Quimica Del Cemento

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE

INGENIERIA CIVIL

DOCENTE : Ing. Silda Hinojosa Valdez

ASIGNATURA : Química

ALUMNO : Irvin Tuero Cruz

CODIGO : 2012 - 220584

CUSCO – PERU

2014

QUÍMICA DEL CEMENTO


INDICE1. DEFINICIÓN:

2. CARACTERÍSTICAS GENERALES:

3. FABRICACIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

EXTRACCIÓN DE LA CALIZA EN LA CANTERA:3.1.1. Perforación y Voladura

3.1.2. Carguío y Acarreo

3.2. REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LA CALIZA Y SU HOMOGENEIZACION:

3.2.1. CHANCADORA PRIMARIA:

3.2.2. CHANCADORA SECUNDARIA Y ZARANDAS

3.2.3. PREHOMOGENEIZACION

3.2.4. MOLIENDA Y HOMOGENEIZACION

3.3. OBTENCIÓN DEL CLINKER

3.3.1. PRE – CALENTADOR

3.3.2. HORNO

3.3.3. ENFRIADOR

3.4. MOLIENDA DEL CEMENTO

3.5. ENVASE Y DESPACHO DEL CEMENTO

4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER Y CEMENTO PÓRTLAND

OXIDO DE CALCIO: BIÓXIDO DE SILICIO OXIDO E ALUMINIO

4.1. OXIDO FERRICO:

SILICATOS DE CALCIO

4.2. ALUMINATOS DE CALCIO:

FERRITOS CALCICOS

4.3. DISEÑO DE MEZCLA CRUDA PARA LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO:

4.3.1. El contenido de MgO: 5% (máximo).

4.3.2. Estándar de cal o factores de saturación de cal: SC

4.3.3. Modulo Hidráulico. MH

4.3.4. Modulo de Silicatos: MS

4.3.5. Modulo de Fundentes: MF

4.4. SECUENCIA BASICA DE LAS REACCIONES

4.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PÓRTLAND

4.5.1. CALCULO PONTENCIAL DE BOGUE SU SIGNIFICADO

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PRESENTACION:

El siguiente informe ha sido ideado con el objetivo de

adquirir un conocimiento más completo y útil acerca de

la Composición Química del Cemento.

Este texto está basado en los conocimientos de autores

que constituyen una gama de científicos e ingenieros

reconocidos expertos en solucionar problemas, tratando

de aclarar y fijar las ideas básicas sobre la Química del

Cemento.

En el presente trabajo eh pretendido dar a conocer todo

sobre los procesos de obtención y fabricación de los

diferentes tipos de cementos así como su importancia

en el desarrollo de la civilización tratando de hacerlo lo

más didáctico posible para un buen entendimiento del

tema.

5. DEFINICIÓN:

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El cemento es un producto artificial, que se obtiene de la transformación

de una materia prima, que puede estar compuesta de una mezcla de calizas,

arcillas y otros minerales, o simplemente de calizas. Esta materia prima

finamente molida y homogenizada, es llevada a altas temperaturas, a través de

un horno ( rotativo o vertical), de donde se obtiene un producto intermedio

denominado clinker, del cual, al molerse finamente con alrededor de 5 % en

peso de yeso dihidrato, se obtiene el cemento.

El clinker de cemento puede definirse como el producto granulado

obtenido por tratamiento térmico hasta reblandecimiento o fusión parcial y

sinterización de mezclas adecuadas de calizas y arcillas y, eventualmente, de

arenas y minerales de hierro. El clinker es la conversión a elevadas temperaturas

de mezclas de minerales naturales en una nueva escala de minerales con

propiedades hidráulicas obtenidas generalmente entre 1250 y 1450 ° C de

temperatura.

El vocablo “cemento”, proviene del termino “OpusCaementitium” que

utilizaron los romanos para identificar una mezcla, denominada “Concreto

Romano”, que obtenían usando agregados gruesos, cal, polvo de arcilla y

pusolana, la cual endurecía aun bajo el agua. Hoy, después de 2000 años de se

comprueba que ya en tan remotas épocas, los romanos eran dueños de un

aglomerante hidráulico de excelente calidad, que nos ha dejado como muestra

los fabulosos monumentos arquitectónicos aun existentes.

6. CARACTERÍSTICAS GENERALES:

El cemento, a diferencia de otros aglomerantes, es un aglomerante

hidráulico porque posee la propiedad de endurecer en el aire y bajo el agua,

debido a las reacciones químicas que se producen entre el agua y los silicatos

y aluminatos de calcio, presentes en el cemento.

Los elementos minerales principales que debe contener la materia

prima son: El oxido de Calcio ( CaO ), el Bióxido de Silicio ( SiO2), el Oxido de

Aluminio ( Al203 ), y el Oxido de Fiero ( Fe 2003 ), los cuales tienen que estar

relacionados entre si en proporciones pre – establecidas, con el objeto de dar

determinadas características al clinker que de ellos se obtiene.

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Estos elementos pueden provenir de diferentes minerales, como por

ejemplo: la Caliza aporta el CaO, la Arcilla aporta SiO2 y el Al203, la pirita o

hematita aporta el Fe203, etc; teniendo que proceder a mezclarlos

previamente, o de una caliza que contenga todos los elementos en las debidas

proporciones, como es el caso muy especial de la materia prima de la fabrica

de Cementos Lima S. A. Ubicada en Atocongo.

Como se ha indicado anteriormente, la materia prima pasa por el horno

en donde, al elevarse su temperatura a 1450 ° C, se recombinan los cuatros

elementos antes indicados: Oxido de Calcio, Bióxido de Silicio, Oxido de

Aluminio y Oxido de Fierro, produciéndose el Clinker.

Si el clinker fuera molido finamente para ser utilizado como cemento,

en el momento de su mezcla con el agua fraguaría casi de inmediato, no

permitiendo de ésta manera, tanto su manipuleo como su instalación, Por ésta

razón, en el momento de la molienda del Clinker, se le adiciona a éste, yeso

dihidrato, con el objeto de retardar el tiempo de fraguado.

El cemento al mezclarlo con el agua presenta un tiempo de fraguado

inicial y un tiempo de fraguado final, acompañado de generación de calor,

denominado “calor de hidratación” y un aumento de volumen.

El cemento se hidrata rápidamente cuando se encuentra en contacto

con el medio ambiente, por lo que es preciso, tratar de protegerlo de la

humedad o usarlo lo mas rápidamente posible.

El cemento presenta un grado de finura tal, que mientras más fino sean

sus granos, más rápidamente se obtienen elevadas resistencias mecánicas,

pero existe el peligro permanente de producirse contracciones por secado.

7. FABRICACIÓN DEL CEMENTO PÓRTLAND

La fabricación de cemento Pórtland, comprende las siguientes etapas:

7.1. EXTRACCIÓN DE LA CALIZA EN LA CANTERA:

7.1.1. Perforación y Voladura

La primera operación es la perforación de los taladros en los bancos de

trabajo de hasta 15 metros de profundidad. Luego se cargan con

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explosivos, con el denominado Anfo, y se procede a la voladura secuencial

para lograr una mayor eficiencia.

En la cantera de Atocongo de Cementos Lima S. A. Se extraen

diariamente 12 000 toneladas de roca, de las cuales 8 000 son de caliza

apta para el proceso y 4 000 de material estéril que cubre parte del

yacimiento.

7.1.2. Carguío y Acarreo

Después de realizada la voladura, siguen las operaciones de carguío y

acarreo utilizando cargadores frontales de 7,6 m3 y camiones de 50

toneladas. Tractores de oruga del Tipo D10N complementan éstas labores.

7.2. REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LA CALIZA Y SU HOMOGENEIZACION:

Para obtener el clinker, que es el material intermedio entre la caliza y el

cemento, es preciso reducir el tamaño de la caliza, extraída de la cantera,

hasta polvo fino denominado crudo, uniformizar su calidad y pasarlo a través

del horno.

Para lograrlo esto, la caliza pasa sucesivamente por la chancadora

Primaria, Chancadora Secundaria y zarandas, Pre - homogeneización, molidos

de crudos y silo de homogeneización.

7.2.1. CHANCADORA PRIMARIA:

La caliza extraída de la cantera es llevada a la chancadora primaria,

que es del tipo denominado “cono”, que la tritura por presión reduciendo su

tamaño de 1.5 metros hasta un mínimo de 40 Cm, depositándola en una

cancha de Almacenamiento que tiene capacidad de 200 000 toneladas. Su

capacidad de producción es de 1 500 toneladas por hora.

7.2.2. CHANCADORA SECUNDARIA Y ZARANDAS

De la cancha de la chancadora primaria, la caliza se transporta a la

chancadora secundaria, dosificada según ley, en donde se reduce su

tamaño de 40 Cm. A un mínimo de 18 mm. La capacidad de ésta unidad es

de 600 toneladas por hora.

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Las zarandas que existen en éste circuito, se encargan de separar la

caliza menor de 18 mm. Para enviarla a la cancha de Pre -

homogeneización y los tamaños más gruesos regresan a la chancadora

para terminar su proceso.

7.2.3. PREHOMOGENEIZACION

La cancha de pre - homogeneización es del tipo “circular” de 108 m. De

diámetro y tiene una capacidad de 110 00 toneladas. Su funcionamiento es

automático. La caliza se deposita en capas sucesivas horizontales por

medio de una faja telescópica apiladora que recorre un ángulo prefijado.

Una vez conseguida la altura necesaria de una ruma de se pasa a

preparar otra. Mientras tanto la ruma anterior es recuperada en forma

perpendicular a su apilamiento, originándose un efecto de mezcla uniforme.

De allí la caliza se traslada, mediante fajas, a los silos de alimentación del

Molino de Crudo.

7.2.4. MOLIENDA Y HOMOGENEIZACION

En el Molino de Crudo se realiza la última reducción de tamaño de la

caliza, 18 mm. A un estado polvoriento. El Molino de Crudo es un tubo de

4.4m. de diámetro por 15.75m. de largo, gira a razón de 15 rpm. Y en su

interior se encuentra 300 toneladas de bolsas de acero de diferentes

tamaños. La caliza se pulveriza por el impacto de estas bolas. La

capacidad de producción de este molino es de 350 a 400 toneladas por

hora. El polvo producido se denomina “crudo” y es conducido por medio de

fajas transportadoras al silo de homogeneización, donde se afina su calidad

con el objeto de que al alimentarse al horno sea lo mas uniforme posible.

7.3. OBTENCIÓN DEL CLINKER

7.3.1. PRE – CALENTADOR

Consta de cuatro etapas de ciclones que se encuentran ubicad

os uno encima del otro, en un edificio de 70 m de alto. El crudo

homogeneizado se alimenta por el extremo superior de este pre –

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calentador, pasando a través de los ciclones en donde se calienta por

acción de los gases generados en el quemador del horno.

7.3.2. HORNO

El crudo se comienza a descarbonatar en el precalentador e ingresa al

horno en donde por efecto del calor generado por acción del petróleo N° 6

o del carbón, en un quemador situado en el extremo de la salida, sufre

transformaciones físicas y químicas, llegando a “clinkerizarse” a

temperaturas del orden de los 1 400 a 1 500 °C, obteniéndose el producto

intermedio denominado 2clinker”.

El material avanza por el interior del horno, que es un tubo de 5.2m. de

diámetro por 85 m. De largo y que gira hasta 3 rpm.; tiene una capacidad

de producción de 5 000 toneladas por día.

7.3.3. ENFRIADOR

El clinker descargado por el horno, pasa a la tercera parte del circuito

de clinkerizacion, que es el enfriador. Este consta de varias superficies

escalonadas compuestas por palcas fijas y móviles alternadas, con unos

pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte

inferior, por la acción de 9 ventiladores con le objeto de enfriar el clinker

hasta alrededor de los 100 °C. En la parte final de esta unidad se encuentra

una trituradora de rodillos, accionada por motores hidráulicos.

7.4. MOLIENDA DEL CEMENTO

El clinker , se transporta a una Cancha de Almacenamiento en donde termina

su proceso de enfriamiento para ser posteriormente alimentado a los molinos

de Cemento, conjuntamente con el yeso dihidrato.

En esta etapa se obtiene finalmente el Cemento, mediante 2 molinos de bolas

de 4,4 m., de diámetro por 14,4 m., de largo en cuyo interior, revestido de

blindajes de acero, se encuentran 300 toneladas de bolas de acero de

diferentes tamaños. La capacidad de cada una de estas unidades es de

alrededor de 120 toneladas por hora.

Los molinos, para mejorar la uniformidad del cemento, trabajan en circuitos

cerrados con barrido de aire y están provistos de dos separadores

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centrifugados cada uno, que permiten clasificar las partículas, que salen del

molino en dos grupos:

a. Las que por su menor tamaño son arrastradas por la corriente de aire y que

constituyen el producto final, y

b. Las más gruesas que caen por gravedad y son regresadas al molino para

terminar su proceso de molienda.

Los separadores están provistos de un sistema de regulación que permite

ajustar los parámetros que se deseen.

De esta manera, se puede ofrecer un cemento con una calidad uniforme y

controlada.

Finalmente, el cemento es trasladado a los silos del envase, por medio de

una faja transportadora y/o un sistema de bomba neumática.

7.5. ENVASE Y DESPACHO DEL CEMENTO

El cemento extraído de los silos, se despacha tanto en bolas de papel como a

granel. Para el despacho en bolsas se utilizan maquinas rotativas automática

que tienen una capacidad de envasado de 1 800 bolsas por hora. El operador,

solo se limita a colocar las bolsas en los pitones de una tolva rotativa, que gira

continuamente, y que las llena con el peso de 42,5 Kg, descargándolas sobre

una faja transportadora.

Las bolsas se transportan a las plataformas de los camiones por un sistema de

fajas. Los cargadores se limitan a cogerlas y acomodarlas. Además, las bolsas

pueden ser colocadas sobre parihuelas, que son preparadas durante la noche,

para acelerar la entrega en las horas de la mañana y mejorar la atención a los

clientes.

En el despacho a granel se utilizan camiones especiales de 30 toneladas o

más, que se cargan en 10 minutos. Dos balanzas de plataformas para

camiones, con controles electrónicos, controlan el peso de cada camión que se

despacha.

El control de calidad, se encuentra presente en todas las etapas del proceso.

La fabrica de Cementos Lima S. A. Para realizar dicho control de calidad,

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cuentan con modernos equipos, como es el caso del Medidor de Fluore4cencia

de Rayos X del tipo multicanal asociado a una computadora, que permite un

preciso y rápido análisis de las muestras que son tomadas en los diferentes

puntos del proceso, desde la cantera hasta el envase.

En los laboratorios de Ensayo físicos y químicos, se realizan las diferentes

pruebas dispuestas por las Normas Nacionales ITINTEC o Internacionales A.

S. T. M. Que rigen por la Industria del Cemento.

8. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER Y CEMENTO PÓRTLAND

Las materias primas que se usan para la fabricación del clinker, aportan con 4 óxidos

fundamentales: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y CaO, mientras que el MgO, Na2O, y K2O, pueden

considerarse como accidentales debido a su pequeño porcentaje.

Por consiguiente, la composición química del clinker se presenta por medio del sistema

cuaternario:

CaO – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3

Estos óxidos vamos a describirlos brevemente de la siguiente manera:

4.6. OXIDO DE CALCIO: Se ha descrito al estudiar la cal.

4.7. BIÓXIDO DE SILICIO : Se encuentra en abundancia en la naturaleza, formando

parte de los silicatos, en las variedades cristalizadas cuarzo ß, tridimita r,

cristobalita ß y en forma vitrea en la silicie fundida.

La sílice pura o cuarzo ß, establece a la temperatura ordinaria, se transforma a 573

°C en cuarzo α, cristalizando en prismas hexagonales ( densidad: 2,65 y dureza:

2,7 ); a 870 °C se obtiene la tridimita α, de las que existen la variedad α, β y r

( densidad: 2,28 ) y a 1 470 °C se forma la cristobalita α ( densidad: 2,33 ), se

funde a 1 710 °C ( densidad: 2,20 ) , ocupando este cuarzo vitreo un volumen

mayor que el cuarzo β.

Para que el cuarzo se transforme en tridimita y cristobalita hay que calentar muy

despacio, pues ordinariamente a los 1 600 °C. Forma una masa vitrea pastosa que

no cristaliza al enfriarse.

Aunque la Sílice sea químicamente inerte a la temperatura ordinaria, reacciona

enérgicamente con las bases, a temperaturas elevadas, formando los silicatos.

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El bióxido de silicio, a pesar de no unirse directamente con el agua se le

considera como anhídrido, formando gases del ácido silícico que, aunque no se

hayan aislado, se les puede considerar como hidratos SiO2 , H2O ó SiO3H2 ( ácido

metasilícico ), y el SiO2, 2H2O ó SiO4H4 ( ácido ortosilícico ), aun con mas

moléculas de agua y bióxido de silicio se forman compuestos muy complejos.

4.8. OXIDO E ALUMINIO: Llamado también alumina, se encuentra en la naturaleza en

forma de corindon incoloro, se funde a 2 505 °C, cristalizando en numerosas

formas por enfriamiento. Tiene una densidad de 4 y un a dureza de 9 en la escala

de Mohs.

La alumina se halla combinada en la arcilla ( 2SiO2Al2O3. 2H2O ) y la eliminación

de la sílice da origen a la formación de dos óxidos hidratados, el diásporo ( Al2O3.

H2O ), y la hidrargirita ó gibsita ( Al2O3. 3H2O ), siendo la bauxita una mezcla de

ambas en diferente proporción.

La alumina obtenida por precipitación forma con el agua, un gel cristalizando con el

tiempo en forma de hidrargirita.

La alumina no se forma al fraguar el cemento Pórtland, pero sí en el del cemento

Aluminoso.

4.9. OXIDO FERRICO: Es muy abundante en la naturaleza, constituyendo el mineral de

hierro llamado oligisto y hematites roja.

En el cemento Pórtland se encuentra en dosis pequeñas, pues provienen de las

impurezas de las arcillas, pero en los cementos aluminosos alcanzan proporciones

importantes procediendo de la bauxita. Este oxido da el color al cemento. Se

parece a la alumina, cambiándose principalmente con la cal. Existen dos óxidos

férricos hidratados amorfos, uno de color amarillo y el otro rojizo de formula:

Fe(OH)3 , H2O.

Estos óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro se combinan, formando un

compuesto de tres o más elementos; pero para facilitar su estudio se les considera

formados por dos, y como casi todos se hallan combinados con el oxigeno,

consideraremos a los compuestos mas complicados como formados por la

agrupación de los óxidos, como se hace en mineralogía al estudiar los silicatos, y

en otros casos, como sales del hipotético ácido silico o alumino silicico. Así, el

ortosilicato calcio se le puede considerar formado por la combinación de los dos

óxidos: 2CaO, SiO2, o bien SiO4Ca2, como si fuera la sal calcica del ácido

ortosilicico SiO4H4, que representa bien su composición, pero no su estructura,

pues se ha comprobado, al estudiar con rayos x, que la estructura de las

moléculas de los silicatos están formados por complejos de silicio-oxigeno, en los

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que el silicio forma cadenas con dos átomos de oxigeno. Por otro lado, las

combinaciones del silicio-oxigeno solo existen en un estado sólido y no dan iones

libres, por lo que a los compuestos de los silicatos no se los puede considerar

ionizados en el agua.

4.10. SILICATOS DE CALCIO: El oxido de calcio y el bióxido de silicio reaccionan a

elevada temperatura, formando los siguientes compuestos:

Silicato monocálcico: ( SiO2 CaO ) o metasilicato, existen dos variedades, la α

y la β, que forman el mineral llamado Wollostonita, siendo estable hasta 1 150

°C, transformándose en la variedad α, que se funde a 1 512 °C. Cristaliza en el

sistema monoclínico, es inerte hidráulicamente, el agua no le ataca mas que al

cabo de varios años. No se halla en el clinker del cemento Pórtland.

Silicato sesquicálcico: ( SiO2 3CaO ) Se disocia a 1 745 °C en silicato bicálcico

y liquido, no encontrándose en el clinker de cemento Pórtland, pulverizándose

en parte cuando se enfría lentamente.

Silicato Bicálcico: ( SiO2 2CaO ) u ortosilicato, hay tresformas alotropicas: la α,

estable por encima de 1 410 °C, se funde a 2 130 °C y por enfriamiento se

transforma en la forma β, a 1 420 °C; y la forma r va acompañada de un

aumento de volumen del 10%, reduciéndose a polvo espontáneamente al

enfriarse a la temperatura ordinaria, apreciándose en las escorias de altos

hornos y en los cementos de Pórtland ricos en este compuesto.

Silicato Tricálcico: ( SiO2 3CaO ) Es el principal constituyente del cemento

Pórtland. Se obtiene por sinterización calentado una mezcla de carbonato

cálcico y sílice a 1 400 °C. Tiene un peso especifico de 3,15, atribuyéndole las

resistencias iniciales del cemento Pórtland.

Silicato Pentacálcico: ( SiO2 5CaO ) Se pulveriza espontáneamente por

enfriamiento lento como el silicato bicálcico y las escorias. Si se enfría

bruscamente y se mule es hidráulico, formándose hidrato de calcio y una masa

gelatinosa o coloidal que da origen a los esferalitos, que se aprecian

claramente con el microscopio electrónico.

4.11. ALUMINATOS DE CALCIO: Se forman cuatro compuestos bien definido, los

cuales son los siguientes:

- Aluminato monocálcico ( Al2O3 CaO ) Se obtiene calentado alumina y

carbonato cálcico por encima de 950 °C, se funde a 1 600 °C y se

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cristaliza en el sistema monoclínico. Tiene una densidad de 2,98, tiene

propiedades hidráulicas, siendo el principal constituyéndose de los

cementos aluminosos.

- Aluminato tricálcico: ( Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 535 °C, presentado

propiedades hidráulicas menores que el anterior, hallándose en el

cemento Pórtland; se cristaliza en el sistema cubico. En estado puro se

hidrata y fragua rápidamente y contribuye al falso fraguado de los

cementos.

- Trialuminato Pentacálcico: ( 3Al2O3 5CaO ) Existen en dos formas

alotropicas. Se funde a 1 455 °C, encontrándose a veces en los

cementos Pórtland y aluminosos; presenta fraguado rápido y menores

resistencias que el aluminato monocálcico.

- Pentaluminato Tricálcico: ( 5Al2O3 3CaO ) Se funde a 1 720 °C,

hallándose a veces en el cemento aluminosos.

4.12. FERRITOS CALCICOS: El oxido de calcio y el oxido de hierro reaccionana a gran

temperatura para dar el ferrito monocálcico: Fe2O3 CaO y el ferrito bicálcico: Fe2O3

2CaO. Se funde a 1 216 °C, no teniendo propiedades hidráulicas, hallándose en

los cementos aluminosos y metalúrgicos.

4.13. DISEÑO DE MEZCLA CRUDA PARA LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO:

Definición de criterios para los cálculos de mezcla: Cualquier tipo de cemento tiene

que estar en conformidad con las normas de calidad individuales de cada cemento

de un país determinado. Las normas ( especificaciones estándar ), incluyen

normalmente la especificaciones químicas para el cemento. Conjuntamente con los

requerimientos físicos y los requerimientos en cuanto a resistencias garantizan su

potencial de calidad conveniente para el tipo correspondiente de cemento.

En cuanto a las materias primas, solo son importantes los requerimientos químicos:

- Especificaciones químicas del producto.

- Calidad del clinker y cemento.

- Composición de la mezcla cruda.

- Componentes de la materia prima.

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Es decir, las especificaciones del producto determinan la calidad del clinker y del

cemento, la misma, que a su vez determinan la composición química del crudo y,

finalmente la selección de los componentes de la materia prima.

La secuencia puede ser invertida. Una configuración de materia prima, con escasa

libertad en cuanto a la dosificación de la mezcla cruda, puede darle al producto la

posibilidad de producir solamente un único tipo de clinker.

La dosificación de las mezclas crudas para la fabricación para la fabricación de un

cemento ordinario se basa en la mayoría de los casos, en los siguientes criterios

específicos:

4.13.1. El contenido de MgO: 5% (máximo).

4.13.2. Estándar de cal o factores de saturación de cal: SC

El valor limite aproximado es:

100 CaO

SC = ---------------------------------------------------- = 88 - 97

2.8 SiO2 + 1.18 Al2O3 + 0.65 Fe2O3

El estándar de cal mide el grado de formación de los compuestos cálcicos. Su

variación normal, oscila entre 88 – 97, siendo el limite superior el valor que da

lugar a una mayor cantidad de silicato tricálcico ( C3S ), en comparación con

análogos contenidos en Al2O3 y Fe2 O3 y es, por tanto el mas favorable para las

resistencias.

4.13.3. Modulo Hidráulico. MH


% CaO

MH = ----------------------------------------------- = 1.8 – 2.2

% SiO2 + % Fe2O3 + % Al2O3

El valor óptimo del modulo Hidráulico, para obtener altas resistencias, es el

comprendido entre 1.8 y 2.2.

Cuando este valor es inferior a 1.8, el aglomerante tiene resistencias muy bajas

y cuando el valor es superior a 2.2, el aglomerante, una vez puesto en obra,

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sufre al cabo de pocos días o semanas un fenómeno de agrietamiento por

expansión, formando grietas centrífugas.

4.13.4. Modulo de Silicatos: MS


% SiO2

MH = ------------------------------------------= 1.8 – 3.5

% Al2O3 + % Fe2O3

Cuanto mas elevado sea el modulo de silicatos, dentro de su variación normal

de 1.8 a 3.5, mayor contenido total de silicatos tricálcico ( C3S ) y silicato bicálcico ( C2S ) se

tendrá en el clinker o cemento, así como un mayor potencial de resistencia a cualquier plazo.

4.13.5. Modulo de Fundentes: MF


% Al2O2

MH = ------------------------------ = 1.5 – 2.5

% Fe2O3

El modulo de fundentes, es un valor que no afecta a las resistencias a largo

plazo, sino tan solo a las resistencias iniciales cuando es elevado. Influye sobre la mayor o

menor facilidad de clinkerizacion por su acción sobre la viscosidad de la fase liquida a lata

temperatura. Al disminuir su valor, como se consigue normalmente por una adición al crudo de

1% a 2% de Fe2O3, disminuye la temperatura de combinabilidad del clinker; en igualdad de

composición deja más CaO disponible aumentando el contenido de silicatos y disminuyendo el

contenido de aluminato tricálcico ( C3A ). Este es la base para la elaboración de cementos

especiales resistentes a la acción agresiva de los sulfatos, limitando el contenido de C3A, entre

3% y 5%.

Cuando el M.F., es iguala 0.64, todo el oxido de aluminio forma el ferroaluminato tetracálcico

( C4AF ), en cuyo caso no cristaliza prácticamente el C3A. Este tipo de clinker, constituye el

fundamento de los cementos resistentes a los sulfatos.

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4.14. SECUENCIA BASICA DE LAS REACCIONES

El siguiente cuadro muestra la secuencia general de los eventos que ocurren

dentro del horno de calentamiento y enfriamiento en la formación del clinker.

La secuencia principal de los eventos ocurrentes y rango de temperatura en

el cual tiene lugar, está representada con más detalle en el siguiente cuadro:

RANGO DE TEMPERATURA

( ° C )

TIPO

DE

REACCIÓN

CALENTAMIENTO

20 - 100 Evaporación del agua libre

100 - 300 Pérdida de agua absorbida

400

Pérdida de agua de cristalización de la arcilla y desdoblamiento en

óxidos libres.

500 Cambios de estructuras en los minerales de sílice.

800 - 900 Descarbonatación de la caliza.

900

Formación de C2S, productos intermedios, aluminatos

y ferroaluminatos

1250 Formación de C2S

1280 Formación de fase liquida ( caldo de aluminato y

ferrita )

1450 Recristalización de C3S y C2S

ENFRIAMIENTO

1300 - 1240 Recristalización de la fase liquida en aluminato y ferrita

principalmente.

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Crudo Reactantes + Alita + Belita + Clinker( 20 °C ) Productos Caldo ( 1450 °C ) Enfriado

intermedios ( 450 – 1300 °C )


4.15. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PÓRTLAND

COMPONENTES

PRINCIPALES

COMPONENTES

SECUNDARIOS

OTROS COMPONENTES

POSIBLES

CaO MgO Mn2O3

SiO2

SO3

P2O5

Al2O3 K2O y Na2O ( Álcalis ) TiO2

Fe2O3

C. L. ( CaO libre )

R. I. ( Resid. Insoluble )

P. F. ( Pérdida al fuego )

H2O, CO2, ( Mat. Orgánica)

Fluoruros

Los componentes típicos en que interviene los óxidos antes indicados, en la composición

centesimal de un cemento Pórtland, son:

COMPONENTE PORCENTAJE ( % ) ABREVIATURA

CaO 61 - 67 C

SiO2 20 - 27 S

Al2O3 4 - 7 A

Fe2O3 0.5 - 4 F

MgO 0.1 - 5 M

SO3 1 - 3 S1

K2O y NA2O 0.25 - 1.5 Alcalis

4.15.1. Propiedades de los componentes minoritarios del cemento Pórtland.

El contenido de MgO: Cuando es superior al 5% en el clinker, el

cemento puede ser ya expansivo. Se debe este fenómeno a que el

MgO en pequeña proporción dentro del sistema SiO2 – CaO – Al2O3 no

reacciona durante la clinkerizacion, quedándose como tal MgO. Este

oxido magnésico reacciona con el agua con un importante retraso,

pág. 17


incluso de meses, con respecto al fraguado y endurecimiento. Como

que esta reacción es semejante a la de la hidrólisis del CaO, es decir,

es exotérmica, da lugar a un importante aumento de volumen y

generación de calor produciendo la expansión o rotura del aglomerante

fraguado.

El contenido de Na2O y K2O: El oxido de sodio ( Na2O )y el oxido de

potasio ( K2O ) se le conoce con el nombre de álcalis ( aunque en el

cemento existen también otros álcalis ). Se ha encontrado que estos

compuestos reaccionan con algunos agregados con afinidad química.

Las formas reactivas de sílice son el ópalo ( amorfo ), la calcedonia

( criptocristalina fibrosa ) y la tridimita ( cristalina ). Estos materiales

reactivos se encuentran en las calcedonias y calcedonias opalinas, las

calizas silicosas, las riolitas y tobas rioliticas, las dacitas y tobas

dacíticas, las andesitas y tobas andesiticas y las filitas.

Como la cantidad de álcalis depende tan solo del cemento, su

concentración en la superficie reactiva del agregado dependerá de la

magnitud de estas superficie. El contenido mínimo de álcalis del

cemento con el cual puede haber una reacción expansiva es de 0.6%

expresado en oxido de sodio. Este porcentaje se calcula mediante

estequiometría como el contenido real de Na2O más 0.658 por el

contenido de K2O del clinker. Sin embargo, en casos excepcionales se

han observado cementos con menor contenido de álcalis que causan

expansión de un concreto elaborado con un agregado reactivo dado es

mayor al elevarse el contenido alcalino del cemento y, para una misma

composición de cemento, al elevarse su finura.

Esta reacción álcali-agregado puede producir expansión anormal y

agrietamientos irregulares en el concreto. Existen tres pruebas de la A.

S. T. M. Para identificar los agregados con los álcalis, dos para los del

tipo silicoso ( 227 – C – 289 ) y una para los del tipo carbonatado ( C –

586 ). Además existe la prueba de la A. S. T. M.C – 295, que

recomienda el examen petrográfico de los agregados de ambos tipos.

El contenido en SO3: El contenido en anhídrido sulfurico decide la

calidad del cemento Pórtland por varios motivos: cuando su valor en

porcentaje esta fuera de un estrecho margen ( entre 2 y 4 % ) afecta el

pág. 18


tiempo de fraguado. Cuando es menor, el fraguado puede ser muy

rápido, como consecuencia del escaso afecto retardador.

Cuando su valor es de 6 a 10% inhibe el fraguado, no existiendo ni

afecto expansivo se produce cuando el contenido en SO3 excede del 4

al 4.5%, según la finura del cemento.

El contenido de Cal Libre ( C. L. ): Debe ser inferior al 2%, dada la

expansión de volumen que produce su hidrólisis, que provocaria un

efecto destructivo.

A partir de valores superiores al 2.5% pueden obtenerse ensayos en el

autoclave con una expansión superior al 1%.

El efecto insoluble ( R. I. )El residuo insoluble es la cantidad de material

que no se disuelve en ácido clorhídrico ( HCl ) al 10%. Incluso lo es el

yeso, por lo que un cemento, sin adiciones de otros materiales distintos

a la caliza, como son las rocas básicas, puzolanas, cuarzos,

feldespatos, etc., da un valor de R. I. De alrededor de un 0.5%.

Al aumentar el R. I. Disminuyen las resistencias, a no ser que esta

disminución sea simultáneamente contrarrestada por la mejora de otras

variables, por ejemplo, aumentándola finura del cemento. Los tipos de

cementos especiales como puzolánicos o cenizas volantes, poseen

elevados residuos insolubles.

La pérdida al fuego ( P. F. ): Esta determinación analítica se verifica

normalmente a la temperatura de 950 °C +/- 10 °C y es a esta

temperatura en la que se ha conseguido la descarbonatacion del

carbonato cálcico ( CO3Ca ), que eventualmente puede estar presente

en el cemento y, por consiguiente, mide la cantidad de anhídrido

carbonico ( CO2 ) de los carbonatos presentes o la absorbida por

meteorizacion, así como la cantidad de agua de hidratación

incorporada al aglomerante por la misma causa.

El valor de la pérdida al fuego nos da la idea del estado de

meteorización de un cemento, el agua giroscópica presente en la

atmósfera, adicionada al cemento puede llegar a hidrolizar previamente

los silicatos y por tanto, es tan necesario comprobar este valor en los

cementos almacenados antes de su puesta en obra.

pág. 19


El contenido de oxido de manganeso ( Mn3O3 ) y El oxido de titanio

( TiO2 ): El primero no tiene aignificacion especial en las propiedades

del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser marron si se

tienen contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos

donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de

resistencia a largo plazo.

El oxido de titanio influye en la resistencia, reduciéndola para los

contenidos superiores al 5%. Para contenidos menores no tiene mayor

trascendencia.

El contenido de P2O5: Influye como perturbador en la cristalizacion de

las fases en cantidad que superan el 0.5%.

4.15.2. COMPOSICIÓN MINEROLOGICA DEL CLINKER DEL

CEMENTO PORTLAND: El análisis químico del cemento, en terminos

de porcentaje de óxidos, tiene poco significado en lo que respecta a las

propiedades del mismo, ya que son los compuestos formados durante

el proceso de fabricación por interaccion de los cuatro óxidos

fundamentales mencionados anteriormente, los cuales son los

responsables del fraguado y resistencia del cemento hidratado.

De los cuatro óxidos fundamentales: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3, uno

solo tiene carácter básico: el oxido de calcio ( CaO ). Los otros tres se

comportan como anhídridos, es decir, con carácter ácido. Debido a

ello, es fácil comprender que en el proceso de formación del clinker,

las materias primas que contengan los cuatro óxidos fundamentales,

formaran compuestos de cal, tales compuestos serán: silicato de

calcio, aluminatos de Calcio y Ferro-Aluminatos de calcio.

El oxido de calcio, por consiguiente, satura hasta un cierto limite los

componentes ácidos y para que dicha saturación tenga lugar, las cantidades de

los cuatro componentes principales han de cumplir una serie de reacciones

denominadas módulos, que ya se estudio anteriormente .Es decir, la mezcla de

caliza, arcilla y otros componentes han de tener una proporción conveniente de

estos.

pág. 20


Durante el proceso de cocción y a distintas temperaturas se forman unos

determinados compuestos mineralógicos, unos primeros, otros después, dentro

de un amplio rango de temperaturas: entre 1000 y 1450 °C, aproximadamente.

Se puede considerar que el cemento se encuentra en un EQUILIBRIO

CONGELADO, asumiendo que los productos enfriados producen el equilibrio

existente a la temperatura de clinkerizacion.

NOMBRE FORMULA

QUÍMICA

NOMENCLATURA EN EL CLINKER

COMÚN COMERCIAL

Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S Alita

Silicato Bicálcico 2CaO.SiO2 C2S Belita

Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A Celita

Ferro-aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3Fe2O3 C4AF Felita

Silicato Tricálcico ( S3C ): Es el material mas importante del clinker y determina

la rapidez del fraguado, la resistencia mecánica y otras propiedades del

cemento Pórtland, su cantidad en el clinker es de 40 a 60%. Se vuelve

gelatinoso en pocas horas, generando una cantidad apreciable de calor de

hidratación, que llega a 380J/gr. A los 28 días. Su fragua inicial y final se realiza

a pocas horas después del mamasado y termina en un periodo inferior a 7 días,

por ello, se le atribuye el rápido desarrollo de las resistencias iniciales.

Comercialmente se le denomina Alita y representa una solución sólida de

silicato tricálcico con una pequeña cantidad ( 2 a 4% ) de MgO, Al2O3, P2O5,

Cr2O3 y de otras impurezas que pueden influir considerablemente sobre la

estructura y las propiedades. Según Regours y Guinier, en el intervalo entre la

temperatura normal y 1100 °C, el C3S se cristaliza en seis formas poliformas.

La alita se fija en el clinker en forma de una modificación trigonal. Observando

una microfotografía de una placa pulimentada y decapada del clinker, los

cristales de alita tienen, por lo general, forma hexagonal o rectangular. Son

preferible los cristales de forma regular alargada con un tamaño de 0.003 a

0.02 mm, que favorecen las resistencias mecánicas del cemento.

Las mezclas de C3S y agua son menos plásticas que las del cemento Pórtland,

sin embargo, la trabajabilidad se puede mejorar con adición de yeso.

pág. 21


Silicato de Bicálcico ( C2S): Es el segundo mineral siliceo por su importancia y

contenido ( 10 a 30% )que esta constituido el clinker, y que determina las

características del comportamiento de las resistencias a la compresión.

Presenta un tiempo de fraguado incierto, pues, el amasado fragua lentamente

en un periodo de algunos días. A diferencia del silicato tricálcico, su desarrollo

de resistencias es lento en las edades iniciales, pero aumenta con el tiempo

hasta una resistencia igual al del C3S, y por lo tanto, es menor su calor de

hidratación, que llega hasta 105J/gr. A los 28 días. La adición de yeso no

produce un cambio notable. En el intervalo entre la temperatura normal y 1500

°C existen cinco formas cristalinas del C2S. Comercialmente se le denomina

belita y en el clinker representa una solución sólida del silicato bibaltico β ( C2S

– β ) y de una cantidad pequeña ( 1 a 3% ) de Al2O3 , Fe2O3. MgO, Cr2O3 y

otros. Cuando el clinker caliente que salió del horno se enfría paulatinamente, a

una temperatura por debajo de 525 °C, el C2S – β puede transformarse en C2S

– r, con la particularidad de que esta transición va acompañada del aumento de

la distancia de base, es decir la estructura molecular de la belita se vuelve mas

mullida. En efecto, la densidad del C2S – β es igual a 3.28 grs/cm3, mientras

que la el C2S – r es de 2.97 grs/cm3, por eso, la transición poliforme provoca un

incremento del volumen absoluto de la belita aproximadamente en el 10%;

como resultado, los granos del clinker se desmoronan en polvo. Podía parecer

que la dispersión espontánea facilitaría la trituración del clinker, pero, por

desgracia, el polvo del C2S – r a temperaturas de hasta 100 °C prácticamente

no reacciona con el agua, es decir, no posee propiedades aglomerantes. Por

consiguiente, es necesario impedir que la belita pase a forma r. A la

estabilización de la fase el C2S – β favorecen algunas impurezas: Al2O3, Fe2O3,

MgO, Cr2O3 y otras , que se introducen en la red cristalina en una cantidad de 1

a 3%. En calidad de un “temple” originadle la belita sirve un enfriamiento

bastante rápido del clinker en dispositivos de refrigeración que se sitúan a la

salida del clinker del horno. Regulando la velocidad de enfriamiento del clinker,

se obtiene belita en forma de unos cristales compactos redondos con un

tamaño de 0.02 a 0.05 mm.

La suma entre el silicato tricálcico y el bicálcico es de alrededor de 70 a 75%

del total de la composición del clinker, por eso la hidratación de la alita y belita,

por lo común, define las propiedades técnicas del cemento Pórtland. El 25%

restante viene constituido por la sustancia intermedia que llena el espacio entre

los cristales de alita y belita. La sustancia intermedia esta constituida por

cristales de aluminato tricálcico (C3A ), ferro-aluminato tetracálcico ( C4AF),

vidrio y minerales secundarios ( 12CaO.7Al2O3 y otros ).

pág. 22


Su contenido puede variar entre 4 y 12% y en condiciones favorables de

cocción se obtiene en forma de cristales cúbicos con dimensiones de hasta

0.01 a 0.015 mm, forma soluciones sólidas de composición compleja. La

densidad del C3A es igual a 3.04 gr/cm3; se hidrata y fragua con gran rapidez,

casi instantáneo en el amasado con agua acompañado de desarrollo de calor

de hidratación muy elevado, llegando hasta 1380J/gr. A los 28 días. Presenta

buena plasticicidad y trabajabilidad con un amasado continuo; bajo el agua se

desintegra y demorona. Se obtiene un tiempo de fraguado normal al añadir

yeso y puede dar lugar a la formación de un compuesto expansivo denominado

Etringita, dañino para el concreto ( corrosión sulfoaluminatica ). En ausencia de

yeso, la reacción del C3A con el agua es muy violenta y conduce al

endurecimiento inmediato de las pastas. Su efecto en relaciona las resistencias

a comprensión es a aumentarla a la edad inicial de 24 horas ( pequeña

resistencia mecánica ), sin desarrollar más resistencia posteriormente.

Ferro Aluminato tetracálcico ( C4Al ): Su presencia es de menor importancia en

comparación a la de los anteriores compuestos mencionados, constituye en el

clinker una cantidad de 4 a 15%. El C4AF en la sustancia intermedia del clinker

representa una solución sólida de ferro – aluminatos cálcicos de diferentes

composición. Sus densidades de 3.77 gr/cm3. Presenta incierta contribución a

las resistencias mecánicas; se hidrata rápidamente, por lo que presenta un

fraguado en pocos minutos, no tanto como el C3A; el fraguado es acompañado

de desarrollo de calor de hidratación, llegando a 495J/gr a los 28 días.

Vidrio de Clinker: El vidrio del clinker esta presente en la sustancia intermedia

en una cantidad de 5 a 15% y viene constituido, en fundamentalmente por

CaO, Al2O3, Fe2O3,MgO , K2O, Na2O, etc.

COMPUESTO

TEMPERATURA

CLINKERIZADA

TEMPERATURA

TEMPRANA

RESISTENCIA

FINAL

DESARROLLO

DE

RESISTENCIA

C3S ALTA ALTA ALTA RAPIDO

C2S MEDIA BAJA ALTA LENTO

C3A REDUCIDA BAJA BAJA MUY LENTO

C4AF REDUCIDA MUY BAJA MUY BAJA RAPIDO

4.15.3. CALCULO PONTENCIAL DE BOGUE SUSIGNIFICADO

pág. 23


El análisis químico no tiene mucho significado en la calidad del

cemento. Sin embargo a partir de los análisis químicos se puede

efectuar el calculo de la “Composición Potencial” del clinker, así como

el índice de saturación de cal, el modulo de fundentes, el modulo

hidráulico y el modulo de silicatos.

Se denomina “ Calculo potencial” a las expresiones y formulas que

permiten calcular la composición mineralógica a partir del análisis

químico o composición centesimal del cemento. El fundamento reside

en supuestos estados de equilibrio y por consiguiente, solo son

aproximados.

El calculo potencial mas empleado es el “calculo potencia de Bogue”

con las correspondientes de Lea y Parque. Otras expresiones de

Calculo Potencial es debido a Newkirk que introduce en las formulas

los componentes minoritarios del cemento.

DERIVACIÓN DEL CALCULO POTENCIAL DE BOGUE

En la derivación de las ecuaciones se asume lo siguiente:

- No hay vidrios presentes ( material no cristalino ).

- Todo el SO3 se combina como SO4Ca.

- Todo el Fe2O3 y Al2O3 se combina como C4AF y C3A.

- Todo el CaO ( Excepto la cal libre y el que se combino como SO4Ca, y

C3A ), se combina con el SiO2 para formar una mezcla de C2S y C3S.

Para efectuar pasa a paso los cálculos se necesita también de las

formulas de los compuestos, sus pesos moleculares y las proporciones

de combinación de óxidos.

FORMULAS QUÍMICAS Y PESOS MOLECULARES

SO4CA = SO3 + CaO

136 = 80 + 56

C4AF = 4CaO + Al2O3 + Fe2O3

485 = 224 + 102 + 159

C3A = 3CaO + Al2O3

270 = 168 + 102

pág. 24


PROPORCIONES

SO4Ca ---------------- = 1.7

SO3

CaO ------------- = 0.70

SO3

4Ca . Al2O3 . Fe2O3

------------------------- = 3.04Fe2O3

Al2O3

--------------- = 0.64Fe2O3

Al2O3

-------------- = 0.64Fe2O3

4CaO ---------------- = 0.64

Fe2O3

3CaO . Al2O3

------------------------ = 3.65Al2O3

3CaO ----------------- = 1.65

Al2O3

3CaO . SiO2

----------------------- = 4.07CaO

2CaO . FiO2

----------------------- = 3.07CaO

PASOS DE CÁLCULO:

1° Del SO3 : a. %SO4Ca = 1.70 * % SO3

b. %CaO en SO4Ca = 0.70 * %SO3 ( I )

2° Del Fe2O3: a. %C4AF = 3.04 * %Fe2O3

b. %Al2O3 en C4AF = 0.64 * %Fe2O3

c. % CaO en C4AF = 1.40 * %Fe2O3 ( II )

3° Del Al2O3:Al2O3 remanente = Al2O3 total - Al2O3 en C4AFa. %C3A = 2.65 * Al2O3 remanente.b. % CaO en C3A = 1.65 * Al2O3 remanente ( III )

4° CaO como cal libre: C. L. ( IV )

5° CaO disponible para C3S y C2S: CaO Disp.= SiO2 total – ( % CaO: I+II+III+IV )

6° SiO2 disponible: SiO disp. = SiO2 total – residuo insoluble.

7° Determinación de C3S y C2S:

Sea: X = % C2S donde: P = CaO disponible

Y = % C3S Q = SiO2 total – R. I.

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Planteamos las siguientes ecuaciones:

X + Y = P + Q ............................ ( 1 )

60X / 172 + 60Y / 228 = Q ................ ( 2 )

Resolviendo el sistema:

Y = % C3S = 4.07 P – 7.60Q

X = % C2S = 8.60Q – 3.07P

EJEMPLO DE CÁLCULO

Un cemento tiene el siguiente análisis químico:

CaO = 64.18% SiO2 = 21.86% Al2O3 = 4.81%Fe2O3 = 3.23% K2O = 0.65% Na2O = 0.15%SO3 = 2.41% MgO = 0.96% C. L. = 0.59%P. Ign = 1.24% R.I. = 0.42%

Cálculo de Bogue:

1° Del SO3 : a. %SO4Ca = 1.70 * 2.41 = 4.097b. %CaO en SO4Ca = 0.70% * 2.41 = 1.667 ( II )

2° Del Fe2O3 : a. %C4AF = 3.04 * 3.23 = 9.82b. %Al2O3 en C4AF = 0.64 * 3.23 = 2.07c. %CaO en C4AF = 1.40 * 3.23 = 4.52 ( II )

3° Del Al2O3 : Al2O3remanente = 4.81% - 2.07% = 2.74%a. %C3A = 2.65 * 2.74 = 7.261b. %CaO en C3A = 1.65 * 2.74 = 4.530 ( III )

4° CaO libre : C. L. = 0.59% ( IV )

5° CaO disponible para C3S y C2S :CaO disp. = 64.18% - ( 1.687% + 4.52% + 4.52% + 0.59% )CaO disp. = 52.86% ( P )

6° SiO2 disponible = 21.86% - 0.42% SiO2 disponible = 21.44% ( Q )

7° Determinación de C3S y C2S %C3S = 4.07 * 52.86 – 7.60 * 21.44 = 52.20 %C2S = 8.60 * 21.44 – 3.07 * 52.86 = 22.10

8° Expresión de resultados:

C3S = 52.20%C2S = 22.10%C3A = 7.26%C4AF = 9.82%

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Es un cemento Pórtland tipo I

CALCULO DIRECTO DE LAS FORMULAS DEL BOGUE

Los componentes mineralógicos de cemento, pueden calcularse directamente, utilizando las formulas del Bogue, teniendo en cuenta los siguientes criterios:

- Cuando la relación: Al2O3/ Fe2O3 0.64, los componentes mineralógicos principales se determinan utilizando las siguientes formulas:

C3S = 4.071 * %CaO – 7.60 * %SiO2 – 6.718 * % Al2O3

- 1.43 * % Fe2O3 – 2.852 * % SO3

C2S = 2.867 * % SiO2 – 0.7544 * % C3S

C3A = 2.65 * %Al2O3 – 1.692 * % Fe2O3

C4AF = 3.043 * % Fe2O3

- Cuando la relación: Al2O3/Fe2O3 0.64, se formara una solucion solida de ferro-aluminato cálcico ( expresado como SS ( C4AF + C2F ). Los contenidos de esta solución sólida y del C3S serán calculados por las siguientes formulas:

SS ( C4AF + C2F ) = 2.10 * %Al2O3 + 1.702 * %Fe2O3

C3S = 4.071 * %CaO – 7.60 * SiO2 – 4.479* %Al2O3 – 2.859 * % Fe2O3 – 2.852 * % SO3

El C2S será calculado como se mostró previamente.

En el calculo de C3A serán usados los valores de Al2O3 y Fe2O3 determinados al 0.01%.

En el calculo de otros componentes serán usados los óxidos determinados al 0.01%.

5. CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS

De acuerdo a las normas nacionales ITINTEC y a las internacionales A. S. T. M., los cementos están clasificados en dos grandes grupos:

5.1. Cementos Pórtland Comunes: La norma C – 150 de la A. S. T. M., clasifica al cemento Pórtland común en cinco tipos diferentes, de acuerdo a las proporciones relativas de los cuatro componentes mineralógicos principales y a las condiciones de uso, los cuales son:

Cemento tipo I o normal: Este tipo para uso general. Se recomienda para construcciones normales en que no se requieren las propiedades especiales de los otros tipos. Se usa donde el concreto no va a estar expuesto al ataque de factores específicos, como a los sulfatos del suelo o del agua, o a aleaciones perjudiciales de temperatura, debido al calor generado en la hidratación. En el Perú, se fabrican los siguientes cementos tipo I: Pacasmayo, Sol, Andino, Yura y Rumi,

Cemento Tipo II o Moderado: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado en construcciones de concreto, las cuales han de estar expuestas al ataque moderado por los sulfatos ( sulfato soluble en el suelo

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como SO4 = 0.1 – 0.2% o sulfatos en agua: 150 – 1,500 p.p.m. ) o en aquellos casos en que se requiere moderado calor de hidratación. Se caracteriza por su contenido de C3A menor del 8%. La suma de C3S y C2S asegura una adecuada resistencia, tanto en el periodo inicial de fraguado como en edades posteriores.

Además, de las propiedades que caracteriza al cemento tipo I, estos cementos presentan menores cambios de volumen, menor tendencia a la exudación, moderada resistencia al ataque de sulfatos y menor generación de calor de hidratación. En el Perú, se fabrica únicamente el cemento Andino Tipo II.

Cemento Tipo III o de rápido Endurecimiento: Este tipo de cemento permite obtener con rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos. A los 28 días, la diferencia de resistencia con el cemento Tipo I, tiende a desaparecer. La alta resistencia inicial puede lograrse por modificaciones en la dosificación de crudos de la composición química, a fin de obtener un porcentaje mas alto de C3O; o por un incremento en la finura del cemento, dado que se obtiene una mayor área superficial, la cual expuesta a la acción del agua dará lugar a una hidratación y endurecimiento mas rápidos. Si bien, con inicial mas alta, esta principalmente expuesto a procesos de agrietamiento por contracción por secado. Igualmente, debido a los altos porcentajes de C3S y C3A, o al mayor grado de finura, la generación de calor es mas alta que en los cementos Tipo I. Este tipo de retirar los moldes o encofrandoslo mas pronto que sea posible, o cuando la estructura se debe poner en servicio rápidamente. También se puede usar en climas fríos, pues, su uso, permite reducir el periodo de curado controlado. En el Perú, no se fabrica este tipo de cemento.

Cemento Tipo IV o De Bajo Calor de Hidratación: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado donde el grado y la cantidad de calor generado se debe reducirla mínimo, es decir, en aquellos casos en que se requiere un bajo calor de hidratación. Sus características principales son: altos porcentajes de C2S y C4AF; lenta generación de calor; buena resistencia a la accion de los sulfatos; lento desarrollo de resistencia a la comprensión aunque a edades avanzadas alcanza los mismos valores de los otros tipos de cemento; buena resistencia al agrietamiento. Este cemento, es especialmente recomendado para ser usado en circunstancias que requieren grandes masas de concreto, como las grandes presas de gravedad, donde la elevación producida en la temperatura por el calor generado durante el endurecimiento es un factor critico. Dada su lenta velocidad de hidratación, en general, es inadecuado para la construcción de estructuras normales, dado que requiere un curado de por lo menos 21 días para obtener un adecuado desarrollo de resistencia a la compresión y al interperismo. No existe en el mercado nacional.

Cemento Tipo V o Resistente a los Sulfatos: Este tipo de cemento se fabrica para ser empleado en aquellos casos en que se requiera alta resistencia a la acción de los sulfatos ( sulfatos soluble en agua presnete en el suelo como: SO4 = 0.2 – 2% o sulfato en agua: 1,500 – 10,000 p.p.m. ), la cual se obtiene por un alto contenido de C3A ( menor del 5% ). El contenido de silicatos cálcicos hace que este tipo de cemento tenga alta resistencia a compresión, aunque su desarrollo de resistencia aumenta más lentamente que en el cemento Tipo I. El calor generado durante la hidratación no difiere fundamentalmente del de los cementos tipo IV. Por

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sus características es el cemento que mas se aproxima al cemento ideal. En el Perú, existe el cemento Pacasmayo y el Cemento Andino, correspondiente a este tipo.

pág. 29


CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS CEMENTOS PERUANOS

CARACTERISTICASSOLTIPO

I

ATLASTIPO

IP

ANDINOTIPO

I

ANDINOTIPO

II

ANDINOTIPO

V

YURATIPO

I

YURATIPO

IP

YURATIPOIPM

PACAS.TIPO

I

PACAS.TIPO

V

Peso Especifico( gr/cm3 )

3.11 3.03 3.11 3.11 3.18 3.11 2.86 2.95 - -

Finura: Malla N° 100 ( % ) 0.04 0.03 0.34 0.10 0.20 - - - - -Finura: Malla N° 200 ( % ) 4.14 0.38 5.66 4.71 2.58 - - - - -

Sup. Especifica BLAINE ( cm2/gr. ) 3477 4472 3300 3400 3400 3597 4086 3848 3400 3300Contenido de aire

( % )9.99 9.82 6.50 5.35 5.22 - - - 10.50 10.10

Expans. Autoclave ( % )

0.18 0.15 0.02 0.01 0.01 0.20 0.11 0.26 0.22 0.14

Fragua Inicial ( Vicat ) ( hrs:min )

1:49 1:59 2:50 3:15 2:15 2:00 2:00 2:10 2:29 2:40

Fragua final ( Vicat ) ( Hrs:min )

3:29 3:41 3:45 4:30 3:45 4:00 4:10 4:10 5:10 5:20

RESISTENCIA A COMPRENSIÓN

( Kg/cm3 )Fć = 3 días 254 235 204 160 184 242 140 240 168 154Fć = 7 días 301 229 289 205 243 335 222 299 210 196

Fć = 28 días 357 349 392 320 362 386 316 367 273 258

HIDRATACIÓN DEL ... LUEGO DE AGOTARSE EL SUMINISTRO DE YESO

pág. 30


ETAPAS RX PROCESO QUIMICO PROCESO FISICO RELEVANCIA A LAS PROPIEDADES MECANICAS

PRIMEROS MINUTOS RAPIDA DISOLUCIÓN SULFATOS, ALUMINATOS, HIDRATACIÓN INICIAL DEL OS FORMA DE ETRINSITA

ELEVADA VELOCIDAD DE DESARROLLO DE CALOR

INFLUENCIA ES LA SUBSIGUIENTE DRAGUA

PRIMERAS HORAS ( PERIODO DE INDUCCIÓN )

DISMUNICION DE SILICATOS E INCREMENTO DE CA, FORMACIÓN DE OH Y EMPIEZA LA NUCLEACION DE C-S-H. EL CA+2 ALCANZA EL NIVEL DE SUPERSATURA

FORMACIÓN DE LOS PRIMEROS PRODUCTOS DE HIDRATACIÓN, INCREMENTO CONTINUO DE LA VISCOSIDAD

FORMACIÓN DE ETRINGITA Y HOMOSULFOALUMINATOS, FRAGUA Y TRABAJABILIDAD FRAGUA INICIAL Y FINAL.

APROXIMADAMENTE 3 – 12 HORAS ( ETAPA DE ACELERACIÓN

RAPIDO DE C3S POR FORMAR E-S-H Y CH DECRECE EN CA+2

RAPIDA FORMACIÓN DE HIDRATOS LLEVA A LA SOLIDIFICACION Y DECRECE LA POROSIDAD ALTO GRADO DE EVOLUCION DE CALOR

CONSISTENCIA PLASTICA A RIGIDO DESARROLLO DE RESISTENCIA TEMPRANA

ETAPA POST ACELERACION

DIFUDION CONTROLADA FORMACIÓN DE C-S-H RECRISTALIZACION DE ETRINCITA Y MONOSULFOALUMINATO Y ALGUNA PULVERIZACIÓN EN POSIBLES SILICATOSHIDRATADOS DEL C2S EMPIEZA A SER SIGNIFICATIVA

DECRECE LA EVOLUCION DE CALOR CONTINUO CRECIMIENTO DE POROS, FORMACIÓN DE ENLACE PARTICULAS Y HASTA AGREGADOS

CONTINUO DESARROLLO DE RESISTENCIA MECANICA PERO VELOCIDAD BAJA. POROSIDAD Y MORFOLOGÍA DEL SISTEMA DETERMINADA. LA RESISTENCIA MECANICA ULTIMA. ESTABILIDAD EN VOLUMEN Y DURABILIDAD

pág. 31


Composición Tipica Calculada y Finura de los Cementos Pórtland.

Tipo de Cemento Pórtland * Composición Porcentaje Finura cm2/gr

ASTM CSA C3S C2S C3A C4AF * *I Normal 50 24 11 8 1800II Moderado 42 33 5 13 1800III De Rápido Endurec. 60 13 9 8 2600IV De bajo calor Hidrat. 26 50 5 12 1900V Resistente a los Sulf. 40 40 4 9 1900

* Las composiciones que se dan en el cuadro anterior son las mas generales. Diferencias con respecto a estos valores no indican un comportamiento defectuoso. Los limites en las especificaciones se pueden consultar en ATSM C – 150 o CSA A5

** La finura ha sido determinada en la prueba del Turbidimetro de Wagner.

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1 CEMENTO, sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar

una pasta blanda al mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en

contacto con el aire.

Introducción, de pilotes de hormigón El cemento Pórtland, mezclado con agua y

arena o grava, forma hormigón, el material de construcción más utilizado hoy.

Tiene diversas aplicaciones, como la obtención de hormigón por la unión de arena y

grava con cemento Pórtland (es el más usual), para pegar superficies de distintos

materiales o para revestimientos de superficies a fin de protegerlas de la acción de

sustancias químicas. El cemento tiene diferentes composiciones para usos diversos.

Puede recibir el nombre del componente principal, como el cemento calcáreo, que

contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxiaco, que contiene resinas

epoxídicas; o de su principal característica, como el cemento hidráulico o el cemento

rápido. Los cementos utilizados en la construcción se denominan en algunas

ocasiones por su origen, como el cemento romano, o por su parecido con otros

materiales, como el caso del cemento Pórtland, que tiene cierta semejanza con la

piedra de Pórtland, utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos

que resisten altas temperaturas se llaman cementos refractantes.

El cemento se fragua o endurece por evaporación del líquido plastificante, como el

agua, por transformación química interna, por hidratación o por el crecimiento de

cristales entrelazados. Otros tipos de cemento se endurecen al reaccionar con el

oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera.

2 CEMENTO PORTLAND

Los cementos Pórtland típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico

(3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en

diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de hierro y

magnesio. Para retardar el proceso de endurecimiento se suele añadir yeso.

Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua

reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la

hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio) hidratada

gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas

de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento—

para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la

primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla. La hidratación

del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente,

pág. 33


endureciendo poco a poco durante varios años. El proceso de hidratación y

asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como curado, y durante el mismo

se desprende calor.

El cemento Pórtland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra

caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de

aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de

óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y

3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas presentan en su

composición estos elementos en proporciones adecuadas y se puede obtener

cemento a partir de ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras

materias primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos

materiales.

En la fabricación del cemento se trituran las materias primas mezcladas y se

calientan hasta que se funden, formando el “clínker”, que a su vez se tritura hasta

lograr un polvo fino. Para el calentamiento se suele emplear un horno rotatorio de

más de 150 m de largo y más de 3,2 m de diámetro. Estos hornos están ligeramente

inclinados, y las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en

forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua. A

medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama

situada al fondo del mismo. Según se acerca a la llama se separa el dióxido de

carbono y la mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material

tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Después de salir del

horno, el clínker se enfría con rapidez y se tritura, transportándose a una

empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material obtenido tiene

una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o

colador con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado.

En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45

kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido

de carbono. Por lo general, en los hornos se quema carbón en polvo,

consumiéndose unos 450 kg de carbón por cada 900 g de cemento fabricado.

También se utilizan gases y otros combustibles derivados del petróleo.

Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas pruebas. Un

método común consiste en tomar una muestra de argamasa de tres partes de arena

pág. 34


y una de cemento y medir su resistencia a la tracción después de una semana

sumergida en agua.

3 CEMENTOS ESPECIALES

Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de

otros nuevos, el cemento Pórtland puede adquirir diversas características de acuerdo

a cada uso, como el endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos

de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se

consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una trituración

fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370 aberturas por centímetro

cuadrado. Algunos de estos cementos se endurecen en un día como los cementos

ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho

calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que esa cantidad

de calor puede provocar la formación de grietas. En los grandes vertidos se suelen

emplear cementos especiales de poco calor de fraguado, que por lo general

contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a

agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Pórtland común)

se suelen utilizar cementos resistentes con bajo contenido en aluminio. En

estructuras construidas bajo el agua del mar se emplean normalmente cementos con

un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa resistencia a la

acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementos con una composición de

hasta un 40% de óxido de aluminio.

4 HISTORIA

Aunque ciertos tipos de cementos hidráulicos eran conocidos desde la antigüedad,

sólo han sido utilizados a partir de mediados del siglo XVIII. El término cemento

Pórtland se empleó por primera vez en 1824 por el fabricante inglés de cemento

Joseph Aspdin, debido a su parecido con la piedra de Pórtland, que era muy utilizada

para la construcción en Inglaterra. El primer cemento Pórtland moderno, hecho de

piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en clínker y después

trituradas, fue producido en Gran Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se

fabricaba en hornos verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de

choque a las que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia

1880. El cemento Pórtland se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de

hormigón.

pág. 35


La mayor producción de cemento se produce, en la actualidad, en los países más

poblados y/o industrializados, aunque también es importante la industria cementera

en los países menos desarrollados. La antigua Unión Soviética, China, Japón y

Estados Unidos son los mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España

y Brasil son también productores importantes.

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Información sobre El Cemento: composición química y efectos para la salud

Es un polvo fino que se obtiene moliendo la escoria de una mezcla de arcilla y piedra

caliza calcinada a elevadas temperaturas.

El cemento mezclado con el agua, arena y grava origina el hormigón.

Los cementos artificiales se clasifican en cemento Pórtland y cemento aluminoso.

El proceso Pórtland:

Los materiales utilizados para la fabricación de la escoria son la piedra caliza, y la

arcilla, se muelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo). La

mezcla pulverizada se calcina en hornos a una temperatura que va de 1.400 ºC, la

escoria se enfría rápidamente para evitar la transformación del silicato tricálcico,

principal componente del cemento Pórtland, en silicato bicálcico y óxido de calcio.

Las masas de escoria enfriada se mezclan con yeso y otros varios aditivos(sales

de naftaleno sulfonado y forma aldehido, que controlan el tiempo de fraguado y

otras propiedades) y por último la escoria se tritura en un molino, se criba y

almacena. La composición química del cemento Pórtland es :

óxido de calcio (CaO), 65% %

dióxido de silicio (SiO2), 20 %

trióxido de aluminio (Al2O3), 5 %

óxido férrico (Fe2O3), 5 %

óxido de magnesio (MgO), menor del 5 %

La composición química del cemento aluminoso :

óxido de aluminio (Al203), 50 %

óxido de calcio (CaO), 40 %

óxido férrico (Fe2O3),5 %

dióxido de silicio (SiO2 ),5 %

pág. 36

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Durante el proceso de quemado de horno de cemento se eliminan a la atmósfera

materia particulada formada por metales pesados, cromo, arsénico, dioxinas, y

otros contaminantes. La industria del cemento emite unos 3.3 millones toneladas

métricas sólo en USA.

Un kilogramo de polvo normal de cemento contiene de 5 a 10 MG de cromo

hidrosoluble. El cromo tiene su origen en la materia prima y en el proceso de

producción.

La adición de sulfato ferroso(FeSO4 ) al cemento evita la sensibilización( La

dermatitis alérgica por contacto es crónica e induce fatiga) al cromato entre los

trabajadores de la construcción( el ion ferroso reduce el cromo hexavalente a

cromo trivalente).

las materias primas empleadas para la fabricación del cemento en general no

contienen cromo, se ha indicado como posibles fuentes del cromo en el cemento

las siguientes: la roca volcánica, la abrasión del revestimiento refractario del horno,

las bolas de acero utilizadas en los molinos de pulverización y las diferentes

herramientas empleadas para machacar y moler las materias primas y la escoria.

El cromo es un elemento naturalmente que se encuentra en las rocas, animales,

plantas, suelo, y en polvo y gases volcánicos.

Las formas más comunes son cromo(0), trivalentes (o cromo(III)), y hexavalentes

(o cromo(VI)).

El cromo metal, que es chromium(0), es un sólido gris con un alto punto de fusión.

Se utiliza principalmente para hacer el acero y otras aleaciones.

La cromita es un mineral de cromo(III) se utiliza como la guarnición del ladrillo para

los hornos industriales de alta temperatura, para hacer los metales y las aleaciones

(mezclas de metales), y compuestos del producto químico.

Los compuestos del cromo, sobre todo en el chromium(III) o las formas del

chromium(VI), producidas por la industria química se utilizan para la galvanoplastia

del cromo, la fabricación de tintes y de pigmentos, el cuero , y para preservar de

madera.

Cantidades más pequeñas se utilizan en fangos, inhibidores del moho y de la

corrosión, textiles, y el toner para las fotocopiadoras.

El cromo entra en el aire, agua, en las formas del chromium(III) y del chromium(VI)

como resultado de procesos naturales y de actividades humanas.

Las emisiones de la combustión del carbón y del aceite , y la producción de acero

pueden aumentar niveles del chromium(III) en aire.

La soldadura de acero inoxidable, la fabricación química, y el uso de los

pág. 37


compuestos que contienen el chromium(VI) pueden aumentar niveles en aire.

Las industrias de cuero y de textil así como las que hagan los tintes y los

pigmentos pueden descargar el chromium(III) y el chromium(VI) en los canales. En

aire, los compuestos del cromo están presentes sobre todo como partículas de

polvo.

El cromo(III) aparece de forma natural en muchas verduras frescas, frutas, carne,

levadura, y grano. Los varios métodos de proceso, de almacenaje, y de

preparación pueden alterar el contenido del cromo del alimento.

El cromo(III) es un alimento esencial para los seres humanos.

El cromo(III) es un alimento esencial que ayuda al cuerpo a utilizar el azúcar, la

proteína, y la grasa. se recomienda para los adultos 200 µg de cromo(III) por día.

Sin cromo(III) en la dieta, el cuerpo pierde su capacidad de utilizar los azúcares,

las proteínas, y la grasa correctamente, que puede dar lugar a pérdida del peso o a

crecimiento disminuido, a la función incorrecta del sistema nervioso, y a diabetes.

En general, el cromo(VI) es más tóxico que cromo(III). Respirando el cromo(VI) de

los altos niveles (mayor de 2 µg/m3)-como el ácido crómico o trióxido del

cromo(VI)- puede causar la irritación a la nariz, estornudo, las úlceras, etc.

El eczema del cemento podría ser debido a la presencia en el mismo de cromo

hexavalente .

Estos efectos han ocurrido sobre todo en los trabajadores de fábricas que hacen o

utilizan el chromium(VI) durante varios meses a muchos años.

La exposición a largo plazo al cromo se ha asociado al cáncer de pulmón en los

trabajadores expuestos a los niveles en aire que eran 100 a 1.000 veces más altos

que ésos encontrados en el ambiente natural.

El cromo (VI) se cree pueda ser responsable de las tarifas crecientes del cáncer de

pulmón observadas en los trabajadores que fueron expuestos a los altos niveles

del cromo en aire del taller.

Algunos compuestos del chromium(VI) produjeron el cáncer de pulmón en los

animales que respiraron en las partículas o tenían las partículas puestas

directamente en sus pulmones.

Los compuestos del cromo(VI) (cromato del calcio, trióxido del cromo, cromato de

plomo, cromato del estroncio, y cromato del cinc) son agentes carcinógenos

humanos sabidos.

La EPA ha fijado el nivel máximo del chromium(III) y del chromium(VI) permitidos

en agua potable en 100 el µg cromo/L.

Según la EPA, no se espera que los niveles siguientes del chromium(III) y el

chromium(VI) en agua potable causen efectos dañinos a la salud:

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1.400 µg cromo/L por 10 días de exposición para los niños,

240 µg cromo/L para una exposición más larga para los niños,

840 µg cromo/L del término para una exposición más larga del término para los

adultos,

y 120 µg cromo/L para la exposición durante toda la vida de adultos.

www.librys.com/problemas de quimica/cemento.html

El cemento "Pórtland" tiene sus orígenes en la cal u óxido de calcio, a partir del

cual y luego de cientos de años de estudios empíricos y científicos, se llega a lo

que hoy se conoce como cemento. A través de la historia de los pueblos egipcios,

griegos y romanos, se utilizó la cal como ligante en sus construcciones. En la

América Prehispánica los Aztecas la emplearon también en la fabricación de

tabiques y techos armados con caña y bambú. En 1824, un albañil Inglés llamado

Joseph Aspdin, patentó un producto que él llamó cemento Pórtland, pues al

endurecerse adquiría un color semejante al de una piedra de la isla Pórtland en

Inglaterra. En 1838, este cemento se utilizó por primera vez en una construcción

de importancia en uno de los túneles construidos bajo el río Támesis en Londres.

David Saylor, un técnico norteamericano, fue el primero en fabricar cemento en

América, así nacía en 1850 la industria cementera en Norteamérica. El uso del

cemento Pórtland continuó extendiéndose hasta convertirse en el material de

construcción más utilizado en el mundo.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO

El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:

extracción y molienda de la materia prima, homogeneización de la materia prima,

producción del clínker y molienda de cemento. La materia prima para la

elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae

de canteras o minas y dependiendo de la dureza y ubicación del material, el

sistema de explotación y equipos utilizados varía. Una vez extraída la materia

prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de

crudo. La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca,

dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales.

En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de

homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clínker a

temperaturas superiores a los 1500° centígrados. En el proceso seco, la materia

prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias

especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de

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http://www.librys.com/problemas%20de%20quimica/cemento.html


energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de

mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos

tiempo sometido a las altas temperaturas. El clínker obtenido, independientemente

del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con

pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.

PROCESO VÍA HÚMEDA

Leyenda: 1 Canteras

2 Trituración Primaria

3 Tamizado

4 Trituración Secundaria

5 Finos

6 Almacenamiento de los Materiales

7 Dosificación

8 Molino

9 Adición de Agua

10 Silos

11 Balsas de Premezclado

12 Chimenea

13 Electro Filtro

14 Horno Rotatorio

15 Enfriador del Clínker

16 Quemador

17 Depósito de Clínker y Yeso 18 Yeso

19 Dosificación

20 Material Grueso

21 Molino

22 Material Fino

23 Separador de Aire

24 Filtro

25 Silos de Almacenamiento

26 Despacho

27 Despacho a Granel

28 Ensacado

pág. 40


29 Despacho en Sacos 30 Despacho en Barco

PROCESO VIA SECA

Leyenda:

1 Canteras

2 Trituradora

3 Patio Materias Primas y Prehomogeneización

4 Tolva

5 Molino de Crudo

6 Filtro Electroestático

7 Silos de Homogeneización

8 Almacenamiento

9 Torre de Precalentamiento

10 Horno Rotatorio

11 Enfriador

12 Silos de Clínker

13 Molino de Cemento

14 Silo de Cemento

15 Despacho

16 Despacho a Granel

17 Ensacado

18 Despacho en Sacos

19 Muelle Barcos

Fabricación de Cemento Puzolánico utilizando Catalizador Gasto

El reaprovechamiento de los desechos silíceos aluminosos generados en la unidad

de craqueo catalítico en el proceso de fabricación de cemento puzolánico ocurre en

la etapa de molienda del clinker, no implicando en la generación de cualquier tipo de

efluente, ya sea para el aire, agua o suelo.

Se nota en el diagrama que la única operación unitaria del procesamiento del

desecho silíceo-aluminoso en cuestión es la molienda, o sea, a través de una

simples trituración ese desecho es transformado en su totalidad en cemento

puzolánico. Se refuerza todavía que con el aprovechamiento del desecho silíceo-

aluminoso, no se hace necesaria la utilización de arcillas y calcáreos, ni el

calentamiento de estos materiales para la formación de clinquer. De esta forma, se

economizan recursos naturales no renovables, como las arcillas, los calcáreos y

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combustibles. Considerando que para fabricación de 1 kg de clinker (base para

fabricación de cemento puzolánico) son necesarias 800 Kcal. de energía térmica;

que los combustibles normalmente utilizados en la industria de cemento son: el

carbón (5.800 kcal/kg) y el aceite (9.300 kcal/kg); que son introducidas cerca de

8.400 toneladas por año de desechos silíceo-aluminosos que se transforman en

cemento sin necesidad de aplicarse energía térmica, tendremos: a. una economía

equivalente en carbón del orden de 1292,28 t./año; b. una economía equivalente

en aceite en aceite combustible del orden de 722,64 ton/año. Considerando

todavía que con el reaprovechamiento de desecho se evita una quema de esos

combustibles con contenidos de azufre en el orden de 2 a 2,5%, se evitan

emisiones de SOS para la atmósfera: a. en el caso de la quema de carbón del

orden de 51,72 t./año; b. en el caso de la quema de aceite combustible, del orden

de 28,80 t./año. Como todo proceso de utilización de desechos silíceo-aluminoso,

desde su descarga hasta la entrada dentro de la molienda, es hecha en circuito

cerrado y con filtros de remoción de polvo para el aire de transporte. Con eso, las

cementeras no son ninguna agresión al medio ambiente. La composición química

de un cemento puzolánico está en la tabla V.

Tabla V Composición Química del Cemento Puzolánico

Cal 58,2 a 65,8%

Sílice 19,8 a 26,4%

Alumina 4,2 a 9,5%

Óxido de hierro 2,2 a 4,5%

Óxido de Magnesio de ppm a 2,9%

Anhídrido sulfúrico 0,2 a 2,2%

Álcali 0,2 a 2,8%

Resíduos insolubles 0,1 a 1,4%

4. Conclusión

Se evidencia que la alternativa de reaprovechamiento de esos desechos es más

ventajosa pues permite la fabricación de un producto de elevada importancia social

como es el caso del cemento, sin causar impactos al medio ambiente,

introduciendo inclusive una reducción de las emisiones atmosféricas y economía

en la reducción de recursos naturales no renovables. Es la alternativa que

presenta menor impacto al medio ambiente y que mejor se encuadra en las

propuestas de desarrollo sustentables, tónica de la temática ambiental de los años

90. Utilización de catalizador de craqueo catalítico en la fabricación de cemento.

www.escolar.com/article-php-sid=73.html

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Cemento hidráulico

TIPOS DE PELIGRO/

EXPOSICION

PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS

PREVENCION PRIMEROS AUXILIOS/

LUCHA CONTRA INCENDIOS

INCENDIO

No combustible. En caso de incendio en el entorno: están permitidos todos los agentes extintores.

EXPOSICION ¡HIGIENE ESTRICTA!

· INHALACION Tos. Dolor de garganta. Aire limpio, reposo.

· PIEL Piel seca. Enrojecimiento. Guantes protectores.

Traje de protección. Aclarar y lavar la piel con agua y jabón.

· OJOS

Enrojecimiento. Dolor. Quemaduras profundas graves.

Gafas ajustadas de seguridad.

Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.

· INGESTION Dolor abdominal. Sensación de quemazón.

No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.

NO provocar el vómito. Proporcionar asistencia médica.

DERRAMES Y FUGAS ALMACENAMIENTO ENVASADO Y ETIQUETADO

NO verterlo al alcantarillado. Barrer la sustancia derramada e introducirla en un recipiente. (Protección personal adicional: respirador de filtro P1 contra partículas inertes).

Separado de ácidos fuertes. Mantener en lugar seco. Bien cerrado.

NU (transporte): No clasificado. CE: No clasificado.

ICSC: 1425 Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión Europea © CE, IPCS,2003

pág. 43


Fichas Internacionales de Seguridad Química

CEMENTO PORTLAND ICSC: 1425

D

A

T

O

S

I

M

P

O

R

T

A

N

T

E

S

ESTADO FISICO; ASPECTOPolvo blanco o gris brillante.

PELIGROS QUIMICOSReacciona con ácidos, aluminio metal y sales de amonio. Reacciona lentamente formando compuestos hidratados endurecidos, liberando calor y produciendo soluciones fuertemente alcalinas.

LIMITES DE EXPOSICIONTLV: 10 mg/m3 (como TWA) (ACGIH 2003) MAK: 5 (I)mg/m3 (Para cementos que contienen cromatos ver compuestos de cromo VI)(DFG 2003)

VIAS DE EXPOSICIONLa sustancia se puede absorber por inhalación.

RIESGO DE INHALACIONSe puede alcanzar rápidamente una concentración molesta de partículas en el aire, al dispersar.

EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACIONLa sustancia irrita la piel y el tracto respiratorio, es corrosiva para los ojos.

EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDAEl contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel.

PROPIEDADESFISICAS

Punto de fusión: 1000°CDensidad: 2.7-3.2 g/cm3

Solubilidad en agua: reacciona

N O T A S

El producto es principalmente una mezcla de silicatos de calcio, aluminatos, ferritos y sulfato de calcio. La adición de un estabilizador o inhibidor pueden influir en la propiedades toxicológicas de la sustancia, consultar a un experto. La sensibilización observada en el cemento es frecuentemente debida a la presencia de cromo hexavalente. Algunos cementos Pórtland pueden encontrarse libres de cromo hexavalente. En presencia de humedad, la piel puede sufrir quemazón 12 o 48 horas después de la exposición; puede no existir dolor en el momento de la exposición..

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Quimica Del Cemento

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