aglomerantes - cemento i

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

CARRERA: INGENIERIA CIVIL

TEMA 3: MATERIALES AGLOMERANTES CEMENTO I

TEMA 3: MATERIALES AGLOMERANTES CEMENTO I

4.- CEMENTO

4.1.- GENERALIDADES

4.2.- RESEA HISTORICA

4.3.- CARACTERISTICAS

4.4.- PRODUCCIN

4.5.- TIPOS DE CEMENTO

4.- CEMENTO

4.1.- GENERALIDADES

Cemento es un material inorgnico finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea solo o mezclado con arena, grava, asbesto u otros materiales, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones qumicas como la hidratacin y que, una vez endurecido, desarrolla su resistencia y conserva su estabilidad.

Es de los conglomerantes hidrulicos ms empleados en la construccin debido a estar formado, bsicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son materiales muy abundantes en la naturaleza, se los tritura, se los mezclan de manera homognea y despus se introducen en el horno para su clinquerizacin (Obtencin del clinquer, material base de todo cemento) entre las temperaturas de 1400 a 1500 C.

El cemento es un material polvoriento, generalmente de color gris a gris verdoso, que tiene materiales cristalinos artificiales (silicatos y aluminatos de calcio) que reaccionan con el agua y dan lugar a otros compuestos capaces de impartir, a la mezcla endurecida, un carcter que la asemeja bastante a la roca.

4.- CEMENTO


En 1756, Smeaton descubri al reconstruir el tercer faro de Eddystone en el sur de Inglaterra, que los mejores cementos se obtenan al mezclar caliza con un 20 a 25% de materia arcillosa.

Vicat estudiara la hidraulicidad de las cales que contenan arcillas, apareciendo como consecuencia de estos estudios, los primeros cementos naturales.

En 1818 Vicat abri un nuevo campo a los cementos al preparar una cal artificial calcinando una mezcla de caliza y arcillas molidas en hmedo.

En 1824 Josep Aspdin patentaba como cemento portland un material pulverulento que amasado con agua y arena se endureca formando un conglomerado similar a las calizas de las islas de Portland (Inglaterra).

4.- CEMENTO


La construccin de puentes, diques, rellenos en el Tmesis en 1828, alcantarrillado de Londres, dan una importancia enorme al cemento, en particular al cemento natural.

El cemento portland que hoy conocemos fue producido en 1845 por Isaac C. Johnson al moler finamente los ndulos sobre-cocidos que quedaban a la salida del horno de Aspdin (hecho de piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en clnker y despus trituradas). Con esta idea mejor las dosificaciones y aument la temperatura de coccin hasta logar la sintetisacin de la mezcla.

En aquella poca el cemento se fabricaba en hornos verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de coque a las que se prenda fuego.

4.- CEMENTO


4.- CEMENTO


Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia 1880.

El cemento Prtland se emplea hoy en la mayora de las estructuras de hormign.

La mayor produccin de cemento se produce, en la actualidad, en los pases ms poblados y/o industrializados: Unin Sovitica, China, Japn y Estados Unidos siendo los mayores productores.

4.- CEMENTO

4.3.- CARACTERISTICAS

Tcnicamente se le conoce como cemento hidrulico, denominacin

que comprende a los aglomerantes que fraguan y endurecen una vez

que se mezclan con agua e inclusive, bajo el agua.

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

El cemento en general es una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio. Se obtiene a partir de la fusin parcial y combinacin en proporciones convenientes de materias primas que sean ricas en cal, slice y almina. Estos materiales se encuentran en su estado natural bajo la forma de calizas y arcillas que se explotan de canteras. El principio de fabricacin del cemento consiste en cocer los componentes antes citados manteniendo una proporcin aproximadamente constante. TIPOS DE FABRICACIN:

POR VIA HUMEDA POR VIA SECA

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

PROCESO:

1) MATERIAS PRIMAS:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Caliza.-

Se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros y montaas, en depsitos de profundidad variable, los hay de ms de 200 metros.

Para la fabricacin de cemento se sacan volmenes muy grandes porque la caliza representa el 80% de las materias primas que forman el clnker.

Por eso conviene que est cerca de la planta; de no ser as el costo del cemento se elevara demasiado por razn del acarreo.

Se considera buena la cantera que tiene carbonato de calcio en un 95% o ms de pureza. Debido a su dureza se extrae de las canteras con el empleo de explosivos.

1) MATERIAS PRIMAS:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Pizarra.-

Se les llama "pizarra" a las arcillas constituidas principalmente por xidos de silicio de un 45 a 65%, por xidos de aluminio de 10 a 15%, por xidos de fierro de 6 a 12% y por cantidades variables de xido de calcio de 4 a 10%.

Es tambin la principal fuente de lcalis.

La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formar el clnker.

Como estos minerales son relativamente suaves, el sistema de extraccin es similar al de la caliza, slo que la barrenacin es de menor dimetro y ms espaciada, adems requiere explosivos con menor potencia.

1) MATERIAS PRIMAS:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Slice.-

Eventualmente se agregan arenas slicas que contienen de 75% a 90% de slice, para obtener el xido de silicio requerido en la mezcla cruda.

Hematita.-

Al material que aporta mineral de hierro se le llama 'hematita', aunque pueden ser diversos minerales de fierro o escoria de laminacin. La hematita contiene entre 75 y 90% de xido frrico. La hematita constituye entre el 1 y 2% de la mezcla cruda.

Caoln.-

El caoln es una arcilla con alto contenido de almina que se utiliza para la fabricacin del cemento blanco.

Estas sustancias dan a los materiales cementantes propiedades hidrulicas

1) MATERIAS PRIMAS:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

2) TRITURACIN:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

3) PRE-HOMOGENEIZACIN:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Una vez triturada, prehomogeneizadas y dosificadas, las materias

primas alimentan a los molinos de crudo.

4) DOSIFICACIN DE MATERIA PRIMA:

Oxido de Calcio

Dixido de Silicio

Oxido de Aluminio (Almina)

Oxido de Hierro

Oxido de Magnesio

Oxido de Potasio

Trixido de Azufre

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

5) MOLIENDA DE POLVO CRUDO:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

El resultado del anlisis indica si es preciso ajustar la dosificacin

y la finura, ya que la mezcla cruda necesariamente debe conservar

cierta relacin entre los xidos de silicio, aluminio, fierro y calcio.

Se lleva un estricto control qumico, adems, las partculas de

caliza no deben ser mayores de 125 micras y las de cuarzo no

deben medir ms de 45 micras para garantizar una operacin

normal del horno.

Si la mezcla de polvo crudo no fuera uniforme, la operacin del

horno sera inestable y tendera a enfriarse o a calentarse

demasiado, lo que obligara a ajustar la velocidad o el flujo de

combustible.

5) MOLIENDA DE POLVO CRUDO:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

6) HOMOGENEIZACIN DEL POLVO:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

7) CALCINACIN:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Los cambios fsicos y qumicos son graduales.

Cuando el polvo crudo entra a la cuarta zona del horno cambia su composicin qumica a una suma de compuestos que se llama clnker.

La palabra clnker procede del ingls y significa 'escoria'.

Se define clnker como el producto artificial obtenido por la calcinacin y sinterizacin del polvo crudo a una temperatura de 1450 C, durante el tiempo necesario, y por enfriamiento adecuado, a fin de que dichos productos componentes, tengan la composicin qumica y la constitucin mineralgica requerida, para luego ser molido y as fabricar el cemento portland.

Los crudos de clnker Prtland son mesclas suficientemente finas, homogneas y adecuadamente dosificadas a partir de materias primas que mencionamos en el punto 4 (dosificacin) las cuales se clinkerizan.

No debe haber exceso de cal porque aparecera como cal libre en el cemento y al hacer un concreto producira expansiones y grietas. Sera un cemento insano.

7) CALCINACIN:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

8) ALMACENAMIENTO DEL CLINCKER:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

9) TRANSFORMACIN DEL CLINCKER EN CEMENTO:

4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Para producir cemento se parte del clncker. Al material proveniente de la pulverizacin del clncker se le agrega yeso sin calcinar, as como otros materiales que no sean nocivos para el comportamiento posterior del cemento. El yeso que se mezcla funciona como retardador del fraguado. Para obtener un cemento con mayor resistencia se requiere agregar el yeso. Yeso.- El yeso regula la hidratacin y el fraguado del cemento mediante una reaccin con el aluminato triclcico. El yeso para intervenir en el cemento necesita ser muy puro.


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Puzolana.- Hay puzolanas naturales y artificiales, hechas a base de arcillas activadas. La puzolana natural es un material volcnico. Se utiliza en la elaboracin del cemento por la contribucin a las resistencias mecnicas y al ataque de agentes agresivos del medio ambiente; aunque la puzolana por s sola no tiene propiedades hidrulicas, combina su contenido de slice con la cal que libera el cemento al hidratarse, para formar compuestos con propiedades hidrulicas.


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Proceso Fsico-Qumico.- En general, el proceso de fabricacin de cemento implica las siguientes reacciones, que se efectan dentro de la unidad de calcinacin:

El secado implica la evaporacin de la humedad de la materia prima a una temperatura de 110 C.

La deshidratacin se da a temperaturas mayores de 450C, y significa la prdida del agua qumicamente unida a compuestos tales como algunas arcillas y agregados.

A los 900C la caliza se descompone en cal viva (CaO) y dixido de carbono (CO2). Esta cal est lista para reaccionar y debe ser tratada rpidamente a la zona de clinckerizacin.

Los xidos de fierro comienzan a reaccionar con la cal y la almina, para formar ferroaluminato tetraclcico lquido a la temperatura de 1300C, a la que se disuelven los minerales, incrementando la reaccin entre ellos.


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Proceso Fsico-Qumico.-

A los 1338C los materiales disueltos en el ferroaluminato tetraclcico (C4AF) reaccionan, formando todo el silicato diclcico (C2S).

El aluminato triclcico (C3A) se termina de formar a los 1400 C. La cal que se encuentra en exceso reacciona con parte del silicato diclcico (C2S) para formar silicato triclcico (C3S).

La temperatura de calcinacin es de 1450 C. Ese calor se debe mantener constante en la zona de calcinacin del horno para que se lleven a cabo las reacciones qumicas.

El polvo calcinado y convertido en clnker pasa al enfriador, donde llega con una temperatura aproximada de 1000 C. En el enfriador, por medio de aire a presin se logra bajar la temperatura del clnker hasta los 40 C.

Parte del aire que se calienta al contacto con el clnker se aprovecha para incrementar la eficiencia de los precalentadores, el que tiene baja temperatura se va a la atmsfera a travs de un colector de residuos que disminuye la emisin de polvo a la atmsfera.


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

Proceso Fsico-Qumico.- Son necesarios 1.560 Kg. de crudo para obtener 1.000 Kg. de clinker


4.- CEMENTO

4.4.- PRODUCCIN

10) ENVASADO Y EMBARQUE:

1

4.- CEMENTO


Es el producto que se obtiene de la molienda conjunta de clinker y yeso, con adicin de otros componentes - segn lo visto anteriormente. El cemento Portland es un conglomerante hidrulico e inorgnico en polvo obtenido por la molienda conjunta del producto resultante de la coccin, hasta sinterizacin, de una mezcla de calizas (80%) y arcillas (15%) que recibe el nombre de clinker, ms 3-5% de yeso empleado como regulador de fraguado. Calcinacin a 1450C Modulo de finura (250-300 m/kg ensayo Blaine).

CEMENTO PORTLAND:

4.- CEMENTO


En el campo de la construccin se fabrican y se usan extensamente ocho tipos de cementos portland (normados), como sigue:

Portland Normal: para uso general TIPO I Cemento portland Normal de Tipo I con materiales atrapadores de aire

molidos en forma integral con la escoria durante la manufactura. TIPO IA

Moderado: para usos en los que se requiera fraguado lento y menos calor, y particularmente en estructuras slidas de concreto tales como muros de retencin grandes, pilares y apoyos

TIPO II

Cemento portland de Tipo II moderado con materiales atrapadores de aire entremezclados con la escoria durante su manufactura.

TIPO IIA

Alta resistencia prematura: para aplicaciones en las que son importantes el fraguado rpido y la alta resistencia prematura y en las que debe producirse ms calor para eliminar las temperaturas bajas.

TIPO III

Cemento portland del Tipo III de alta resistencia prematura con materiales atrapadores de aire entremezclados y molidos con la escoria durante su manufactura.

TIPO IIIA

Bajo calor: para usos en los que se desea fraguado muy lento y en los que debe generarse muy poco calor. Este cemento se usa en particular en concreto masivo en las que debe evitarse el agrietamiento debido al calor.

TIPO IV

Resistente a los sulfatos: para usos en los que haya contactos del concreto con aguas y suelos alcalinos que ataquen a otros tipos de cementos portland.

TIPO V

CEMENTO PORTLAND:

4.- CEMENTO


CEMENTO PORTLAND:

4.- CEMENTO


Otros Cementos Portland.-

Cemento portland blanco: Se fabrica con materias primas seleccionadas como la creta y el caoln, sin contenido de manganeso, ni hierro, ya que estos cuerpos son los que le dan al cemento su caracterstico color gris. Diversas aplicaciones en las que se requiera concreto de color, como revoques.

Cemento portland blanco a prueba de agua: Se fabrica agregando una pequea cantidad de calcio, aluminio u otro estearato a la escoria de cemento portland durante la molienda final. Se venden en colores blanco o gris. Se fabrican con este por ejemplo las baldosas hidrulicas.

Cemento portland puzolnico: Se fabrica moliendo en forma integral escoria de cemento portland con una puzolana, o bien, mezclando cemento portland o cemento portland de escoria de alto horno con una puzolana. La puzolana no sobrepasa al 30% en peso al producto terminado.

CEMENTO PORTLAND:

4.- CEMENTO


Cemento Portland con filler calcreo:

Efecto filler. Este fenmeno es el ms conocido y

tiene que ver fundamentalmente por

la capacidad de las partculas finas en

llenar u ocupar los espacios disponibles; mejorando as la

compacidad de la pasta y logrndose

una mejor resistencia temprana del

mortero u hormign a partir de una

mejor ocupacin de espacios.

CEMENTO PORTLAND:

4.- CEMENTO


Las normas establecen dos clases: Para la obtencin de estos cementos, se parte de escorias (subproducto o desecho de la fabricacin de hierro). Se obtienen por una mezcla intima del 70% de clincker y el resto, de escoria granulada o sulfato clcico. Una variacin de estos es el siderrgico sobre-sulfatado, que se obtiene por una mezcla de escoria y sulfato clcico en una proporcin tal, que el producto resultante tenga del 5 al 12% de su trixido de azufre, con una adicin de clincker no superior al 50%.

CEMENTO PORTLAND

SIDERRGICO

CEMENTO PORTLAND DE

HORNO ALTO

CEMENTO SIDERURGICO:

4.- CEMENTO


El cemento puzolnico se produce a partir de mezclar ntimamente y moler en un molino de bolas hasta el punto de fino polvo, una mezcla de hidrato de cal y puzolana, con una proporcin promedio de 70% de puzolana y 30% de cal.

El material producido requiere tener una finura similar a la del cemento portland ordinario.

Hay cuatro tipos de cementos portland puzolanicos:

Los Tipos IP, IP-A, P y PA.

Se emplea principalmente para estructuras hidrulicas. Puzolana.-

La puzolana es un ingrediente activo que tiene como funcin bsica formar un aglomerante con los productos liberados por la hidratacin del cemento. Adems, durante la elaboracin del concreto, acta como agregado fino, lo que permite sustituir parte de arena por grava.

CEMENTO PUZOLANICO:

4.- CEMENTO


Existen dos tipos de puzolanas:

Puzolanas naturales: Rocas volcnicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcnicas, las tobas, la escoria y obsidiana.

Puzolanas artificiales: Cenizas volantes, las cenizas que se producen en la combustin de carbn mineral. Arcillas activadas o calcinadas artificialmente, por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 C. Escorias de fundicin, principalmente de la fundicin de aleaciones ferrosas en altos hornos. Cenizas de residuos agrcolas, la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo y la paja de la caa de azcar.

PUZOLANAS

NATURALES

PUZOLANAS

ARTIFICIALES

CEMENTO PUZOLANICO:

4.- CEMENTO


Las ventajas que ofrece el cemento puzolnico sobre el resto se detallan a continuacin:

Ms resistente al ataque de aguas agresivas (acidas o salinas), por tener menor cantidad de cal.

La colada de cemento puzolnico desarrollar un menor calor de reaccin durante el fraguado por ende nos da mas tiempo de

manipuleo.

Se usa principalmente en elementos en los que se necesita alta impermeabilidad y durabilidad, por la reduccin de grietas en el

fraguado.

Mejor defensa ante los sulfatos y cloruros. Mejora en la resistencia a la abrasin. Aumenta la resistencia del acero a la corrosin. Menor necesidad de agua.

CEMENTO PUZOLANICO:

4.- CEMENTO


Estos cementos se elaboran calcinando una mezcla de materiales aluminicos y calcreos (generalmente bauxita y caliza) y moliendo el producto resultante hasta convertirlo en un polvo fino. Dichos cementos se caracterizan por sus propiedades de rpido endurecimiento y la alta resistencia que adquieren a los pocos das de ser fraguado. Puesto que el cemento alumnico libera con suma rapidez grandes cantidades de calor durante la hidratacin, se debe tener cuidado de no usarlo en condiciones en que no existe posibilidad de disipar dicho calor con facilidad. En general no conviene usar cementos alumnicos en elementos con peralte superior a 30 cm. ya que de lo contrario el aumento de temperatura puede ocasionar un serio debilitamiento del concreto.

CEMENTO ALUMINICO:

4.- CEMENTO


Los cementos alumnicos son muchos mas resistentes a la accin de las aguas sulfurosas que los Portland.

Su principal aplicacin son los concretos que requieren rpida adquisicin de resistencia o que deben soportar la accin de sulfatos, siempre y cuando el sobreprecio del cemento no sea un factor importante.

CEMENTO ALUMINICO:

4.- CEMENTO


Cementos fotocataliticos y autolimpiantes.-

Los hormigones realizados con este tipio de cemento mantienen inalteradas las calidades estticas de las fachadas as como las prestaciones mecnicas de los hormigones preparados y prefabricados.

Adems ofrecen una extraordinaria brillantez y se distinguen por la capacidad de autolimpiarse y de conservar la imagen original ao tras ao. Funciona disolviendo o destruyendo parcialmente la suciedad de origen biolgico que se posa sobre la superficie del hormign y luego se elimina por el agua de lluvia o de riego.

CEMENTOS ESPECIALES:

4.- CEMENTO


Cementos fotocataliticos y autolimpiantes.-


4.- CEMENTO


Cementos purificadores del aire.-

Este cemento con efecto fotocataltico, se ha desarrollado especialmente para la construccin de edificios y realizacin de obras capaces de contribuir activamente a la reduccin de la contaminacin atmosfrica.

Purifica el aire dejando a los contaminantes gaseosos atrapados en la superficie de los hormigones y morteros. En estos hormigones, las reacciones de oxidacin iniciadas por la fotocatalisis transforman los xidos de nitrgeno en sales de nitrato de calcio y los compuestos orgnicos voltiles se transforman en agua y dixido de carbono.


4.- CEMENTO


Cementos purificadores del aire.-


4.- CEMENTO


Cemento Auto-penetrante o Auto-compactante.-

Este cemento refuerza el aglomerado asfltico para realizar suelos con muy altas prestaciones. Es un cemento que permite realizar suelos con muy altas prestaciones. En polvo, a base de cemento se utiliza como lechada lista para su uso en el rellenado de aglomerados abiertos. Esta lechada, homognea y muy fluida, presenta una gran estabilidad. No sufre ninguna segregacin, una vez filtrado sobre el conjunto de aglomerados y despus del fraguado de la lechada, permite obtener un conjunto monoltico de muy altas resistencias mecnicas y trmicas. Aplicaciones: Plataformas Industriales, Almacenes y depsitos, Vas de circulacin de vehculos de mantenimiento, Zonas portuarias, Vias de autobs no sometidas a agresiones qumicas fuertes, Pistas de ensayo para vehculos militares.


4.- CEMENTO


Cemento Auto-penetrante o Auto-compactante.- Continua 2da parte


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