procesos químicos de manufactura e hidratación

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  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    ProcesosProcesos QumicosQumicos dede ManufacturaManufacturaee hidratacinhidratacin deldel CementoCemento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    2 Qumica del Cemento

    Objetivos

    Al Final de este modulo los estudiantes seran capaces de:

    l Describirel proceso de manufactura del cemento

    l Entender los efectosde los componentes individualesdel cemento

    l Entenderel efecto de los parametrosde fabricacin

    l Describirel proceso de hidratacin

    l Podranexplicar losefectos volumtricos durante la hidratacin

    l Entenderanla retrogresindel cemento, los efectos del tiempo y laresistencia a los sulfatos

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    3 Qumica del Cemento

    Cemento Portland

    l Definicin:

    Es una mezcla heterognea de materiales arcillosos ycalcreos, ms otros materiales que contienenslica,

    aluminio y materiales de hierro, queson quemados atemperatura de clinker, (1500C). Esta mezcla seenfria, se mueley el resultado es el llamado Clinker

    El cemento Portland es un cemento de tipo hidrulico

    cuyo desarrollo compresivo es el resultado de unproceso quimico de hidratacin.

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    4 Qumica del Cemento

    l Materia Prima:

    Calcreos - 2 Partes Arcillceos - 1 Parte

    Carb. de Calcio (CaCO3) Arcillas

    Rocas de Cemento Shales

    Tiza Slate and Mudstone

    Marmol Blast furnace slag

    Coral Puzolanas (fly ash)

    Residuos de Alkali Rocas de Cemento

    Se los muele y se los calienta a temperatura de tratamiento en elhorno (kiln) a 1500oC

    Materiales del Cemento y Procesamiento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    5 Qumica del Cemento

    Minas de Carbonato de Calcio

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    6 Qumica del Cemento

    Preparacin de la Materia Prima

    l Proceso Seco Molienda y Mezcla de los materiales, en SECO Procesoms barato Clinker de menor calidad

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    7 Qumica del Cemento

    Preparacin de la Materia Prima

    l Proceso Hmedo Molienda y Mezcla de materiales en lechada Procesocostosodebido al combustible requerido paraevaporar

    el agua Calidadde Clinker ms uniforme

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    8 Qumica del Cemento

    Almacenamiento y Mezclado de lasMaterias Primas Pulverizadas

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    9 Qumica del Cemento

    Proceso de Quemado

    ll MezclaMezcla precalentadaprecalentada eses enviadaenviada alal hornohorno rotatoriorotatorio (kiln)(kiln)

    LaLa mezclamezcla sesequemaquema hastahasta fusinfusin parcialparcial a @ 1500a @ 1500ooC (2700C (2700ooF)F) ComplejasComplejas series deseries de reaccionesreacciones tomantoman lugarlugar en elen el hornohorno yyentoncesentonces

    loslos materialesmateriales crudoscrudos sonson convertidosconvertidos en CLINKERen CLINKER

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    10 Qumica del Cemento

    Horno Rotativo o Kiln

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    11 Qumica del Cemento

    Proceso de Quemado / Tratamiento Trmico

    Rango de

    TemperaturaPerfil de Reaccin

    Hasta 200 Evaporacin

    200 a 800 Precalentamiento

    800 a 1100 Deshidroxidacin

    1100 a 1300 Reacciones exotrmicas

    1300 a 1500 Sinterizacin

    1500 a 1250 Enfriamiento

    Reaccin en las zonas del horno rotatorio

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    12 Qumica del Cemento

    l CLINKER - Molienda y calentamiento en el kiln a 1500o C

    CLINKER

    C3S : Silicato TriclcicoC2S : Silicato DiclcicoC3A : Aluminato TriclcicoC4AF : Alumino ferrato TetraclcicoCa + Mg Oxidos, Ca(OH)

    2

    , CaCO3

    , Na2

    NO4

    .etc.

    Enfriamiento controlado hacia una segunda molienda

    Materiales del Cemento y Procesamiento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    13 Qumica del Cemento

    Dentro del Horno

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    14 Qumica del Cemento

    Proceso de Enfriamiento

    l Tasade Enfriamiento: Lento (4-5oC/min) C3A y C4AF desarrollan un alto grado de cristalinidad

    Cristales de C3S y C2S se convierten en altamente ordenados

    Magnesio libre forma cristales periclsicos

    Resultado: Menoshidrulicamenteactivo con tamao de partculasgrandeSe requiere menos energa duranteel procesode molienda

    El esfuerzo a la compresinse desarrolla ms rpidamente (3-7 das)

    Esfuerzocompresivo a largo plazoes ms rpido (28 das)

    Ms baja resistenciaa sulfatosALTO GRADO DE EXPANSIVIDAD

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    15 Qumica del Cemento

    Proceso de Enfriamiento

    l Tasade enfriamiento: Rpida (18-20oC/min)

    C3A y C4AF permanecen en fase cristalina C3S y C2S permanecen altamente ordenados Magnesio librepermanece en fase cristalina Resultado: Ms hidrulicamente activa con tamao de partcula

    relativamente pequea Ms energa requerida durante el procesode molienda Ms pronto desarrollo de esfuerzo compresivo temprano (3-7

    das)

    Ms alto desarrollo de esfuerzo compresivo (28 das) Ms resistencia a sulfatos. Magnesio libre (MgO) es menos activo

    EXPANSIVIDAD ES MENOS PROBABLE

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    16 Qumica del Cemento

    Efectos de Enfriamiento

    l Tasas de Enfriamiento y efectos

    La calidaddel Clinker y del cemento terminadodepende de la tasade

    enfriamiento

    l La mejor forma:

    1 ) Enfriar lentamente hasta +/- 2,282oF(1,250oC), (7-9 oF/min)

    2 ) Enfriar rpido 32-36o

    F/min (18 - 20o

    C/min)

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    17 Qumica del Cemento

    Sistema de Enfriamiento del Clinker

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    18 Qumica del Cemento

    l Yeso (Gypsum)

    Aade 3 - 5% Yeso (Ca.SO4.2H2O) o mezcla de Yeso+

    Sulfato de Calcio semihidratado (CaSO4.1/2H2O)

    o Anhidrato (CaSO4)

    Se pulveriza la mezcla y se la vuelvea mezclar

    l CementoPORTLAND

    C3S + C2S +C3A + C4AF + CaSO4.2H2O +CaO+ MgO

    + (Na2SO4 + NaKSO4 +CaK2(SO4)2, or K2SO4)

    (dependiendo del cemento)

    Materiales del Cemento y Procesamiento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    19 Qumica del Cemento

    Molienda Final

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    20 Qumica del Cemento

    a. Diagrama de flujodel proceso

    b. Distribucin del tamao de la partcula

    0

    20

    40

    60

    80

    10 0

    100 1 0 1

    %

    C u mu l a t ive Ma ss%

    EQUIVALENT SPHERICAL DIAMETER, m

    Operaciones de Molienda y Almacenaje

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    21 Qumica del Cemento

    Sistema de Distribucin y Almacenaje

    Courtesy of TXI Energy Services

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    22 Qumica del Cemento

    Efectos del Proceso de ManufacturaPasos en las Propiedades del Cemento

    Proporcionamiento de Materiales Crudos

    Material Conc. % MuyBajo MuyAlto

    CaO 65 Bajoesf. Comp. Expans., RompimientoSiO2 22 Rapido frague Lento fragueAl2O3 5 Aumentada tem. Rpido frague

    para el quemado

    Fe2O3 4 Rpido FragueMgO 1 Expansividad(>5%)

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    23 Qumica del Cemento

    Proceso de Enfriamiento

    Enfriamiento Lento EnfriamientoRpidoPermite cristalizacin de Clinker Permite formacin de

    CristalesAsegura mejor molienda Clinker difcil de molerMs C3A + MgO para cristalizar Previene formacin Beta de

    C2SProduce alpha C2S (casi inerte) Causa que se forme menos

    C3A + MgO

    Efectos del Proceso de ManufacturaPasos en las Propiedades del Cemento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    24 Qumica del Cemento

    Proceso de Molienda y Adicinde Yeso

    Molienda Fina La Proporcindel Cemento Reactivo AumentaLa Tasa de Hidratacin Aumenta

    El Esfuerzo Compresivo es masalto

    Yeso AdicinControlada DifcilSulfato de calcio semihidratadoConduce a perodos ms cortos de hidratacinMuypoco yeso produce problemas de gelacin

    Efectos del Proceso de ManufacturaPasos en las Propiedades del Cemento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    25 Qumica del Cemento

    Estructura del Grano del Clinker

    l C3S: Mayor Componente

    l C2S: Segundo ms

    abundante, pero muybajareaccin

    l C3A: La ms baja reaccin,se hidrata rpidamente

    l C4AF: Fase Intersticial,altamente reactiva

    C3A: TricalciumAluminate3CaO.Al2O3

    C4AF: TetracalciumAluminoferrite

    4CaO. .Al2O3 .Fe2O3

    C3S: TricalciumSilicate3CaO.SiO2

    C2S: DicalciumSilicate2CaO.SiO2

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    26 Qumica del Cemento

    Efectos de los Mayores Componentesdel Clinker

    ll FaseFase SilicatoSilicato:ll C3S,C3S, SilicatoSilicatoTriclcicoTriclcico

    Es el mayorEs el mayor componentecomponente en elen el cementocemento ((formadoformado dede CaOCaOy SiO2)y SiO2)

    SeSe hidratahidrata msms rpidamenterpidamente queque el C2S (el C2S (controlacontrola elel tiempotiempo deldel fraguadofraguado))

    ContribuyeContribuye aa todostodos loslos pasospasos deldel esfuerzoesfuerzo compresivocompresivo

    ll C2S,C2S, SilicatoSilicato DiclcicoDiclcico

    FormadoFormado dede CaOCaOy SiO2y SiO2

    SeSe hidratahidrata muymuy lentamente conlentamente con msms bajobajo calorcalor dede hidratacinhidratacin AfectaAfecta esfuerzoesfuerzo compresivocompresivo a largoa largo trminotrmino

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    27 Qumica del Cemento

    Efectos de los Mayores Componentesdel Clinker

    ll FaseFase dede AluminioAluminioll C3A,C3A, AluminatoAluminatoTriclcicoTriclcico

    Formado de CaOy Al2O3 Se hidrata ms rpidamente y produce el ms alto calor de hidratacin J uegaun papel importante en:

    l

    Temprano esfuerzo compresivol Comportamiento reolgico de la lechadal Control del tiempode fraguadoy bombeabilidad

    El C3A hidratado es fcilmente atacadopor sulfatosll C4AF,C4AF, AluminoAlumino ferratoferrato tetraclcicotetraclcico

    Est formadode CaO, Al2O3 y Fe2O3 Da color al cemento Tiene pocoefectoen las propiedades del cemento fraguado Produce bajo calorde hidratacin

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    28 Qumica del Cemento

    Hidratacin de C3S & C2Sl 2C3S +6H C3S2H3 + 3CH (Rpido)

    l 2C2S +4H C3S2H3 + CH (Lento)

    l 2C3S + C2S + H2O C-S-H GEL + PORTLANDITE(Ca(OH)2)

    C3S mayor constituyente (hasta 60 - 65 %)

    C2S normalmente menos de 20%

    C3S hidrata mucho ms rpido que el C2S

    C-S-H gel + 70% cemento hidratado y es el principal material deadherencia

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    29 Qumica del Cemento

    EtapasEtapas dedeHidratacinHidratacin

    Hidratacin de C2S y C3S

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    30 Qumica del Cemento

    Efecto de la adicin de yeso en la tasa de hidratacin:

    Sin Yeso

    2C3A + 27H C2AH8 + C4AH19

    C2AH8 + C4AH19 2C3AH6 + 15H FLASH SET

    Con Yeso

    2C3A + 3CSH2 + 26H C3A + 3CS + 32H

    C3A + yeso + agua Ettringite

    Todo el Yeso Consumido

    C3A.3CS.32H + 2C3A + 4H C3A. CS.12H

    Hidratacin de C3A y C4AF

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    31 Qumica del Cemento

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 4 5 812

    16

    20

    24

    28

    32

    36

    40

    44

    48

    52

    56

    60

    64

    68

    72

    76

    80

    84

    88

    92

    96

    100

    104

    108

    112

    116

    120

    I. Perodo de PreinduccinII. Perodo de InduccinIII. Perodo de Aceleracin

    IV. Perodo de DeceleracinV. Perodo de Difusin

    Nota: T.T. Thickening timeM.T. Mixing time

    min hrs dias

    Tiempode Hidratacion

    II IIII II III I IVIV VV

    T.T.T.T.

    M.T.M.T.

    Rate

    ofHydration

    Hidratacindel Cemento Portland

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    32 Qumica del Cemento

    Hidratacindel Cemento Portland

    PERIODO DE PREPERIODO DE PRE--INDUCCIONINDUCCIONl Dura entre 30 sec - 4 mins (justo despusde la mezcla del cemento)

    l Reaccinaltamente exotrmica

    Se forma un gel inicialC-S-H gel sobre las superficies de C3S

    Ettringite se forma y precipita encima de las superficies de C3A

    l Las reaccionesde hidratacin son reducidadporque:

    - C3A es inhibidopor la formacinde ettringita

    - C3S es inhibido por la formacin de la pelcula C-S-H gel- C2S y C4AF son naturalmentereacciones lentas

    l La concentracinde Ca(OH)2 empiezaa incrementar

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    33 Qumica del Cemento

    Hidratacindel Cemento Portland

    PERIODO DE INDUCCIONPERIODO DE INDUCCIONBaja actividadde hidratacin y la liberacinde calor cael Concentracin de iones Ca2+y OH- incrementahasta susaturacin

    respectoa Ca(OH)2l Nivel crtico de supersaturacin de iones Ca2+y OH- es alcanzado; Ca(OH)2

    empieza a precipitarl El perodotermina con el incremento en la actividadde hidratacin y

    generacin de calor El cambio en el gel C-S-H permiteque la hidratacinC3S continue

    El yesose termina y la hidratacindel C3A reinicia rpidamentel Solamente un pequeo porcentajede C3S se hidrata durante este perodo

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    34 Qumica del Cemento

    Hidratacindel Cemento PortlandPERIODO DE ACELERACIONPERIODO DE ACELERACION

    l Hidratacin ocurre ms rapidamente(Todava hay C3S disponible parareaccionar)

    l Ca(OH)2 slido cristaliza de la solucin

    l El hidratado se interelaciona y crece, decreciendo la porosidad

    l Unared es formada y el esfuerzo compresivo se empieza a formar

    PERIODO DE DESACELERACIONPERIODO DE DESACELERACION

    l La porosidaddel sistema disminuyecuanto ms hidratos son formados

    l Difusin de agua a travs de las capas de los hidratos es reducida

    l Transportede especies ionicas es incrementado

    l La tasa de hidratacin desacelera

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    35 Qumica del Cemento

    Hidratacindel Cemento Portland

    PERIODO DE DIFUSIONPERIODO DE DIFUSION

    LaLa hidratacinhidratacin continuacontinua muymuy lentamentelentamente

    ll ReduccinReduccin en laen la tasatasa de lade la evolucinevolucin deldel calorcalor

    ll EspesamientoEspesamiento dede loslos productosproductos de lade la hidratacinhidratacin alrededoralrededor dede laslas fasesfases deldelcementocemento ==ReduccinReduccin de lade la porosidadporosidad

    ll NoNo ocurrenocurren mayoresmayores cambioscambios estructuralesestructurales

    ll HidratacinHidratacin totaltotal nuncanunca eses alcanzadaalcanzada bajobajo condicionescondiciones ambientalesambientales

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    36 Qumica del Cemento

    THE MULTICOMPONENT SYSTEM

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    1 2 3 4 5 6 7 8 910

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    Time of Hydration

    Rate

    ofEvolutio

    Dissolution: Ettringiteand C-S-H gel formation

    Increase Ca++and OH- concent.

    Formation ofC-S-H & CH

    Formation ofMonosulfate

    DiffusionControlledReaction

    Final Set

    Initial Set

    min.hours

    days

    Hidratacindel Cemento Portland

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    37 Qumica del Cemento

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 5 10 15 20

    Hydration time (hr)

    Heatflow(mW

    )25

    45

    65

    85

    Efectos de la Temperatura

    l Ms alta temperatura, ms altatasade hidratacin.

    l Aadaretardadoresparaextender el perodo de

    induccin.l Aadaaceleradores para

    reducir el perodode induccin.

    l Encima de 230F, el gel C-S-H no

    es establey productoscristalinos se forman

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

    38/57

    38 Qumica del Cemento

    Fraguado Falso Fraguado InstantaneoClinker Sulphate Hydration time

    Reactivity avaibility 10 MIN 1 Hour 3 Hours

    I Ettringite recrystallization

    LOW LOW WORKABLE WORKABLE SETII

    HIGH HIGH WORKABLE SET SET

    III

    HIGH LOW SET SET SETIV

    LOW HIGH SET SET SET

    -Fraguado Instantaneo = Hidratacin descontrolada del C3A (sin yesoAlta actividad del Clinker

    - Fraguado Falso= Precipitacin de yeso secundario debido a ladeshidratacin del mismo y alta solubilidad delos productos formados `

    R ti id d d l Cli k Di ibilid dd

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

    39/57

    39 Qumica del Cemento

    Reactividad del Clinker vs DisponibilidaddeSulfatos

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    40 Qumica del Cemento

    No 1 Day 7 Days 28 Days100 Days

    Portland cement 1 2.8 4.8 6 6.9

    Portland cement 2 1.7 4.4 6.3

    Portland cement 3 2.7 8 8.6 8.7

    without gypsum 4 2.6 6.3 7.5 7.6

    - Concentracin Qumica del Cemento

    - Bulk o encogimiento externo : +/- 0.1% BV cement

    - Concentracin interna : 4 - 6% BV cement

    - Encogimiento interno crea porosidad secundaria (o extra porosidad) enla matriz del cemento fraguado

    Porcentaje de la reduccin del volumen absoluto

    Cambios en el volumende Cemento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

    41/57

    41 Qumica del Cemento

    Es un resultado de: Largos perodos de almacenamiento

    Alta humedad Altas Temperaturas

    CarbonatacinAfecta al cemento por efectos de: Aumentar el tiempo de bombeabilidad

    Disminuir el esfuerzo compresivo

    Disminuir el calor de hidratacin Incrementar la viscosidad de la lechada (se vuelve impredecible)

    Hace la manipulacin del bulk ms complicada

    Efectos del Envejecimiento

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

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    42 Qumica del Cemento

    SAMPLE SURFACE AREA (m2/g)

    BlaineBET

    A 0.2 0.8

    B 0.3 0.5

    C 0.4 1.2

    Distribucindel Tamao de la Partcula

  • 7/25/2019 Procesos Qumicos de Manufactura e Hidratacin

    43/57

    43 Qumica del Cemento

    1. Mg + Na Sulfatos en los fluidos de la formacin reaccionan con cristales deCa(OH)2 en el cemento para formar

    Cristales de Mg(OH)2Ca(OH)2 + MgSO4 + 2H2O ------> CaSO4.2H2O + Mg(OH)2

    Una solucin de NaOHCa(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O ------>CaSO4.2H2O + NaOH

    2. Expansion ocurre debido al reemplazo de Ca(OH)2 por Mg(OH)2

    3. Incremento en la porosidad del cemento se da porque NaOH es mucho mssoluble que el Ca(OH)2

    4. Formacin de ETTRINGITE despus de que el cemento se ha fraguado

    --- --> EXPANSION Y RESQUEBRAJ AMIENTO DEL CEMENTO C3A.3CS.32H (Ettringita secundaria)

    C3A + 3CSH2 + 26H ------> C3A3CS.32H (Ettringite)

    Resistencia a Sulfatos

    Agresin de Sales a Cementos

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    44 Qumica del Cemento

    1. Accin de Sulfatos:

    Ca(OH)2 + MgSO4 -----> Mg(OH)2 + CaSO4

    3CaSO4 + C3A + 32H2O ----->C3A.3CaSO4.32H2O

    ------> Expansion y Resquebrajamiento Mg(OH)2 + CaCl2

    CaCl2 + C3A + 10H20 ------> C3A.CaCl2.10H2O (Inestablemonochloroaluminate)

    C3A.CaCl2.10H2O + 3CaSO4 -----> Secundaria Ettringite

    ------> Expansion y Resquebrajamiento CaSO4 + 2NaOH

    ---------> EROSION

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    45 Qumica del Cemento

    DISMINUCION DEL ESFUERZO COMPRESIVO A ALTAS TEMPERATURAS

    At 250F (120C) Disminucin lentaAt 450F (232C) Despus de unos tantos dasAt 600F (315C) Dentro de pocos das

    DEBIDO A UN CAMBIO ESTRUCTURAL DEL CEMENTO HIDRATADO ENCIMA DE 230F (110C)

    C-S-H GEL +Ca(OH)2 ------> a - C2SH (>230F)

    AMORFO CRISTALINOESTABLE Expansion PERMEABLEC/S RATIO =1.5 BAJ O ESFUERZO COMPRESIVO

    SE PREVIENE REDUCIENDO LA RELACION DE SILICA/CAL EN EL CEMENTO, POR MEDIO DE LAADICION DE 35 - 40% BWOC DE SILICA

    C-S-H +SILICA ------>TOBERMORITE (C5S6H5) (>230F)

    TOBERMORITE ------>XONOTLITE (C6S6H) +GYROLITE

    (C6S3H2) (>300F)

    Retrogresin del Esfuerzo Compresivo

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    Retrogresin del Esfuerzo Compresivo1. CS and K - neat cement @ 230oC (450oF)

    2. CS and K -

    16.0 lb/gal Class G+35% silica

    1 D30 @230oC(450oF)2 D66 @230oC(450oF)3 D66 @320oC(610oF)

    1 D30 @230oC(450oF)2 D66 @230oC(450oF)3 D66 @320oC(610oF)

    1. Class G +44% water2. Class G +38% water3. Class H +32% water4. Extended cement

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    Retrogresin del Esfuerzo Compresivo

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    Clasificacin API del Cementol CLASE A : Para ser usado desde superficie hasta una profundidad de 6,000 ft

    cuando no se requieren propiedades especiales. Es similar al tipo de

    cemento ASTM Tipo I.

    l CLASE B : Debe ser usado desde una profundidad de 6,000 ft (1,830 m).

    Resistencia a sulfatos de moderada a alta. Similar al tipo de cemento ASTMTipo II, y tiene un menor contenido de C3A que el clase A.

    l CLASE C : Para usarse desde superficie hasta una profundidad de 6,000 ft

    (1,800 m), cuando se requiere esfuerzo compresivo temprano. Est

    disponible en los tres grados de resistencia a sulfatos y es equivalente al

    tipo de cemento ASTM tipo III. Para conseguir alto esfuerzo compresivo

    temprano. El contenido y el rea de C3S son relativamente altos.

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    Clasificacin API del Cemento (Cont.)

    l CLASEE: Para ser usado desde 10,000 ft (3,050 m) hasta 14,000 ft (4,270 m)

    bajo condiciones de altas temperaturas y presiones. Disponible en tipos

    MSR y HSR.

    l CLASE D: Para uso desde 6,000 ft (1,830 m) hasta 10,000 ft (3,050 m) bajocondiciones de moderadamente alta temperatura y presin. Disponible en

    tipos MSR yHSR.

    l CLASE F: Para ser usada desde 10,000 ft (3,050 m) hasta 16,000 ft (4,880 m) de

    profundidad bajo condiciones de extremadamente alta temperatura y

    presin. Disponible en tipos MSR y HSR types.

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    50 Qumica del Cemento

    Clasificacin API del Cemento (Cont.)

    l CLASE G y H: Para ser usado como un cemento bsico para cementacin de

    pozos desde superficie hasta 8,000 ft (2,440 m) tal como se lo fabrica o puede

    ser usado con aceleradores y retardadores para cubrir un amplio rango de

    profundidades y temperaturas de pozos.

    Durante la manufactura de estos tipos de cemento, no se debe adicionar

    ms que sulfato de calcio o agua, o ambos que debe ser mezclado con

    el clinkerdurante la manufactura de los mismos.

    Estan disponibles en tipos MSR yHSR.

    Composiciones Tpicas de Fases de

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    51 Qumica del Cemento

    l TYPICAL POTENTIAL PHASE COMPOSITION (%)

    API ASTM C3S C2S C3A C4AF FINENESS SPECIALCLAS TYPE (cm2/g) APPLICATION

    A I 45 27 11 8 1600 Surface Csg.B II 44 31 5 13 1600 8000 w add.H (II) 50 30 5 12 1600 Same as G

    Composiciones Tpicas de Fases deCementos API

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    PARA DETERMINAR LAS CONCENTRACIONES DE COMPONENTES DEL CLINKER

    Clculos de Bogue

    l Cuando la relacin de Al2O3 a Fe2O3 > 0.64C3S =(4.071x%CaO) - (7.60x%SiO2) - (6.718x%Al2O3) - (1.43x%Fe2O3)-(2.852x%SO3) C2S =(2.687x%SiO2) - (0.7544x%C3S) C3A =(2.65x%Al2O3) - (1.692x%Fe2O3) C4AF =3.043x%FE2O3

    l Cuando la relacin de Al2O3 a Fe2O3 < 0.64 Se forma una solucin slida de aluminoferrato de calcio, ss(C4AF +

    C2F)

    ss(C4AF +C2F)=(2.10x%Al2O3) +(1.702x%Fe2O3) C3S =(4.071x%CaO)-(7.60x%SiO2)-(4.479x%Al2O3)-(2.859x%Fe2O3)-(2.852x%SO3)

    C3A =Cero

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    53 Qumica del Cemento

    Porqu Caracterizacin del Cemento?l

    EL CEMENTO NO ES HOMOGENEO Diferentes materiales crudos y fuentes Diferentes tcnicas de manufactura

    l COMPOSICION NO REPRODUCIBLE Difiere de lote a lote Cemento no homogneo Diferentes clases manufacturadas Procesos de manufactura en gran escala

    l COMPOSICION CONTROLADA POR FABRICANTES Schlumberger no est envuelto en procesos de control de calidad de cementos Especificacin API cubre un amplio rango de propiedades, etc.

    l DIFERENTE RESPUESTA A ADITIVOS DE CEMENTACION Naturaleza heterognea y composicin variante Propiedades fsicas inconsistentes (ejm. finura) Fenmeno de envegecimiento

    l CARACTERIZACION PARA UTILIZAR MEJ OR EL CEMENTO Y ADITIVOS PARA UNMEJ OR SERVICIO.

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    54 Qumica del Cemento

    Mtodos de Caracterizacin del Cemento

    l NATURALEZA QUIMICA Mayor xido(CaO. SiO2, Fe2O3, SO3, etc. ) Menor contenido de xido(ZnO, P2O5, Mn2O3, etc. ) Soluble / Insoluble contenido alcalino Mayor contenido de fase ( C3S, C2S, C4AF, C3A )

    Menor contenido de fase(Yeso, calcita, etc.)l NATURALEZA FISICA Distribucion del tamao de partcula Area superficial especfica (finura de Blaine)

    l RESPUESTA A ADIVITOS DE CEMENTO Retardadores

    Dispersantesl TESTS DE RENDIMIENTO API

    Tiempo de bombeabilidad Agua Libre Esfuerzo Compresivo

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    55 Qumica del Cemento

    MAYORESOXIDOS: (Concentraciones tpicas, %)CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO Na2O K2O SO3 Na2O

    64.1 21.2 5.2 3.7 1.5 0.17 0.49 2.19 0.49

    Na2O =(0.658 x %K2O) +Na2O

    Segn API: - MgO

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    56 Qumica del Cemento

    MAYORES FASES: (Concentracin tpica, %)

    1. C3S, C 2S, C4AF yC 3A: Del mtodo de Bogue2. ( C3S +C 2S ): Despus de la extraccin por cido maleico en metanol

    Para requerimientos API:- Cementos HSR: 48%

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    57 Qumica del Cemento

    l PROPIEDADES FISICAS DE CEMENTOS PARA POZOSC e m e nt M e d i an % F in es B ET A re a B la in e A re a S i l ica te A l u mi n at e

    T y p e D i a ( m m ) ( < 1 m m ) (m 2 / g ) ( c m 2 / g ) (%) (%)

    1 ( A ) 20 .3 4.7 1.0 3400 54 46

    2 ( G ) 24.6 4.6 0.7 2900 43 57

    3 ( H ) 25 .4 4.0 0.6 3000 53 47

    4 ( H ) 24 .1 4.0 0.7 3040 82 18

    Solamente para propsitos de comparacin

    Caracterizacin del Cemento Propiedades Fsicas