PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----

PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 1
P1.- 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.
P2.- Para la construcción de una presa llega a obra una partida de cemento artificial cuyo análisis
químico es el siguiente:
S
32.1
F
C
MgO SO3 S.D. R.I. P.F.
3.48 46.40 1.37 1.47 4.68 0.2 0.75
A
9.55
Se pide :
(i).- Interpretar el análisis
(ii).- Indicar si este cemento es apropiado para construir una presa.
P3.- 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 que 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.
P4.- 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
P5.- El análisis químico siguiente de un cemento Pórtland :
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.6.- 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/cm2 < 5%
¿Qué tipo de cemento es?
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 2
P7.- 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 %
P8.- 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 que 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
P9.-Una empresa de fabricación de cemento disponesde 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 que 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
P10.- Del análisis de un cemento se sabe:
% CaO = 62 %,
%Fe2O3 = 6,5, %,
Al2 O3 = 4,66 %,
SiO2 = 20,06 %
Se pide determinar que tipo de cemento es y si es resistente a las aguas selenitosas
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HOJA 3
P11.- 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
P12.- 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 C4 FA.
P13.- 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.
P14.- 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.
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 4
P15.- 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
R.I.
P.C.
0.1
1.0
0.3
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 C3 A.SO4Ca.12H2 O en
la hidratación, quede en exceso el 4 % de AC3 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
CO2
0.65 45.25
2.6
Pesos atómicos:
Si =28, O =16, A1=27, Fe =56, Ca = 40, Mg = 24, H = 1, S = 32, C = 12
P16.- 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
P17.- .- 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
1.4
SO3
2.0
Si el contenido en cal libre es el 0.7 %, se pide interpretar dicho análisis.
S.D.
1.1
R.I.
P.C.
0.3
0.8
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 5
P18.- 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
P19.- 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 K2O
0.07
0.25
S.D.
0.58
R.I.
P.C.
0.9
2.5
Si el contenido en cal libre es el 1.2 %, se pide interpretar dicho análisis.
P20.- Se tiene un producto cuyo análisis responde a los valores siguientes:
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
Cemento
23.00
3.55
0.35
CaO MgO
66.00
2.15
SO3
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.
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 6
P21.- Se dispone de una caliza y una arcilla cuyas composiciones son:
CaO MgO
SO3
OXIDO
SiO2
Al2 O3
Fe2 O3
Caliza
4.60
0.60
0.55
51.60
0.75
Arcilla
22.80
8.00
2.90
33.10
2.10
P.C.
S.D,
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
P22.- 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, H2O = 18
P23.-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 perdidas 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 proporcion 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 ?
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 7
P24.- 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.
P25.- Una fabrica 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 %,
2 % y 25 % respectivamente.
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.
CS
(a).- Calcular en el clinker obtenido la proporción de Silicatos
y la relación 2
C3S
Fundentes
(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?
PROBLEMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ----- TEMA7: CEMENTOS
HOJA 8
P26.- 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.
P27.- Se desea fabricar un clinker con un 70 % de silicatos y una relación
C3S
C2S
= 1 de 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 calorifico 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.