Cemento Portland, es el producto resultante de la pulverizacion muy fina de clinkers (o clinquers) obtenido calcinando a fusión incipiente una mezcla rigurosamente homogénea de materiales y ; al , no se le agrega ningún producto después de calcinado, con excepción de y , pudiendo estar este último, a su vez calcinado o no.
El clinker es, pues, una escoria, pero no se le da este nombre porque la idea de escoria presupone un residuo secundario de la calcinación, mientras que el se presenta en la forma de pequeñas esferas hasta de de diámetro y de un color negruzco.
Las materias primas, finamente molidas e íntimamente mezcladas, se calientan hasta el principio de la fusión (), usualmente en grandes hornos giratorios que pueden llegar a medir más de de longitud y de diámetro.
Al material parcialmente fundido que sale del horno se le denomina “” (pequeñas esferas de color gris negruzco, duras y de diferentes tamaños). El enfriado y molido a polvo muy fino, es lo que constituye el cemento portland comercial. Durante la se agrega una pequeña cantidad de yeso (), para regular la del
El proceso moderno de fabricación del cemento es el sistema denominado “por vía seca”, que es el mas económico, pues necesita menos energía y es el de mayor empleo en nuestro medio
Procedimiento de fabricación del cemento Se inicia con la explotación de las canteras de materia prima para someterlas a un proceso de chancado primario, en que se reduce su tamaño a del orden de y luego se procesa este en una secundaria que las reduce a un tamaño de alrededor de , con lo que están en condiciones de ser sometidas a molienda. Los materiales son molidos individualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvo fino impalpable, siendo luego dosificado y mezclado íntimamente en las proporciones convenientes para el tipo de cemento que se desea obtener.
La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistente en un gran cilindro metálico recubierto de material refractario con diámetros que oscilan entre y m, y longitudes entre a m. El horno tiene una ligera inclinación con respecto a la horizontal del orden del 4% y una velocidad de rotación entre 30 a revoluciones por hora. Dependiendo del tamaño del se puede producir diariamente de a Tn. La fuente de calor se halla en el extremo opuesto al ingreso del material y puede obtenerse mediante inyecciones de carbón pulverizado, petróleo o gas en ignición, con temperaturas máximas entre y °C.
Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero la evaporación del agua libre, luego la liberación del y finalmente en las zona de mayor temperatura se produce la fusión de alrededor de un 20% a de la carga y es cuando la cal, la sílice y la alúmina se vuelven a combinar aglomerándose en módulos de varios tamaños usualmente de a de diámetro de color negro característico, relucientes y duros al enfriarse, denominados “clinker de cemento Portland”.
En la etapa final del proceso de fabricación del cemento , el clinker es enfriado y es molido en un molino de bolas conjuntamente con yeso en pequeñas cantidades (3 a 8%) para controlar el endurecimiento violento
La molienda produce un polvo muy fino que pasa completamente por un tamiz N° 200 (0,0737 mm, 20 aberturas por pulgada cuadrada).
Fuentes de materias primas en la fabricación de cemento portland:Cal y Sílice
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MATERIALES CALCAREOS:
a. Calizas arcillosas (cement rocks): Llamadas a veces “”. En algunas regiones de España de les conoce por “piedras romanas”. b. Calizas (limestones): Este tipo de roca tiene un de carbonato cálcico y pequeños porcentajes de , de , carbonato de , y varios . c. Margas (marls) Son rocas blandas que han sido depositados generalmente en los lechos de lagos extinguidos. Pueden se margas calizas, cuando contiene d. Creta o Tiza (chalk): Es una variedad de carbonato cálcico. Roca suave formada por residuos de organismos microscópicos; contiene también pequeños porcentajes de sílice, alúmina y e. Arcillas exfoliable estratificadas () Son rocas compuestas principalmente de alúmina, y de fierro.
Arcilla desagregadas Son las arcillas comunes existentes.
g. Pizarras (slates) Son rocas provenientes de la compactación por metamorfismo de bajo grado de las lutitas.
Los sulfatos son responsables de la resistencia del cemento, ya que al reaccionar con éstos, produce sulfoaluminatos con propiedades expansivas, por lo que hay que limitar su contenido.
La velocidad con que se desarrolla la hidratación es directamente proporcional a la finura del cemento e inversamente proporcional al tiempo por lo que inicialmente es muy rápida y va disminuyendo paulatinamente con el transcurso de los días, aunque nunca se llega a detener
Unión del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable. Cuanto mayor es la relación Agua/Cemento, menor es la concentración de partículas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura de los productos de hidratación es mucho mas resistente
Fraguado inicial:es una etapa de la hidratación del cemento. Es la condición de la pasta de cemento en que se acelera las reacciones químicas, empieza el endurecimiento y la perdida de la plasticidad midiéndose en términos de la resistencia a deformarse, es la etapa en que se evidencia el proceso exotérmico donde se genera el ya mencionado calor de que es consecuencia de las reacciones químicas descritas.
Se forma una estructura porosa llamada gel de de de CHS o Torbemerita, con consistencia coloidal intermedia entre y que va rigidizándose cada vez más en la medida que se siguen hidratando los .
Los tipos de cemento portland que podemos calificar de standard ya que su fabricación esta normada por requisitos específicos. Tipo I: De uso general, donde no se requiere especiales. Tipo II: De moderada resistencia a los sulfatos y moderado de hidratación. Para emplearse en estructuras con ambientes y/o en vaciados masivos. Tipo III: Desarrollo rápido de resistencia con . Para uso en clima frio o en los casos en que se necesitan adelantar la puesta en servicios de las estructuras. Tipo IV: De bajo calor de hidratación. Para . Tipo V: Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes .
Las puzolanas son materiales silíceos y/o aluminosos, que individualmente tienen propiedades aglomerantes casi nulas, pero que finamente molidas y al reaccionar químicamente con Hidróxido de Calcio y agua adquieren propiedades cementantes. Las puzolanas se obtienen por lo general de arcillas calcinadas, tierras diatomáceas, tufos y cenizas volcánicas y de residuos industriales como cenizas volátiles, ladrillos pulverizados, etc.
Cuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el sufijo A (p.e. Tipo lA) significa que son cementos a los que se les ha añadido incorporadores de aire en su composición, manteniendo las propiedades originales. Es interesante destacar los cementos denominados “ o adicionados” dado que alguno de ellos se usan en nuestro medio. Tipo IS: Cemento al que se ha añadido entre un a de escoria de altos hornos referido al peso total. Tipo ISM: Cemento al que se ha añadido menos de de escoria de altos hornos referidos al peso total. Tipo IP: Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje que oscila entre y del peso total. Tipo IPM: Cemento al que se le ha añadido puzolana en un porcentaje hasta y del peso total.
Para fines de diseño de mezclas hay que tener en cuenta que los cementos standard tienen un peso específico del orden de 3150 kg/?^3 y los cementos puzolánicos son más livianos con pesos específicos entre 2850 y 3000 kg/?^3.
Los dos aparatos más comunes para medir la finura del cemento Portland son el turbidímetro de Wagner y el aparato de Polaine para determinar la permeabilidad al aire.
Resistencia a la compresión en Ib/pulg2 (ASTM C 109-58): La muestra del cemento se mezcla con una arena silicosa y agua en las proporciones pre escritas y se moldean en cubos de pulgadas. Estos cubos se y luego se prueban a la para obtener un indicador de las características que sirven para desarrollar la del cemento.
Una buena práctica la constituye el ejecutar en un laboratorio confiable cada toneladas de cemento para el caso de obras grandes y solicitar regularmente a los fabricantes certificados con resultados de su control de calidad. En ningún caso la muestra que se obtenga debe ser menor de kg. En cuanto a las condiciones de es recomendable limpiar con frecuencia los silos de depósito sobre todo en climas de humedad relativa alta, pues se produce hidratación parcial del cemento adherido a las y que con el uso del ocasiona que se desprendan trozos endurecidos y se mezclen con el cemento fresco causando problemas en la uniformidad de la producción del
