Tema2.CementoHormigon.ProblemasCementos.Enunciados

ESCUELA DE INGENIERÍA DE MINAS, ENERGÍA Y MATERIALES-UNIVERSIDAD DE OVIEDO
MÁSTER EN INGENIERÍA DE MINAS
ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 1.
P1.-La empresa CEMENTOS X, S.A. dispone de dos materias primas cuya composición es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P.C.
Resto
CALIZA
8.70
2.35
1.32
47.80
1.50
0.30
37.96
0.01
MARGA
33.01
7.31
4.83
30.22
0.66
0.20
23.77
----
Se pide:
(a).- Calcular la proporción en la que deben mezclarse para obtener un módulo hidráulico de 2.2. Calcular la
composición química de la mezcla resultante (Crudo).
(b).- Calcular la composición química y potencial del clinker resultante. Hallar los valores de los módulos
hidráulico, de silicatos y de alúmina, así como el factor de saturación en cal.
P2.- La empresa Cementos X, S.A. al objeto de obtener el componente calcáreo y el componente arcilloso explota
dos canteras , una de caliza y otra de arcilla respectivamente. La composición química de ambas materias primas
es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P.C.
CALIZA
1.42
0.48
0.38
52.60
1.11
0.85
43.16
ARCILLA
62.95
18.98
7.37
1.40
0.98
0.85
7.47
Se pide:
(a).- Calcular la proporción en la que deben mezclarse para obtener un standard de cal (StCII) cuyo valor sea
0.94. Calcular la composición química de la mezcla resultante (Crudo o harina de cemento).
(b).- Calcular la composición química y potencial del clinker resultante.
(c).- Hallar los valores de los módulos hidráulico, de silicatos y de alúmina.
P3.-La empresa Cementos X, S.A. explota una cantera de caliza de su propiedad, cuya composición química es
la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
CALIZA
0.95
0.92
0.38
54.60
0.95
----
42.03
0.17
Por otra parte, la empresa Arcillas Y, S.L. le suministra el componente arcilloso, que consiste en una arcilla cuya
composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
ARCILLA
68.00
12.60
2.95
5.70
1.45
1.28
7.20
0.82
(a).- ¿Es posible con las dos materias primas anteriores lograr un crudo para el que se han fijado el factor de
saturación en cal en 0.96 y el módulo de silicatos en 2.70?. En caso negativo ¿De qué tipo ha de ser la tercera
materia prima, que ha de actuar como componente corrector?. Se decide comprar cenizas de tostación de piritas
cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
CENIZAS
11.00
1.50
84.20
0.76
0.55
1.25
0.67
0.07
(b).- Calcular la proporción en la que deben mezclarse para que el crudo resultante tenga un factor de saturación
en cal de 0.96 y un módulo de silicatos de 2.70 Calcular la composición química de la mezcla resultante.
(c).- Calcular la composición química y potencial del clinker resultante.
(d).- Hallar el valor del módulo de alúmina.
(e).- Con el clinker obtenido se fabrica un cemento tipo I, ¿Podría considerarse tal cemento adecuado
para la fabricación de productos prefabricados?.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 2.
P4 -Calcular el porcentaje de cenizas de carbón que ha absorbido un CLINKER, a partir de los análisis químicos
del crudo, del clinker y de las cenizas del carbón, que se dan a continuación:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
CRUDO
19.00
8.25
2.80
66.60
CLINKER
19.85
8.92
3.31
64.45
CENIZAS
42.95
27.88
17.60
4.95
P5.-La empresa Cementos X, S.A. explota una cantera de caliza de su propiedad, cuya composición química es
la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
CALIZA
0.95
0.92
0.38
54.60
0.95
----
42.03
0.17
Por otra parte, la empresa Arcillas Y, S.L. le suministra el componente arcilloso, que consiste en una arcilla cuya
composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
ARCILLA
68.00
12.60
2.95
5.70
1.45
1.28
7.20
0.82
(a).- ¿Es posible con las dos materias primas anteriores lograr un crudo para el que se han fijado el factor de
saturación en cal en 0.92 y el módulo de alúmina en 1.70?. En caso negativo ¿De qué tipo ha de ser la tercera
materia prima, que ha de actuar como componente corrector?. Se decide comprar cenizas de tostación de piritas
cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
CENIZAS
11.00
1.50
84.20
0.76
0.55
1.25
0.67
0.07
(b).- Calcular la proporción en la que deben mezclarse para que el crudo resultante tenga factor de saturación en
cal de 0.92 y un módulo de alúmina de 1.70. Calcular la composición química de la mezcla resultante.
(c).- Calcular la composición química y potencial del clinker resultante.
(d).- Hallar los valores de los módulos silicatos y de alúmina.
P6.- El análisis químico de un clinker de cemento portland es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
22.7
5.1
1.6
66.9
2.8
0.3
0.0
0.6
Calcular:
La composición potencial del clinker.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 3.
P7.-Una empresa de cementos dispone de dos materias primas, caliza y arcilla ya calcinadas, cuya composición
química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
Resto
CALIZA
2.18
0.88
0.67
95.33
0.94
---
ARCILLA
65.75
17.05
6.95
5.55
1.90
2.80
Las pérdidas a la calcinación de la caliza y de la arcilla son 42.25 % y 8.67 %, respectivamente. Se pide:
(a).- Calcular la proporción en la que se han de mezclar para obtener un clinker con una composición potencial
en la que el 68 % sea C3S.
(b).-Calcular la composición química de la mezcla, así como la composición química y potencial del clinker.
(c).- Calcular los valores del módulo de alúmina y de silicatos.
(d).- Con el clinker obtenido se fabrica un cemento tipo I, ¿Podría considerarse tal cemento adecuado
para la fabricación de productos de hormigón prefabricado? .
P.8.-Se desea que la composición química del CLINKER sea la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O+Na2O
CLINKER
21.50
5.20
3.70
67.50
1.60
0.50
Hallar la composición química que debe de tener el crudo ( sin perdida a la calcinación) sabiendo que el horno
rotatorio quema 19 toneladas de carbón , con un contenido en cenizas del 12 %, por cada 100 toneladas de
clinker. La composición química de las cenizas es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
CENIZAS
47.00
29.10
12.50
6.60
1.80
K2O+Na2O
2.80
Se supone que la absorción de las cenizas del carbón por el clinker es total.
Calcular , si es posible, a partir de los resultados obtenidos como se han de mezclar una caliza y una arcilla para
obtener dicho crudo., sabiendo que la composición química de ambas es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P.C.
CALIZA
1.42
0.48
0.38
52.60
1.11
0.25
43.16
ARCILLA
62.95
18.98
7.37
1.40
0.98
0.85
7.47
En el caso de no sor posible y suponiendo que dicha caliza se mantiene como materia prima, ¿Cómo ha de ser la
composición química de la arcilla, sabiendo que se mantienes constantes el CaO y la PC?.
Calcular el valor del factor de saturación en cal y de los módulos de silicatos y de alúmina.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 4.
P9.- La empresa Cementos X, S.A. es proveída por un suministrador del componente calcáreo y arcilloso. Dichos
componentes se encuentran ya calcinados y su composición química es la siguiente:
OXIDO
CALIZA
ARCILLA
SiO2
3.89
70.03
A12O3
1.93
17.17
Fe2O3
0.93
5.00
CaO
91.19
4.25
MgO
1.41
3.17
SO3
0.50
-----
Resto
0.15
0.38
Las pérdidas a la calcinación de la caliza y de la arcilla son 40.12 % y 7.50 % respectivamente.
El horno rotatorio utiliza como combustible carbón, quemando 35 toneladas por cada 100 toneladas de clinker.
El contenido en cenizas del carbón es del 16.4 % y su composición química es la siguiente:
OXIDO
CENIZAS
SiO2
51.32
A12O3
10.19
Fe2O3
16.11
CaO
10.30
MgO
4.15
SO3
6.58
Resto
1.35
(a)Calcular la composición del crudo, suponiendo que el factor de saturación en cal se ha fijado en 0.90 y que el
porcentaje de cenizas que absorbe el clinker es del 65 %.
(b)Calcular la composición química y potencial del clinker resultante.
(c)Hallar los valores de los módulos de alúmina y de silicatos. ¿Están dentro del intervalo de variación normal?.
P10.-Una fábrica de cementos dispone de dos explotaciones propias de las cuales extrae el componente calcáreo
y el componente arcilloso. La composición química de ambos componentes es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
P.C.
COMPONENTE CALCAREO
2.5
0.5
0.2
54.0
42.8
COMPONENTE ARCILLOSO
50.0
22.0
9.0
2.5
16.5
Debido a que con los dos componentes anteriores no se consigue una composición química del crudo adecuada
al tipo de clinker que quiere fabricar , la empresa cementera compra a la empresa X, S.A. un componente
corrector cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
P.C.
COMPONENTE CORRECTOR
84. 0
6.0
3.0
1.0
6.0
La cocción del crudo se realiza mediante un horno rotatorio que quema 25 toneladas de carbón, por cada 100
toneladas de clinker. El contenido en cenizas del carbón es del 10 % y su composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
Resto
CENIZAS CARBON
48. 0
29.0
10.01
8.0
5.0
(a).- Calcular la composición del crudo, suponiendo que el factor de saturación en cal se ha fijado en 0.96 y el
módulo de silicatos en 3. Por otra parte se sabe que el porcentaje de cenizas que absorbe el clinker es del 80 %.
(b).- Calcular la composición química y potencial del clinker resultante.
(c).- ¿ Sería aconsejable utilizar este clinker para obtener un cemento con el cual realizar una cimentación en
un terreno yesífero?.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 5.
P11.-Una empresa de cementos dispone de tres materias primas caliza, arcilla y arena, ya calcinadas, cuya
composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
CALIZA
3.6
3.5
2.7
90.2
ARCILLA
59.2
28.1
11.6
1.3
ARENA
96.6
2.1
1.3
-----
Las pérdidas a la calcinación de la caliza y de la arcilla son 40.1 % y 7.5 % respectivamente. La de la arena se
supone despreciable.
Se pide:
(a).- Calcular la proporción en la que se han de mezclar para obtener un clinker con una composición potencial
en la que el 50 % sea C3S y el 25 % C2S.
(b).- Calcular la composición química de la mezcla, as¡ como la composición química y potencial del clinker.
(c).- Calcular los valores del módulo de silicatos y de alúmina.
(d).- ¿Con dicho clinker se podrá fabricar un cemento resistente a los sulfatos ?
P12.-La empresa Cementos X, S.A. explota una cantera de caliza de su propiedad, cuya composición
química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2 O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
CALIZA
0.95
0.92
0.38
54.60
0.95
-----
42.03
0.17
Por otra parte, la empresa Arcillas Y, S.L. le suministra el componente arcilloso, que consiste en una
arcilla cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
Resto
ARCILLA
68.00
12.60
2.95
5.70
1.45
1.28
7.20
0.82
(a).- ¿Es posible con las dos materias primas anteriores lograr un crudo para el que se han fijado el
factor saturación en cal en 0.95 y el módulo de silicatos en 2.70?.
(b).- En caso negativo se dispone en el mercado de los tres componentes correctores siguientes:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
P. C.
CENIZAS DE PIRITA
BAUXITA
CENIZAS VOLANTES
11.00
16.50
36.90
1.50
58.00
30.10
84.20
16.00
10.20
0.76
2.50.
16.80
0.55
0.70
2.10
1.25
---1.90
0.67
6.30
2.00
Tomando como base el criterio y los datos siguientes:
(1 ).-Componentes correctores cuyo tanto por ciento sea superior al 3 % han de rechazarse.
(2).-La tonelada de cenizas de pirita cuesta 24 euros y la de bauxita 36 euros, mientras que la de
cenizas volantes cuesta 4.5 euros. Los gastos de transporte son de 6 euros/t, 12 euros/t y 36 euros/t
para las cenizas volantes, la bauxita y las cenizas de pirita respectivamente.
¿Cuál de ellos ha de elegirse como componente corrector tomando como criterio el puramente
económico? ¿Y cuál desde el punto de vista de una mejor operación del horno?.
(c).- Calcular la composición química de la mezcla resultante, eligiendo como corrector el que cumpla
una mejor marcha del horno.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 6.
P13.- La empresa Cementos X, S.A. utiliza, para la fabricación del clinker un crudo compuesto por un 79.8 %
de caliza y un 20.2 % de arcilla. La composición química de ambas materias primas es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
Ca0
MgO
SO3
P.C.
CALIZA
1.42
0.48
0.38
52.60
1.11
0.85
43.16
ARCILLA
62.95
18.98
7.37
1.40
0.98
0.85
7.47
El horno rotativo utiliza como combustible fuel-oil con un consumo de 22 toneladas por cada 100 toneladas
de clinker. El poder calorífico del fuel -oil es de 43430 KJ/kg. Debido a un fuerte aumento en el precio del
barril de petróleo la empresa decide cambiar a carbón. Las características del carbón que va a quemar son: 14
% de cenizas y 29858 KJ/kg de poder calorífico. La composición química de las cenizas es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O +Na2O
CENIZAS
47.00
29.10
12.50
6.60
1.80
2.80
(a).- ¿Cómo se debe modificar la composición del crudo para mantener constante el valor del factor de
saturación en cal ?. Se supone que la absorción de las cenizas del carbón por el clinker es del 90 %.
(b).-Hallar el valor de los módulos de silicatos y de alúmina ¿Están dentro del intervalo de variación normal?.
(c).- Con el clinker obtenido, ¿Harías un cemento para realizar una obra marítima?.
P14.- El análisis químico de un clinker de cemento portland es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
21.3
2.3
9.2
64.3
2.1
0.8
0.0
0.0
Calcular:
La composición potencial del clinker.
P15.- Analizando un clinker almacenado en una fábrica nos encontramos con los siguientes resultados.
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
20.9
5.9
2.7
66.5
2.8
0.8
0.2
0.2
Calcular la composición potencial del clinker conociendo que presenta un 2.2 % de cal libre.
P16.- El análisis químico del clinker de un cemento portland es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
21.0
x
y
63.2
3.8
0.6
0.3
0.3
Sabiendo que en el clinker sólo existe el C 4AF como fundente, se pide determinar:
(1).- Los valores de x e y.
(2).- La composición potencial del clinker.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 7.
P17.- Una empresa cementera dispone de las siguientes materias primas:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na2O
K2O
P. C.
CALIZA
CCMPONENTE
SECUNDARIO
ARENA
1.70
0.90
0.20
53.50
0.30
-----
0.02
0.03
-----
40.90
34.60
6.90
1.50
-------
-------
-----
------
-----
94.30
2.90
1 .30
0.50
0.44
------
0.02
1.23
-----
COMPONENTE
FERRUGINOSO
3.90
15.20
70.20
1.00
-----
------
0.30
0.50
-----
Las consignas del crudo son : LSF = 0.95 , MS = 2.90 y MA = 2.10. Calcular la proporción en la que han de
mezclarse. Determinar el costo por tonelada sabiendo que los costes de la tonelada de cada uno de los componentes
son : caliza 555 unidades monetarias, componente secundario 17205 unidades monetarias, arena 82882 unidades
monetarias y componente ferruginoso 117164 unidades monetarias.
La dirección técnica de la fábrica sugiere los siguientes cambios en los parámetros de control : LSF = 0.95 , MS
= 2.50 y MA -=1.70. Calcular la nueva proporción en la que han de mezclarse y determinar el nuevo costo por
tonelada.
Calcular en ambos casos la cantidad de fase liquida a 1338, 1400 y 1450 ºC, la temperatura teórica de sinterización,
el índice de costra y la aptitud a la cocción. Comentar los resultados obtenidos tanto desde el punto de vista
económico como de la operación del horno.
DATOS:
- Fase liquida a 1338 ºC (MA>1.38) = 610 F + K + N + M* , siendo M* = Mínimo (M, 2)
- Fase liquida a 1400 ºC = 2.95 A + 2.20 F + K + N + M*
- Fase liquida a 1450 ºC = 3.00 A + 2.25 F + K + N + M*
- Temperatura teórica de sinterización = 1300 + 4.51 C3S - 3.74 C3A -12.64 C4A F
- Índice de costra = Ic= C3A + C4A F + 0.2 C2S + 2F, debido a Konopicky y válido para (A/F) > 0.64.
Valores correctos para la formación de costra son los comprendidos entre 25 y 35, es decir: 25<IC<35
- Aptitud a la cocción = BF = LSF + 10MS- 3(M + N + K)
P18.- Con las siguientes materias primas:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
ALCALIS
+ SD
P. C.
CALIZA
MARGA
ARENA
4.5
33.0
85.0
2.5
11.0
2.5
1.0
5.0
5.0
50.0
25.0
3.5
0.7
1.5
1.0
2.0
3.5
1.0
39.3
21.0
2.0
Obtener un crudo que dé un clinker con la siguiente composición química:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2 O3
CaO
Resto
CLINKER
22.4
7.8
3.5
61.1
5.2
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 8.
P19.- Se desea fabricar un clinker que contenga un 80 % de silicato tricálcico y un 20 % de fundentes. Para
ello se dispone como materias primas de caliza y arena, pudiendo emplearse como fundente bauxita o ceniza
de pirita. Los costes de la arena y la caliza son prácticamente iguales, mientras que la bauxita resulta un 20 %
más cara que la ceniza de pirita. Con estos datos calcular:
(a).- El fundente que debe de utilizarse
(b).- Dosificación de materias primas expresadas como toneladas de arena y toneladas de fundentes por
tonelada de caliza
(c).- Composición porcentual del clinker obtenido
El análisis químico de las materias primas calcinadas es el siguiente
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO OTROS
CALIZA
4
2
1
92
1
ARENA
98
-----
-----
-----
2
CENIZA PIRITAS
5
1
90
2
2
BAUXITA
9
68.4
21
-----
1.6
Las pérdidas a la calcinación de la caliza, de la arcilla , de las cenizas de pirita y de la bauxita son 40 %, 3 %, 1
% y 5 % respectivamente.
P20.- Una fábrica de cementos dispone de las materias primas cuyo análisis químico en peso referido a
materias calcinadas es el siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
CALIZA
6
3
1
90
ARENA
99
-----
1
-----
CENIZA PIRITAS
7
4
85
4
ARCILLA
70
10
4
16
Las pérdidas a la calcinación de la caliza, de la arena, de las cenizas de pirita y de la arcilla son 30 %, 2 %,
% y 25 % respectivamente.
2
La planta o habitualmente con una proporción de 0.198 toneladas de arena y 0.086 toneladas de ceniza de
pirita por tonelada de caliza.
(a).- Calcular en el clinker obtenido la proporción de (Silicatos/Fundentes) y la relación (C2S/C3S)
(b).- Determinar la composición química y potencial del clinker
(c).- Durante un cierto tiempo se interrumpe el suministro de arena y en su lugar se decide emplear arcilla de
otro proveedor, ¿cuál debe de ser la nueva dosificación de materias primas para obtener el mismo clinker que
en el caso anterior?
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MÁSTER EN INGENIERÍA DE MINAS
ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 9.
P21.- Se desea fabricar un clinker que contenga un 70 % de silicato dicálcico y un 30 % de fundentes. Para
ello se dispone como materias primas de caliza y arena, así como de dos tipos de bauxita para utilizar como
fundente. La caliza y la arena tienen un coste equivalente, mientras que la tonelada de bauxita 2 es un 10 %
más cara que la bauxita 1. Calcular:
(a).- ¿Cuál de los dos fundentes debe de elegirse?.
(b).- La dosificación de las materias primas, expresada como toneladas de arena y toneladas de bauxita por
tonelada de caliza
(c).- La composición en % en peso dedos distintos compuestos que forman el clinker obtenido
El análisis químico de las materias primas calcinadas es el siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO OTROS
CALIZA
4
2
1
92.6
0.4
ARENA
98
-----
-----
-----
2
BAUXITA 1
5
51
20
10
14
BAUXITA 2
9
68.4
21
-----
1.6
Las pérdidas a la calcinación de la caliza, de la arena , de la bauxita 1 y de la bauxita 2 son 40 %, 3 %, 5 % y 5
% respectivamente.
P22.- Se desea fabricar un clinker con un 70 % de silicatos y una relación: (C3S/C2S) = 1. Para ello se dispone de
las siguientes materias primas, ya calcinadas:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CALIZA
5.0
1.0
2.0
CaO OTROS
2.0
90
21.0
4.1
9.0
3.6
ARCILLA
62.3
CENIZA PIRITAS
7.0
3.0
85.0
3.0
2.0
BAUXITA
10.3
62.6
24.3
----
2.8
Las pérdidas a la calcinación de la caliza, de la arcilla , de las cenizas de pirita y de la bauxita son 30 %, 12 %,
0.9 % y 0.7 % respectivamente.
Los precios de las materias primas son los siguientes:
Caliza: 3 euros/t , Arcilla: 2 euros/t, Ceniza de pirita: 12 euros/t , Bauxita: 18 euros/t
En cuanto a los costes energéticos del proceso, la energía se obtiene por combustión de un carbón que tiene un poder
calorífico de 33273 kJ/kg y su precio es de 14 pts/kg. El rendimiento energético es del 50 %. El consumo de
energía es de 3344 kJ/kg de clinker para la bauxita y de 3762 kJ/kg de clinker para las cenizas de pirita, el resto
de los costes pueden considerarse iguales.
Calcular:
(a).- ¿Qué materia prima (ceniza o bauxita) produce el clinker más barato?.
(b).- Para el clinker más barato indicar:
1.- Los tantos por ciento de materias primas de la mezcla final
2.- Composición química y potencial.
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MÁSTER EN INGENIERÍA DE MINAS
ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 10.
P23.- Una empresa de cementos dispone de tres materias primas, caliza, arcilla y cenizas de pirita, ya calcinadas,
cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
A12O3
Fe2O3
CALIZA
5.0
1.0
2.0
CaO OTROS
2.0
90
21.0
4.1
9.0
3.6
3.0
85.0
3.0
2.0
ARCILLA
CENIZA PIRITAS
62.3
7.0
Las pérdidas a la calcinación de la caliza, de la arcilla y de las cenizas de pirita son 38.5 %, 12 %, 1.5 %
respectivamente. Se pide:
(a).- Calcular la proporción en la que se han de mezclar en el crudo, para obtener un clinker con un contenido
de silicatos del 70 % y una relación (C3S/C2S) = 11/3. Calcular la composición química de la mezcla (Crudo).
(b).- Calcular la composición química y potencial del clinker.
(c).- Calcular los valores del factor de saturación en cal, del módulo de alúmina y de silicatos ¿Están dentro del
intervalo de variación normal ?. A la vista del diagrama de la figura 1, calcular la cantidad de fase liquida
a 1338 ºC y a 1450 ºC.¿Qué modificación se podría hacer para obtener una mayor cantidad de fase líquida,
a 1338 ºC, manteniendo constante los valores del factor de saturación en cal y del módulo de silicatos?.
(d).- Con el clinker obtenido se fabrica un cemento tipo I, ¿Podría considerarse tal cemento adecuado
para la fabricación de productos de hormigón prefabricado?.
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MÁSTER EN INGENIERÍA DE MINAS
ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 11.
P24.- El análisis químico de un cemento es el siguiente:
S
22.9
A
4.5
F
C
MgO SO3 Sin determinar (S.D.) Cal libre P.F.
3.11 64.1 0.79 2.37
1.42
0.9
0.81
Interpretar dicho análisis.
P25.- Para la construcción de una presa llega a obra una partida de cemento artificial cuyo análisis
químico es el siguiente:
S
32.1
A
9.55
F
C
MgO SO3 S.D. R.I. P.F.
3.48 46.40 1.37 1.47 4.68 0.2 0.75
Se pide :
(i).- Interpretar el análisis
(ii).- Indicar si este cemento es apropiado para construir una presa.
P26.- Se dispone de cuatro materias primas cuyos análisis químicos son los siguientes:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
MgO
S.D.
P.F.
A
5
0.5
0.5
51
1
2
40
B
63
19
4
1
0
9
4
C
93
0
0
0
0
1
0
D
9
4
75
0
0
2
11
Se desea saber en qué proporción deben mezclarse para obtener un clinker cuyo módulo hidráulico sea
igual a 2.2, módulo de silicatos igual a 1.9 y que no contenga C3 A ni C2 F.
P27.- Interpretar el análisis químico de este cemento:
S
22.3
A
6.5
F
0.3
C
MgO SO3 Alcalinos Cal libre P.F.
64.2 2.3
2.0
1.6
1.0
0.8
P28.- El análisis químico del clinker de un cemento portland es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
21.9
x
y
66.9
1.7
0.6
0.0
0.0
Sabiendo que en el clinker sólo existen como fundentes el C4AF y un 4.8 % de C3 A, se pide calcular
(1).- Los valores de x e y
(2).- La composición potencial del clinker.
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ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 12.
P29.- El análisis químico siguiente de un cemento Portland :
S
22.1
A
6.3
F
2.3
C
MgO SO3 S.D.
63.2 0.7
2.3 1.3
Cal libre
R.I. P.F.
1.1
0.6 1.2
(Incluido en C)
Se desea saber:
(1).- Cual es el índice de saturación en cal (Lea y Parker)
(2).- Si es utilizable en presas
(3).- Cual es su calor de hidratación suponiendo que el C3 A y el SO4Ca forman C3A.3SO4Ca.32H2 O.
P.30.- Se posee un cemento con las siguientes propiedades:
-
Baja expansión
Gran resistencia a aguas marinas y selenitosas
Fuerte desprendimiento de calor
Residuo en el tamiz 4900 mallas/cm 2 < 5%
¿Qué tipo de cemento es?
P31.- Se dispone de un cemento, una caliza y una arena de cuarzo puro cuyos análisis se indican.
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
MgO
SO3
R.I.
P.F.
Cemento
20.1
5.8
2.2
66.7
0.8
2.4
1.2
0.8
Caliza
---
---
---
50.3
4.9
---
4.2
4.6
Arena
100
---
---
---
---
---
100
---
Se desea conocer las cantidades máximas de caliza y arena que se pueden añadir al cemento de forma
que cumpla las condiciones siguientes:
SO3 < 4 %, MgO < 5 % , P.F. < 4 % y R.I. < 3 %
P32.- Analizando un clinker de un cemento portland, se obtuvo el siguiente resultado:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
20.7
x
y
64.7
1.1
0.4
0.3
0.3
Sabiendo que en el clinker sólo existen como fundentes el C4AF y un 12.0 % de C 2 F, se pide calcular
(1).- Los valores de x e y
(2).- La composición potencial del clinker.
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ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 13.
P33.- La empresa Cementos X, S.A. al objeto de obtener el componente principal y el componente
secundario explota dos canteras , una de caliza y otra de marga respectivamente. La composición
química de ambas materias primas es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
MgO
Álcalis+SD
P.C.
Caliza
4.5
2.5
1.0
50.0
0.7
2.0
39.3
Marga
33.0
11.0
5.0
25.0
1.5
3.5
21.0
Determinar en qué proporción han de mezclarse para obtener un crudo que dé un clinker con la siguiente
composición química:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
Crudo
20.8
7.9
3.5
62.6
5.2
P34.-Una empresa de fabricación de cemento dispone de tres materias primas (Caliza, marga y arena),
cuya composición química es la siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
MgO
Álcalis+SD
P.C.
Caliza
4.5
2.5
1.0
50.0
0.7
2.0
39.3
Marga
33.0
11.0
5.0
25.0
1.5
3.5
21.0
Arena
85.0
2.5
5.0
3.5
1.0
1.0
2.0
Determinar en qué proporción han de mezclarse para obtener un crudo que dé un clinker con la siguiente
composición química:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
Clinker
22.4
7.8
3.5
61.1
5.2
P35.- Del análisis de un cemento se sabe:
% CaO = 62 %,
%Fe 2O3 = 6,5, %,
Al 2 O3 = 4,66 %,
SiO 2 = 20,06 %
Se pide determinar qué tipo de cemento es y si es resistente a las aguas selenitosas
P36.- Un cemento formado exclusivamente por clinker y regulador de fraguado, es analizado químicamente.
El resultado del análisis es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
20.4
4.1
6.4
62.3
3.7
1.8
0.4
0.9
Sabiendo que en el apartado otros se incluye un 1.4 % de SO3 y que éste pertenece exclusivamente al regulador
de fraguado y que el clinker no presenta CaO libre, se pide calcular:
(1).-La concentración de regulador de fraguado en el cemento.
(2).- La composición potencial del clinker.
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ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 14.
P37.- Determinar gráficamente si es posible obtener un clinker de composición:
COMPUESTO C3S (%) C2S (%) C3 A (%)
CLINKER
38
31
C4 AF (%)
Resto (%)
11
5.2
15
a partir sólo de caliza y marga de la siguiente composición:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
P.C.
Caliza (*)
3.5
1.3
0.6
94.6
2.7
39.3
Marga (*)
75
18.2
6.2
0.6
5.0
12.0
(*) Materias primas calcinadas y sin resto
P38.- Se dan dos crudos cuyos análisis químico es el siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
P.C.
Crudo A
20
1
4
45
30
Crudo B
10
5
5
45
35
(i).- Averiguar si el cemento obtenido con el crudo A sirve para construir una presa en clima frío o
cálido.
(ii).- Hallar del crudo B el contenido en C 4 FA.
P39.- El análisis de un cemento es el siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Cemento
19.6
7.8
2.7
66.9
MgO S.D.
1.6
0.3
R.I.
P.C.
0.1
1.0
Interpretar dicho análisis.
P40.- Para la construcción de una presa llega a obra una partida de cemento artificial cuyo análisis es el
siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
MgO
Cemento
32.10
9.55
3.48
46.40
1.37
SO3 S.D.
R.I.
P.C.
1.47
0.20
0.75
4.68
Se pide:
(a).- Interpretar dicho análisis
(b).- Indicar si este cemento es adecuado para la construcción de una presa, justificando la respuesta,
supuesto que cumple las características mecánicas requeridas.
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Temas 2.- Cementos.
HOJA 15.
P41.- En una obra de grandes proporciones llega una partida de clinker con la siguiente composición:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Clinker
19.6
7.8
2.7
66.9
MgO S.D.
1.6
0.3
R.I.
P.C.
0.1
1.0
Se pretende moler este clinker en obra para obtener el cemento necesario en la misma con la adición
correspondiente de yeso.
Se quiere saber el peso del yeso de la siguiente composición que hay que añadir por kilogramo de clinker
durante la molienda, de forma que suponiendo que se combina formando C 3 A.SO4Ca.12H 2O en la
hidratación, quede en exceso el 4 % de AC 3 sin combinar con el yeso añadido.
La composición del yeso es la siguiente:
OXIDO
H2O
Yeso
15.42
SiO2 y R.I. Al2 O3+ Fe2O3
2.4
1.08
CaO
32.7
MgO SO3
0.65 45.25
CO2
2.6
Pesos atómicos:
Si =28, O =16, A1=27, Fe =56, Ca = 40, Mg = 24, H = 1, S = 32, C = 12
P42.- A continuación se da el análisis de un cemento Portland adulterado por adición de una sustancia
y los límites de composición prescritos en un Pliego de Condiciones.
A la vista de los datos anteriores determinar el tipo de adulteración y la cuantía de la misma.
Pesos atómicos:
C=12, O=16 Ca= 40, Mg = 24, Cl = 35.5, H =1, N = 14, Si = 28, S = 32, Al = 27, Fe = 56
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HOJA 16.
P43.- .- El análisis de un cemento es el siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Cemento
21.9
4.0
5.8
62.7
MgO
SO3
1.4
S.D.
2.0
1.1
R.I.
P.C.
0.3
0.8
Si el contenido en cal libre es el 0.7 %, se pide interpretar dicho análisis.
P44.- Con una caliza y una marga de la siguiente composición:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
P.C.
Caliza
4.5
2.5
1.0
50.0
2.7
39.3
Caliza (*)
7.8
4.3
1.7
86.2
Marga
33.0
11.0
5.0
25.0
5.0
21.0
Marga (*)
44.6
14.8
6.7
33.8
(*) Materias primas calcinadas y sin resto.
Determinar gráficamente si es posible obtener un clinker de composición:
(i).OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
Clinker
23.6
8.2
3.7
64.5
5.2
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
Resto
Clinker
22.0
8.3
3.7
66.0
5.2
(ii).-
(iii).COMPUESTO C3S (%) C2S (%) C3 A (%)
CLINKER
38
31
C4 AF (%)
Resto (%)
11
5.0
15
P45.- El análisis de un cemento es el siguiente:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
Cemento
21.0
6.2
0.4
CaO MgO
65.3
0.1
SO3
2.7
Na2 O K 2O
0.07
Si el contenido en cal libre es el 1.2 %, se pide interpretar dicho análisis.
0.25
S.D.
0.58
R.I.
P.C.
0.9
2.5
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HOJA 17.
P46.- Se tiene un producto cuyo análisis responde a los valores siguientes:
SO3
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO MgO
Cemento
23.00
3.55
0.35
66.00
2.15
R.I.
P.C.
3.95 0.05
0.9
Si el contenido en cal libre es el 0.05 %, se desea conocer su composición potencial y las aplicaciones
para los cuales es apto.
P47.- Se dispone de una caliza y una arcilla cuyas composiciones son:
SO3
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO MgO
Caliza
4.60
0.60
0.55
51.60
0.75
Arcilla
22.80
8.00
2.90
33.10
2.10
S.D,
P.C.
0.39 0.20 41.30
0.93 0.97 29.20
Hallar:
(i).-La relación R=(Caliza/Arcilla) en que hay que mezclarlas para obtener un cemento saturado en cal .
(ii).- La composición potencial del clinker.
(iii).- Características del clinker obtenido.
(iv).- ¿Puede utilizarse en presas?
NOTA: Se supone que no existe cal libre.
Pesos atómicos: Si =28 ; O =16 ; Al =27; Fe =56 ; Ca = 40 ; Mg = 24,3 ; S = 32
P48.- Se tiene una caliza y una arcilla con los análisis siguientes:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
CaO
S.D,
P.C.
Caliza
2.5
1.3
0.9
53.1
0.1
42.1
Arcilla
54.5
22.6
8.9
3.3
4.5
6.2
Se mezclan 4 partes de caliza y 1 parte de arcilla. Se añade algez (yeso) para que el cemento obtenido
tenga el 5 %.
Se pide:
(i).- Composición del crudo.
(ii).- Composición del clinker.
(iii).- Composición elemental del cemento
Pesos moleculares:
SO3 = 80; CaO = 56, H 2O = 18
P49.- El análisis químico de un cemento es el siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
20.0
1.9
9.4
64.0
1.0
2.4
0.5
0.8
Sabiendo que está constituido exclusivamente de clinker y regulador de fraguado, que toda la (ppc) es
debida al H2 O del regulador de fraguado y que su clinker presenta un 1.0 % de CaO libre, se pide
calcular:
(1).- El tanto por ciento del regulador de fraguado en el cemento.
(2).- La composición potencial del clinker.
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HOJA 18.
P50.- Analizando químicamente un cemento obtuvimos el siguiente resultado:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
19.8
5.5
5.0
62.5
2.1
2.3
0.3
2.5
Sabiendo que el cemento lleva como regulador de fraguado un 2.8 % de dihidrato, como adición un 3.7 % de
carbonato cálcico y su clinker no presenta CaO libre, se pide calcular:
(1).- La composición potencial del clinker.
P51.- A una obra de grandes proporciones llega una partida de clinker con la siguiente composición:
Clinker (%).
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Otros
RI
PPC
19.6
7.8
2.7
66.9
1.6
0.3
0.1
1.0
Se pretende moler este clinker en obra para obtener el cemento necesario en la misma con la adición
correspondiente de yeso.
Se quiere saber el peso de yeso de la siguiente composición que hay que añadir por Kg de clinker durante la
molienda, de forma que suponiendo que se combina formando C3A SO4Ca.12 H2O en la hidratación, quede
un exceso de 4 % de C3A, sin combinar con el yeso añadido.
Pesos atómicos:
Si = 28 ; O = 16; Al = 27; Fe = 56; Ca = 40; Mg = 24; H = 1; S = 32; C = 12
H2O
SO3
Al2O3 y Fe2O3
CaO
MgO
CO2
SiO2 y RI
15.42
45.15
1.08
32.7
0.65
2.6
2.4
P52.- Para la construcción de una presa llega a obra una partida de cemento artificial cuyo análisis es el
siguiente:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Otros
RI
PPC
32.10
9.55
3.48
46.40
1.37
1.47
4.68
0.20
0.75
Se pide:
(a).-Interpretar este análisis.
(b).- Indicar si este cemento es adecuado para la construcción de la presa, justificando la respuesta, supuesto
que cumple las características mecánicas requeridas.
P53.- 24. Un molino de bolas para clinker, de una sola cámara, tiene un diámetro interior de 2 m, una longitud
de 10 m y un grado de llenado de 30 %. Los elementos molturadores son cylpebs.
Supuesta una densidad de conjunto de los cylpebs de 6 ton/m3, determinar la potencia necesaria para el arrastre
del molino.
ESCUELA DE INGENIERÍA DE MINAS, ENERGÍA Y MATERIALES-UNIVERSIDAD DE OVIEDO
MÁSTER EN INGENIERÍA DE MINAS
ASIGNATURA: CEMENTO Y HORMIGÓN
Temas 2.- Cementos.
HOJA 19.
P54.- Para una futura fábrica de cemento se dispone de 3 canteras, cuyos materiales tienen el siguiente
análisis:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
PF
A
32.5
22.5
10.6
21.5
2.1
10.8
B
94.4
2.5
1.8
0.5
0.0
0.8
C
4.4
2.7
2.5
49.3
0.5
40.6
La situación de las canteras, en un sistema de ejes coordenados con el kilómetro por unidad, es la
siguiente:
A (8,0)
B (0,14)
C (0,0)
En ese mismo sistema se situará una línea de ferrocarril de ecuación y = 7, en la que se piensa ubicar
la fábrica. El terreno se supone llano y lo suficientemente compacto como para permitir el paso de
vehículos sin necesidad de construir un camino.
El transporte, en el que se supone incluido el precio de extracción, ca rga y retorno, cuesta 0.1 euros
por tonelada y kilómetro para los materiales A y C, y 0.15 euros para el material B.
Se pide: situar la fábrica para que el cemento obtenido tenga un factor de saturación en cal de 1, un
módulo de silicatos igual a 1.6 y su precio sea el menor posible.
P55.- A continuación se da el análisis de un cemento Portland adulterado por adición de una sustancia
y los límites de composición prescritos en el Pliego de Condiciones vigente.
A la vista de estos datos, determínese el tipo de adulteración y la cuantía de la misma.
NOTA:
Pesos atómicos:
C = 12; O= 16
Ca = 40
Mg = 24
Cl = 35,5
H = 1 N = 14 ; Ag = 108 S = 32
Ba = 137
Si = 28
Al = 27
Fe = 56