Subido por LUIS MIGUEL PALOMINO MATEO

Clase 2 Cemento

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TECNOLOGÍA
DEL CONCRETO:
EL CEMENTO
MG. DARWIN LA TORRE ESQUIVEL
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
EL CEMENTO
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CEMENTOS
HIDRÁULICOS Y NO
HIDRÁULICOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
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SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Los cementos hidráulicos han sido definidos como cementos que no sólo se
endurecen al reaccionar con el agua, sino que también forman un producto
resistente al agua.
Figura: Producción del cemento de yeso y la reacción de hidratación
Fuente: Mehta y Monteiro, 2006
Figura: Producción de los cementos de cal y las reacciones
de hidratación con y sin puzolanas.
Fuente: Mehta y Monteiro, 2006
Los cementos derivados de la calcinación del yeso o los carbonatos tales como la piedra
caliza, no son hidráulicos porque sus productos de hidratación no son resistentes al agua.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen por la reacción química con
el agua. Durante la reacción, llamada hidratación, el cemento se combina
con el agua para formar una masa, llamada pasta. Cuando se adiciona la
pasta (cemento y agua) a los agregados (agregado fino o grueso), la pasta
actúa como un adhesivo y une los agregados para formar el concreto
Figura: Presentación del cemento portland en el mercado
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Figura: Cemento portland
Fuente:: Portland Cement Association, ,2004
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El cemento portland no es el componente de mayor proporción del
concreto, pero si el que define la tendencia del comportamiento del material
compuesto
Figura: Proporciones típicas en volumen
de los componentes del concreto
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Materias primas del cemento
Portland
Los materiales usados para la producción del cemento portland deben contener
cantidades apropiadas de los compuestos de calcio, sílice, alúmina, hierro y yeso
Materiales calcáreos:
Contiene carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a
80%. Lo tenemos a las margas, cretas y calizas en general
Materiales arcillosos
Deben contener (1) sílice en cantidad entre 60% y 70%. aquí
tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general. (2)
alúmina (Al2O3) y (3) oxido de fierro (Fe2O3)
Minerales de fierro
Cuando no están presentes cantidades suficientes de Fe2O3
se agrega minerales de fierro, fuente de oxido de fierro
Minerales de aluminio
Cuando no están presentes cantidades suficientes de Ali03 se
agrega bauxita que es una fuente de alúmina
Yeso (sulfato de calcio
hidratado)
Aporta el sulfato de calcio. Controla la fragua (hidratación
violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato
tetracálcico).
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Fuente::
Portland
Cement
Association,
,2004
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La primera etapa es la extracción de materias primas. Este proceso incluye
(1) la perforación y la voladura y (2) el carguío de materia y acarreo.
Figura: Primera etapa: extracción de materias primas
Fuente:: Portland Cement Association, ,2004
Figura: Perforación y voladura secuencial
Fuente:: Geospacial solutions
Las materias primas se extraen de los yacimientos, canteras a cielo abierto. Materiales
duros se extraen mediante voladuras y materiales blandos mediante excavadoras
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La segunda etapa es la reducción de tamaño y pulverización: (3) Chancado
primario y secundario, (4) Zarandeo, (5) Pre homogeneización, (6) Molienda
y homogeneización
Figura: Chancado
Fuente:: Portland Cement Association, ,2004
En el chancado las materias primas son llevadas a la chancadora primaria, en la que,
mediante trituración por presión, se reduce su tamaño hasta un diámetro máximo de 250
mm. Después, en la chancadora secundaria (molino de rodillos) se llega hasta 19 mm.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En el zarandeo se separa el material menor a 19 mm y se envía a la cancha de pre
homogeneización. Las partículas de mayor tamaño regresan a la chancadora.
En la Pre homogeneización el material se deposita en sucesivas capas
horizontales, por medio de una faja telescópica que lo apila formando rumas de
una altura determinada. Para obtener una mezcla mas uniforme, el material de las
rumas es recogido en dirección perpendicular a como fue apilado.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En la molienda y homogeneización se realiza la última reducción de tamaño
del material de 19 mm a polvo (crudo) mediante un molino de bolas. El
crudo se conduce por medio de fajas a los silos de homogeneización en
donde mediante un proceso continuo el material se mezcla para alcanzar la
mayor uniformidad posible antes del precalentamiento. Hay dos
procedimientos: el proceso seco y el húmedo:
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En el proceso húmedo el molido y la homogeneización de la mezcla prima se
realizan en la forma de un lodo que contiene de 30 a 40 por ciento de agua.
el agua utilizada para formar el lodo debe ser posteriormente evaporada.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La tercera etapa es la obtención del Clinker: (7) Precalentamiento, (8)
Cocción y (9) Enfriamiento.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En el pre calentamiento el crudo se introduce por la parte superior de la
torre (precalentador de ciclones) y va descendiendo por ella. Mientras tanto
los gases provenientes del horno, que esta a altas temperaturas ascienden a
contracorriente, precalentando así el crudo antes de entrar al horno
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En la cocción el crudo ingresa al horno rotatorio por el extremo superior.
Primero ocurre la deshidratación del material. Luego, empiezan las
transformaciones físicas y químicas de descomposición de la arcilla y la
caliza, formándose nuevos compuestos combinados, a una temperatura del
orden de los 1500 °C, alcanzada por el calor generado por un quemador
situado en el extremo inferior (salida).
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El producto intermedio que sale del horno llamado CLINKER, consiste en
pequeñas aglomeraciones esféricas de color negro, de ¼ a 1 pulgada de
diámetro
Los hornos rotatorios utilizados para la cocción son de 50 a 150 m de largo, 2 a 6 m de
diámetro. Con 4% de inclinación y giran a una velocidad angular de 30 a 90 revoluciones
por hora.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El enfriador esta formado por varias superficies escalonadas, compuestas
por placas fijas y móviles alternadas con pequeños orificios por donde pasa
el aire generado por ventiladores. El objetivo es enfriar el Clinker desde los
1200 °C hasta los 180°C.
Finalmente se pasa por un nuevo
proceso de molienda a través de un
molino de bolas o rodillos. En donde se
tritura
el Clinker con una finura
adecuada, añadiendo una cantidad de
yeso alrededor del 5%.
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Fuente:: Newman y Ban, 2003
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La cuarta etapa es la obtención del cemento portland. Se tritura el Clinker a
través de un molino de bolas o rodillos con una finura adecuada, añadiendo
una cantidad de yeso alrededor del 5%. Finalmente se envasa y despacha el
cemento.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El cemento se almacena en silos. Es despachado tanto en bolsas especiales
(42.5 kg) como a granel. Las bolsas se descargan en una faja transportadora
y son llevadas a las plataformas de los camiones. Para el cemento a granel se
usan camiones especiales
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Figura: Planta de
producción de cemento
Fuente: Mehta y
Monteiro, 2006
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Tipos de cemento tradicionales según
la ASTM C150
CEMENTOS TRADICIONALES
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Tipo I
Uso general, alto calor, f’c
rápido
Rápido desencofrado, clima
frio y productos
prefabricados
Tipo II
Mediana resistencia a los
sulfatos, calor moderado, f’c
lento
Obras en contacto con suelos
húmedos como puentes,
tuberías, cimientos
Tipo III
Alto calor, f’c muy rápido,
baja resistencia a los sulfatos
Obras que necesitan un uso
rápido como pavimentos,
veredas, aeropuertos
Tipo IV
Muy bajo calor de
hidratación, f’c muy lento
Estructuras masivas (presas)
donde se requiera controlar
el calor de hidratación
Tipo V
Muy resistente a los sulfatos,
bajo calor, f’c muy lento
Obras en contacto con suelos
húmedos (alcantarillas,
canales, cimientos)
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
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CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
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CEMENTO ANHIDRO
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CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
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CEMENTO ANHIDRO
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CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Cada cemento tiene una forma diferente de desarrollar la resistencia a
compresión del concreto. En esta gráfica se observa el comportamiento de
una mezcla con una misma relación agua/cemento de 0.49. Para cada caso
se varió el tipo de cemento.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Tipos de cemento adicionados según la
ASTM C595
CEMENTOS ADICIONADOS
Tipo IP
Cemento portland puzolánico (puzolana entre 15 al 40
% de la masa total)
Tipo I(PM)
Cemento portland puzolánico modificado (cuando la
puzolana no excede el 15% de la masa total)
Tipo IS
Cemento portland de escoria (presente entre 25 a
70% de la masa total)
Tipo MS
Cemento portland de escoria modificada (la escoria no
excede el 25% de la masa total)
Tipo ICo
Cemento portland compuesto (obtenido por
pulverización del Clinker con materias calizas o
inertes, hasta un máximo de 30% de masa total)
Tipo IL
Es un cemento hidráulico en el cual el contenido de
caliza es mas que el 5% pero menor o igual a 15%
Cementos binarios
Tipo IT: Cementos
ternarios
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Tipos de cemento adicionados según
la ASTM C595
CEMENTOS ADICIONADOS
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Cementos binarios
IT(S20)(P10)
70% cemento portland, 20% escoria y
10% puzolana
Tipo IT: Cementos
ternarios
IT(L20)(S20)
60% cemento portland, 20% filler calizo
y 20% escoria
IT(L10)(P10)
80% cemento portland, 10% filler calizo
y 10% puzolana
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Puzolana: Es un material silíceo o silíceo o aluminoso, que por si mismo
puede tener poco o ningún valor cementicio, pero que, finamente dividido y
en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de
calcio, a temperaturas comunes para formar compuestos que poseen
propiedades cementicias.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Escoria de alto horno: Producto no metálico conformado esencialmente de
silicatos y aluminosilicatos de calcio y otras bases que se forman en
condiciones fundidas simultáneamente con el hierro en un alto horno.
Filler: Los filleres son materiales inorgánicos minerales, naturales o artificiales,
especialmente seleccionados que mediante adecuada preparación, con
adecuada distribución de tamaños de partícula, mejoran las propiedades del
cemento (tales como la trabajabilidad o la retención de agua). Pueden ser
inertes o poseer propiedades ligeramente hidráulicas, hidráulicas latentes o
puzolánicas.
Tarea: investigar sobre las propiedades de aportan las adiciones al cemento***
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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PROCESO DE
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TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Tipos de cemento por desempeño
C1157
CEMENTOS POR DESEMPEÑO
Tipo GU
Cemento hidráulico para
construcciones generales
Tipo HE
Alta resistencia inicial
Tipo MS
Moderada resistencia a los sulfatos
Tipo HS
Alta resistencia a los sulfatos
Tipo MH
Moderada calor de hidratación
Tipo LH
Bajo calor de hidratación
Tipo R
Baja reactividad a la reacción alkali agrgado
Semestre 2020-II-B
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1
2
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5
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7
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9
CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
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CEMENTO ANHIDRO
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CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
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FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En el Perú se consumen aproximadamente 11 millones de toneladas de
cemento al año
Venta local de cemento en el Perú 2007-2018
Cemento (millones de toneladas)
12
11.0
10
11.3
11.0
10.8
10.7
10.9
9.9
8
8.4
6.7
6
8.9
7.1
5.9
4
2
0
2 007 2 008 2 009 2 010 2 011 2 012 2 013 2 014 2 015 2 016 2 017 2 018
Tiempo (año)
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Fuente: INEI, 2018
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MATERIAS PRIMAS
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INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En el Perú existen 6 cementeras importantes distribuidas en norte, centro y sur.
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CEMENTOS
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INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
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CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
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TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
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CEMENTO ANHIDRO
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CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Puesto que los silicatos de calcio son los constituyentes principales del
cemento portland, las materias primas para la producción del cemento
deben proporcionar calcio y sílice en formas y relaciones adecuadas.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
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INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Óxidos en el cemento en un
95%
El cemento portland es el producto de la mezcla intima de calizas y arcillas u
otros materiales en cuya composición entran los siguientes óxidos en un 95%.
Oxido de calcio
“C” (CaO)
61 a 67 %
Caliza
Sílice
“S” (SiO2)
19 a 23%
Areniscas
Alúmina
“A” (Al2O3)
2 a 6%
Arcillas
Oxido férrico
“F” (Fe2O3)
0 a 6%
Hierro
El resto (5%) son óxidos de magnesio (1 a 3%), de sodio y potasio (0.25 a 1.5%), y de
titanio; sulfatos (1 a 3%), fosforo, manganeso y otros minerales diversos
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Puesto que las propiedades del cemento portland están relacionadas con la
composición de sus integrantes, es difícil sacar conclusiones del análisis de
los óxidos del cemento
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La presencia del Al203, Fe203, MgO y los álcalis en la mezcla prima, tienen
un efecto mineralizante en la formación de silicatos de calcio; es decir,
ayudan a la formación de silicatos de calcio a temperaturas
considerablemente más bajas que de otra manera no sería posible.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Las transformaciones del crudo son:
1.- El crudo se seca a temperaturas bajas (150°C).
2.- La caliza de descarbonata
3.- Se pierde el agua de constitución de las arcillas
(antes de los 1000°C)
CaCO3 + calor -> CaO + CO2 ↑(950°C)
Arcilla + calor -> Arcilla + H2Oconst (500°C)
4.- Se funde la alúmina y el Fe2O3 y reaccionan con
CaO para dar el aluminato y el ferrito. Es el único
fundido que se produce y facilita la formación de los
silicatos de calcio (en fase solida)
Al2O3 + CaO -> C3A
Fe2O3 + CaO -> C4AF
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
5.- A 1300°C se forma el silicato bicálcico (belita):
2CaO + SiO2 -> SiO2.2CaO (C2S)
6.- A 1450°C la belita reacciona con la cal restante
para formar la alita:
SiO2.2CaO + CaO -> SiO2.3CaO (C3S)
Todos los procesos se producen en hornos
cilíndricos sub-horizontales.
Fuente: Laura Navarro, 2015
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Compuestos finales
Los principales compuestos producto de la sintetizacion presentes en el
cemento portland son la alita, la belita, el aluminato y la celita.
3CaO.SiO2
C3S
Silicato tricálcico
(Alita)
2CaO.SiO2
C2S
Silicato bicálcico
(Belita)
3CaO.Al2O3
C3A
Aluminato tricálcico
(Aluminato)
4CaO.Al2O3.Fe2O3
C4AF
Ferroaluminato
tetracálcico (Celita)
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El silicato tricálcico (alita) (3CaO.SiO2) (C3S) es el más importante de los
compuestos. Hidrata y endurece rápido por ello es el responsable de la
resistencia inicial del cemento (primera semana). Influye mucho en el calor
de hidratación.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El silicato bicálcico (belita) (2CaO.SiO2) (C2S) es el segundo más importante
de los compuestos. Hidrata y endurece con lentitud por ello es el
responsable de la resistencia a largo plazo del cemento. Influye poco en el
calor de hidratación.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El aluminato tricálcico (aluminato) (3CaO.Al2O3) (C3A) es el primero en
hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez. Condiciona el fraguado violento
actuando como catalizador (substancia que aumenta la velocidad de una
reacción química). Poca resistencia a la acción de los sulfatos y ataques
químicos
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El Ferrito aluminato tetracálcico (celita) (4CaO.Al2O3.Fe2O3) (C4AF) tiene
una lenta velocidad de hidratación. Es de color gris oscuro por lo que influye
en el color final del cemento. Reduce la temperatura de formación del
Clinker.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
• Componente menor, en porcetajes mayores al 5% puede causar
problemas de expansión en la pasta hidratada endurecida
Oxido de magnesio (MgO)
Óxidos de potasio y sodio (K2O, Na2O ->
álcalis)
Óxidos de manganeso y titanio (Mn2O3,
TiO2)
Semestre 2020-II-B
• Son solubles en agua. Reaccionan químicamente con ciertos
agregados, producen eflorescencia con agregados calcáreos
• Coloración, resistencia a largo plazo per en menor orden
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El cemento anhidro no tiene propiedades adhesivas. La reacción química con
el agua, llamada hidratación, forman productos que si tienen acción
cementante. Durante la hidratación se producen cambios en la estructura
interna del material y variación en la energía. La estructura interna de los
componentes del cemento cambia a los de la pasta de cemento
Fuente:: Portland Cement Association, ,2004
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Las reacciones químicas de hidratación son exotérmicas, es decir, liberan
calor, lo cual puede ser de ayuda algunas veces, pero en otras es un
problema por el posible aumento excesivo de la temperatura
Semestre 2020-II-B
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Los silicatos de calcio, C3S y C2S, se hidratan para formar los compuestos
de silicato de calcio hidratado C-S-H (gel de tobermorita) y el hidróxido de
calcio CaO.H2O (portlandita) y. El cemento portland hidratado contiene del
15% al 25% de hidróxido de calcio y aproximadamente 50% de silicato de
calcio hidratado, en masa.
La resistencia y otras propiedades del
cemento hidratado se deben
principalmente al silicato de calcio
hidratado
Figura: Tobermorita
Fuente: Laura Navarro, 2015
Semestre 2020-II-B
La influencia de la portlandita enla
resistencia es limitada. Desmejora la
durabilidad
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Figura: Portlandita
Fuente: Laura Navarro, 2015
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La tobermorita toma el estado de un gel formado por partículas coloidales
sumamente pequeñas (1 a 100 nm). En la superficie limite de las partículas
existen fuerzas de atracción no neutralizadas, que tienden a atraer otras
partículas
• granos de 10µ de tamaño medio (1-50µ)
• tienen una superficie especifica de 3000
cm2/g
Cemento
Tobermorita
Semestre 2020-II-B
• 0.1µ,
• tiene una superficie especifica de 3000000
cm2/g.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La etringita (Trisulfoaluminatos de calcio hidratado) compone entre el 15 al
20% del volumen de solidos. Tienen forma de agujas hexagonales.
Contribuye a la resistencia inicial (primeras horas).
Figura: Etringita
Fuente: Laura Navarro, 2015
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Figura: Desarrollo de los compuestos hidratados
Fuente: Portland Cement Association, ,2004
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
En estas reacciones se necesita:
C3S → 24% de agua
C2S → 21% de agua
El agua necesaria en las reacciones del C3A y C4AF y del yeso es mayor en
proporción que las reacciones anteriores pero como estos componentes se
hallan en menor cantidad que los silicatos, no influyen considerablemente
en la demanda de agua que máximo llega a ser 28%
Estas es el agua que se combina químicamente, por supuesto el concreto
necesita una relación a/c mayor que 0.28, pero es debido a la necesidad de
darle trabajabilidad
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
La rapidez de la reacción determina el tiempo en que el concreto se solidifica
(fragua) y adquiere resistencia. La reacción inicial debe ser suficientemente
lenta como para permitir que el concreto sea colocado en el encofrado
Estado plástico
Fraguado inicial
(caso junta fria)
Fraguado final
endurecimiento
No todos los compuestos del cemento hidratan a la misma velocidad. Los
aluminatos reaccionan mas rápido que los silicatos
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Durante la hidratación ocurren los siguientes fenómenos:
Rigidización:
• Perdida inicial de consistencia de la pasta de cemento y que es asociada
con la perdida de Slump del concreto
Fraguado:
• Solidificación de la pasa de cemento plástica con contracción volumétrica
• Fraguado inicial: inicio de solidificación (cuando la pasta se vuelve
intrabajable), aproximadamente en 45 minutos
• Fraguado final: solidificación (menor a 6 horas)
Endurecimiento:
• Aumento de resistencia en el tiempo (calculado en mas de 20 años).
Rápido al inicio y amortiguado en el tiempo
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
Las reacciones químicas entre los distintos componentes del cemento
portland se dividen en 5 etapas mostradas en una curva que representa los
cambios en el calor durante las horas y días de la hidratación.
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CEMENTOS
MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El fraguado es el cambio de consistencia de la pasta de fluido-plástica a
sólida. Este endurecimiento inicial o fijación es diferente del endurecimiento
o incremento de resistencia de la pasta fraguada. El proceso es exotérmico,
es decir, genera calor. El fraguado es causado por la hidratación selectiva de
los componentes del cemento en el siguiente orden:
C3A
C3S
C2S
El C3A produce un fraguado relámpago, que es atenuado por el yeso (CaSO4) añadido al
Clinker, el cual retrasa la hidratación del aluminato tricálcico mediante la formación de un
compuesto (la estringita) que cubre al hidrato por un tiempo
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
CONTROL DE CALIDAD
El fraguado inicial ocurre cuando suficiente C-S-H y CH forman una malla
conjunta que rigidiza la mezcla. Antes de este fraguado inicial la mezcla
puede remezclarse sin producir deformaciones permanentes. En el fraguado
final ya no se puede manipular el concreto sin producir daños en su
resistencia, debido a que se romperían los enlaces entre cristales que se
están formando
Fuente: Zongjin, 2011
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MATERIAS PRIMAS
PROCESO DE
FABRICACIÓN
TIPOS DE CEMENTO
INDUSTRIA DEL
CEMENTO EN EL PERÚ
SINTETIZACIÓN DEL
CEMENTO
COMPUESTOS DEL
CEMENTO ANHIDRO
HIDRATACIÓN DEL
CEMENTO
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Fuente:: Mehta y
monteiro, 2006
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Bibliografía
• Metha. K y Monteiro. P, Concreto, estructura, propiedades y materiales, 2006
• Zongjin. L, Advanced Concrete Tecgnology, 2011
• PCA, Diseño y control de mezclas de concreto, 2004
• Newman. J, Ban S. Advanced concrete technology, 2003
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