura
se eleva a 1500º C. Primero se deseca la pasta cruda. Después los carbonatos se
calcinan. Por último, reaccionan los distintos óxidos. El producto obtenido, llamado
clinquer, es negro, duro y granulado. Cae caliente dentro de un sistema enfriador;
por ejemplo,
otro cilindro rotatorio por el que circula aire frío a contracorriente. El aire así
calentado actúa como aire secundario en la combustión. Los hornos de cemento
funcionan ininterrumpidamente con rendimientos de varios miles de toneladas
diarias de clinquer.
TRANSFORMACIÓN DEL CLINQUER EN CEMENTO PORTLAND
El clinquer se estaciona un mínimo de 15 a 30 días. Luego se muele finalmente en
el molino de bolas. Durante la molienda se incorpora un 3% de yeso crudo. Este
aditivo regula el tiempo de fraguado. El cemento portlan no enyesado fragua
velozmente: a los 5 minutos de empastado con agua endurece, en cambio cuando
contiene yeso, se inicia el fraguado a los 45 minutos de agregada el agua. El
cemento molido se conserva dentro de enormes silos, protegido de la humedad
ambiente.
REQUISITOS EXIGIDOS AL CEMENTO PORTLAND
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El cemento portland librado al consumo debe cumplir especificaciones fijadas por
el gobierno nacional. Los pliegos de condiciones argentinos datan de 1931, y es
Obras Sanitarias de la Nación el organismo que supervisa la calidad, expidiendo
certificados de aprobación y practicando controles periódicos. Los ensayos mas
importantes son: Determinación de la finura del polvo: el cemento se tamiza y el
polvo grueso que no atraviesa el tamiz se expresa con un por un porcentaje.
Determinación de la velocidad de fraguado: Se amasa cemento con agua en
cantidades prefijadas, poniendo en marcha un cronómetro. Cada tanto se pincha la
masa semisólida con una agua fina. Queda completado el endurecimiento cuando
esta ya no penetra. El tiempo mínimo para que se inicie el fraguado es de 45
minutos y el máximo tolerado es de 3 horas. Determinación de las resistencias
mecánicas: Las resistencias mecánicas son dos requisitos esenciales, dado el uso
del cemento portland en la construcción. Se determinan con piezas de forma y
tamaño normalizados a fin de comprobar los resultados. La resistencia a la
compresión se calcula midiendo la fuerza que aplicada sobre la cara de un cubo de
cemento y arena causa su ruptura. Para la resistencia a la tracción se utilizan
piezas en forma de 8, estiradas en sentidos opuestos. Composición química: Los
análisis químicos determinan el porcentaje de cada óxido componente.
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ELABORACIÓN
1) MATERIAS PRIMAS
Las materias primas fundamentales son las rocas calcáreas y las arcillas. Estas que
se extraen de yacimientos a cielo abierto.
La otra materia prima que se utiliza es el yeso, que se incorpora en el proceso de la
molienda, para regular el tiempo de fraguado.
2) PROCESO DE ELABORACIÓN
El proceso consiste en tomar las rocas calcáreas y las arcillas en proporciones
adecuadas y molerlas intensivamente, de manera que el compuesto de la caliza
(CaO) se vincule íntima y homogéneamente con los compuestos de la arcilla (SiO2,
A1203 y Fe2O3 ). El producto resultante denominado polvo crudo ingresa al horno
y egresa como clinker. El proceso se completa con la molienda conjunta del clinker
y yeso, obteniendo el cemento portland.
Trituración primaria: Los bloques de rocas calcáreas y las arcillas provenientes de
las canteras, ingresan a la trituradora primaria quedando reducidas a tamaños
inferiores a los 10 cm. Trituración secundaria: Ingresa el material proveniente de
la trituradora primaria y sale con tamaños máximos inferiores a 2,5 cm. Molienda:
El material resultante de la trituradora secundaria ingresa a un molino, resultando
un producto impalpable, denominado polvo crudo.
Homogeneización: Con el fin de alcanzar la unión íntima de los compuestos, se
somete al polvo crudo a un mezclado intensivo, por medio de ciclones de aire.
Calcinación: El polvo crudo ingresa al horno, elevándose la temperatura hasta
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alcanzar los 1450 ºC, en donde se produce una fusión incipiente del producto
resultante, denominado clinker.
Molienda: Finalmente, el clínker conjuntamente con el yeso se muele hasta obtener
el Cemento Portland Se utilizan dos métodos de manufactura: los procesos mojado
y seco. En ambos procesos se prefiere el circuito cerrado pulverizado en
preparación de los materiales crudos que el circuito abierto de pulverizado porque
en el primero las partículas pequeñas o finos son colados y los gruesos del material
son regresados; mientras que en el segundo, el material crudo es molido
continuamente lo que significa que en lo más fino se consigue el valor deseado.
El proceso mojado fue desplazado por un tiempo por el proceso en seco, pero
actualmente empieza a se adaptado por nuevas plantas debido al control más
exacto y el mezclado de los materiales crudos con sus proporciones. El material
sólidos después de un secado abrumador, es reducido a un estado fino de división
en un tubo mojado o molino de pelota y pasa por un slurry o lechada a través de un
clasificador de balón o colador. El slurry es bombeado a tanques correctivos donde
unas aspas hacen una mezclan homogénea y permite los ajustes finales en la
composición. FIG. 1
Los hornos del proceso en seco pueden ser de 150 ft y en el proceso mojado los
hornos son de 300 a 500 ft, con esto vemos que no son hornos muy comunes. El
diámetro interno usualmente es de 8 a 15 ft y tienen una rotación de ½ a 2 rpm
dependiendo del tamaño; están un poco inclinados para que los materiales
alimentados en la parte superior viajen lentamente a la parte baja tomando de 2 a
3 hr.
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Operaciones unitarias, procesos unitarios. Esencialmente las operaciones unitarias
preparan los materiales crudos en las proporciones necesarias y el estado físico
propio de la finura y contacto íntimo tal que las reacciones químicas (procesos
unitarios) pueden tomar parte en la temperatura de calcinación en el horno para
formar, por doble descomposición o neutralización, los siguientes componentes:
Fórmula Nombre Abreviatura.
2CaO.SiO2 Silicato dicálcico C2S
3CaO.SiO2 Silicato tricálcico C3S
3CaO.Al2O2 Aluminato tricálcico C3A
4CaO.Al2O3.Fe2O3 Alumnioferrito tetracálcico C4AF
MgO En estado libre.
K2O y Na2O formando pequeños montículos de varios componentes con CaO,
Al2O3, SiO2 y SO3
También toman lugar otras reacciones, tal como deshidratación y
descarbonización o calcinación de la piedra de cal, ambos siendo endotérmicos con
valores de 380 y 665 BTU/lb respectivamente. La formación del clinker es
exotérmica con un valor probable de 200 BTU/lb de clinker.
Sin embargo, la consumación del carbón indica 3000 o 4000BTU/lb de clinker.
Este calor es despedido del horno en las reacciones siguientes:
Temperatura Reacción Intercambio de calor. 100o C Evaporación de agua libre
Endotérmica 500oC y más Evolución de agua combinada Endotérmica. 900oC y más
Evolución del dióxido de carbono Endotérmica del carbonato de calcio. 900oC –
1200oC Reacción principal entre la Exotérmica cal y la arcilla. 1250oC – 1280oC
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Principio de formación del Endotérmica líquido. 1280oC y más Formación de más
líquidos Probablemente y componentes endotérmica.
Se debe notar que más de las reacciones en el horno proceden en las fases sólidas y
en el final ocurre la fusión incipiente. Todas estas reacciones con aprovechadas en
la "quema de cemento".
Para obtener una gran economía de calor, las operaciones unitarias se usan para
remover parte del agua del slurry. Algunos procesos usan filtros de slurry y
espesadores Dorr. Algunos otros adjuntos comunes para los hornos rotatorios son
los separadores ciclónicos de polvos y precipitadores Cottrel. Los calentadores de
calor de desecho algunas veces se utilizan para conservar el calor y son,
particularmente, salvadores o guardadores en el proceso en seco, donde los gases
de desecho del horno son más calientes que los que provienen del horno en el
proceso mojado que puede ser de 800oC. Debido a que el revestimiento del horno
tenía que resistir abrasiones severas y ataque químico a altas temperaturas en la
zona del clinker y que el cambio del revestimiento refractario es difícil;
comúnmente se usa ladrillo de superalúmina y ladrillo de supermagnesio; sin
embargo si solo se utiliza cemento Pórtland, es satisfactorio.
3. PROPIEDADES QUÍMICAS
La propiedad de liga de las pastas de cemento Pórtland se debe a la reacción
química entre el cemento y el agua llamada hidratación.
El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla
de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o más de el peso del
cemento Pórtland y son: el silicato tricálcico, el silicato dicálcico, el aluminato
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tricalcico y el aluminio ferrito tetracálcico. Además de estos componentes
principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de
hidratación. Los tipos de cemento Pórtland contienen los mismos cuatro
compuestos principales, pero en proporciones diferentes.
Cuando el clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento
Pórtland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales
del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin
embargo, los granos mas pequeños evaden la detección visual. El diámetro
promedio de una partícula de cemento típica es de aproximadamente 10 micras, o
una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las
promedio, el cemento Pórtland contendría aproximadamente 298,000 millones de
granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido
al alto rango de tamaños de partícula. Las partículas en un kilogramo de cemento
Pórtland tiene una área superficial aproximada de 400 metros cuadrados.
Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del
cemento Pórtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el
hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el
componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades
ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad
dimensional principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la
medula del concreto.
La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable,
pero contiene cal (CaO) y sílice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. el
área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados
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por gramo. Las partículas son tan diminutas que solamente ser vistas en
microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas
forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes
de cemento sin hidratar; también se adhieren a los granos de arena y a piezas de
agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es
la acción cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento
y del desarrollo de resistencia.
Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el
concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen
resistencia alguna. La resistencia está en la parte sólida de la pasta, en su mayoría
en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.
Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho más resistente es el concreto.
Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de
agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y
trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se
requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima Agua –
Cemento (en peso) para la hidratación total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.
El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento se
hidrato puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de
hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por
temperaturas de congelación. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras
masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al
enfriarse luego de endurecer. El cemento Pórtland tipo 1 un poco más de la mitad
de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia
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temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho
menos de tres días. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera
menos calor total que los otros y deben pasar más de tres días para que se libere
únicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemento Pórtland de
bajo calor de hidratación, se debe de tomar en consideración donde sea de
importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación.
Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque
la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción
inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y
colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y
terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El yeso, que es adicionado
en el molino de cemento durante la molienda del clinker, actúa como regulador de
la velocidad inicial de hidratación del cemento Pórtland. Otros factores que
influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos,
la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento
del mezclado.
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE HIDRATACIÓN Y
FRAGUADO
Lo primero de que depende el cemento son las materias primas, CALIZA y
ARCILLAS. A su vez el Ø de los granos de polvo del cemento también influyen así
como el porcentaje de sus componentes (a más silicatos y más pequeño diámetro
tendremos cemento más resistente).
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Otro factor importante son los posibles AGENTES EXTERNOS que puedan
estropear la hidratación y el fraguado del cemento.
En cuanto al AMBIENTE, tanto la temperatura como la humedad relativa como la
presión (aunque en menor grado) tienen también su influencia en el cemento.
TIEMPO DE FRAGUADO
Se llama tiempo de fraguado al tiempo máximo desde que hay contacto entre el
cemento y el agua hasta que se pueda manipular sin producir daños en su
resistencia. Si lo manipulamos cuando ha pasado este tiempo romperíamos los
enlaces de los cristales que están formándose. Y ya de aquí a tener una masa
totalmente endurecida que no se puede moldear. Por esto, los camiones que
transportan hormigón tienen que mantenerlo dando vueltas para prolongar este
tiempo de fraguado y en sus albaranes consta la hora a la que salen de la central y
la hora a la que se supone que tienen que llegar a obra, si se les pasa este tiempo el
hormigón que transportan ya no vale.
Este tiempo se mide con el ENSAYO de la AGUJA DE VICAT, que consiste en
introducir una aguja en una probeta de hormigón. En la aguja se puede controlar lo
que penetra esta en el cemento y cada intervalo de tiempo se mide cuanto se puede
introducir. Lógicamente cada vez se meterá menos en el cemento.
AMBIENTE
Para que el cemento fragüe correctamente deben darse unas condiciones concretas
en el ambiente en cuanto a la TEMPERTURA, HUMEDAD RELATIVA y PRESIÓN
ATMOSFÉRICA.
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HUMEDAD RELATIVA
La temperatura del ambiente tiene una capacidad máxima de humedad (agua en
estado gaseoso, vapor de agua) de modo que por debajo de esta temperatura este
vapor de agua se condensa y pasa a estado líquido, es lo que se llama temperatura
de rocío.
Si podemos calcular la cantidad necesaria para cada componente también
podemos saber la cantidad de agua total que necesitamos. Esta cantidad se calcula
en peso, es más exacto que en volumen.
Además, por la experiencia, sabemos más o menos la docilidad de la masa, y
sabemos que todo exceso de agua es malo porque se evapora demasiada agua
formando poros y capilares. Además, este exceso de agua provoca un incremento
grande de temperatura en la masa, de modo que aumenta también el volumen y
por consiguiente la fisuración posterior será mas grande.
Pues bien, la humedad relativa del ambiente durante el fraguado del cemento es
como un exceso de agua en la masa. Tiene los mismos efectos, de modo que un
AMBIENTE SATURADO (aquél en el que la humedad relativa es la máxima en
función de la temperatura) no influirá en el fraguado del cemento ya que ni cederá
ni captará humedad del cemento ni del hormigón. En un AMBIENTE SECO el
hormigón cede humedad, hay una emigración masiva de moléculas de agua al
ambiente. Así, se pierde agua necesaria para formar cristales y falla el proceso de
fraguado. La ventaja de un estado así es que el proceso de fraguado simplemente
se para, puede volver a retomas en cuanto el hormigón recupere humedad. Aunque
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no será tan completo este proceso de fraguado “en partes” podemos decir que la
pérdida de humedad durante el fraguado es reversible.
TEMPERATURA
La temperatura del ambiente tiene un efecto muy parecido. Cuando hay un
aumento de temperatura la reacción se acelera y aumenta la resistencia a corto
plazo pero pierden calidad sus cristales y por lo tanto la resistencia a largo plazo
será menor. Este proceso no es reversible. Si baja la temperatura la reacción irá
más lenta y la calidad del hormigón será mejor. Pero llega un punto, por debajo de
los 0º, en el que ya no se produce la reacción. Como conclusión, nunca se debe
hormigonar por debajo de los 0º ni por encima de los 40º.
En caso de que se tenga que hormigonar en condiciones adversas se realiza una
CURA DEL HORMIGÓN, que consiste en mantener las condiciones óptimas de
temperatura y humedad en el proceso de fraguado. Cuando la temperatura es
superior a los 40º se debe mantener la temperatura y la humedad regando la
superficie de hormigón o cubriéndolo con pilleras para mantener la temperatura y
la humedad (como balletas a lo grande). Si la temperatura es menor de 0º se tapa
con lonas o se añaden aditivos para que mantengan la temperatura.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
La influencia de la presión atmosférica en el fraguado del cemento es mucho
menor que la de la temperatura, pero guardando las distancias los efectos son los
mismos.
CALIDAD DEL CLINKER
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Por supuesto que la calidad del polvo del clinker tiene mucho que ver con la
calidad final del cemento.
Por otro lado es muy importante el diámetro de los granos de polvo de cemento.
Cuanto más pequeños sean los granos mejor se hidratarán por que más superficie
de contacto tienen con el agua. La cuestión está en la superficie específica de
contacto con las moléculas de agua. Con granos más pequeños hay más superficie y
por lo tanto más área que reacciona con el agua. En este caso el hormigón tendrá
mejor resistencia.
De todos modos se suelen utilizar granos de diámetro más grande porque resultan
más baratos.
RECOMENDACIONES DE USO DE LOS CEMENTOS
Los cementos son de tres tipos según su resistencia:
32,5 N/mm2 hormigón de resistencia media-baja HA - 25 / 30
42,5 N/mm2 hormigón de resistencia media HA - 35 / 40 (en la anterior
Norma H - 175/200)
52,5 N/mm2 hormigón de resistencia alta HA - 50 (necesita un cemento
más puro, por eso es el más caro)
El primer hormigón es más fácil de conseguir, pero a medida que queremos más
resistencia tenemos más problemas porque se necesita más cemento y hay un
límite para la cantidad de cemento. Además de esto, se depende siempre de la
calidad de las materias primas que haya en esa zona.
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Según la RC 97 hay cinco tipos de cementos:
CEM I que contiene clinker puro en un 95% y un 5% de otras sustancias que
vienen directamente de las materias primas y que no se eliminan porque
resulta muy caro. Es un cemento muy resistente.
CEM II que contiene ADICIONES, y dependiendo de estas podrá pueden ser
SUBTIPO A, con un 20% de adiciones
SUBTIPO B, con un 20 - 30% de adiciones.
Cuantos más aditivos tenga más barato resulta.
CEM III: es importante cuando exista posibilidad de ataques de sulfatos
CEM IV: es un cemento puzolánico, casi nunca se emplea
CEM V
Cada cemento se designará por su tipo y clase resistente y, en su caso, por sus
características adicionales, seguido de la referencia de la norma UNE
correspondiente.
Los valores de la tabla se refieren al núcleo de cemento, entendiéndose por tal
el "clínker" y las adiciones con exclusión del sulfato de calcio (regulador de
fraguado) y de los aditivos.
Los componentes minoritarios adicionales pueden ser "filler", o uno o más de
los componentes principales, a menos que están incluidos ya como tales en el
cemento.
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Cuando algún cemento portland, mixto, en razón de su composición, se pueda
incluir en alguno de los tipos II anteriores, deberá llevar la denominación y
designación correspondientes a dicho tipo.
La proporción de humo de sílice se limita al 10 por 100.
La proporción de "filler" se limita al 5 por 100.
La proporción de caliza se limita al 20 por 100.
CONCLUSIONES
En este trabajado podemos observar el proceso de manufactura del cemento Pórtland,
así como los principales componentes y las propiedades químicas y físicas de este
cemento. Por lo que cabe en los campos de aplicación determinamos que el cemento
Pórtland es el de más uso en común, además de su calidad podemos observar un costo
accesible, por lo que lo hace el apropiado para construcciones en general.
Las normas de calidad que rigen que se señalan en este trabajo son las más comunes, sin
embargo, en cada planta procesadora de cemento Pórtland se basan en pruebas
específicas de calidad, por lo que resulta un poco difícil detallar todas las normas de
cada una de las plantas.
Podemos concluir que la hidrólisis y la hidratación son los factores importantes en el
endurecimiento del cemento, ya que los productos que resultan de la hidratación tienen
muy baja solubilidad en el agua. Si esto no fuera cierto, el concreto sería atacado
rápidamente al contacto con el agua.