EL CEMENTO

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CEMENTO
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PROCESO HISTORICO DEL CEMENTO
El cemento ha sido utilizado durante más de 2.000 años en
algunas de sus diversas formas. Aunque se encuentran
vestigios del empleo de morteros hidráulicos en las
edificaciones romanas, estos hallazgos indican que el uso del
cemento sólo tuvo un carácter casual o empírico en estos
tiempos, que no dejó huella en años posteriores. La era del
cemento puede afirmarse que se inicia con los estudios
efectuados por S IMEATON en 1756 acerca del posible
mecanismo de acción del fraguado y con los posteriores
ensayos de V ICAT realizados en los primeros años del s. XIX
sobre la producción de cementos por la cocción de mezclas
artificiales de calizas y arcillas.
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PROCESO HISTORICO DEL CEMENTO
• Hasta entonces, solamente se habían empleado
cementos que consistían en una mezcla de
cenizas volcánicas y cal viva. A partir de esta
fecha se fueron repitiendo los intentos, con poca
fortuna, siendo A SPDIN en Inglaterra (1824) el
primero que consiguió un producto que
mereciera verdaderamente el nombre de
cemento, cociendo a temperatura muy
• elevada una mezcla bien dosificada de cal
apagada y arcilla.
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EL CEMENTO
Definición:
En un sentido estricto, se considera cemento a
toda sustancia o mezcla de sustancias que
tienen propiedades adhesivas.
En un sentido más preciso se denomina
cemento a todo agente aglutinante hidráulico.
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EL CEMENTO
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Caliza
Arcilla
Arena
Mineral de Hierro
Yeso: es usado para regular el fraguado y así
retardarlo
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EL CEMENTO
• La hidraulicidad es la capacidad de fraguado
tanto al aire como en agua. En esencia el
cemento consiste en un polvo fino que se
obtiene moliendo la escoria de una mezcla de
arcilla y piedra caliza.
• Al mezclar cemento y agua se obtiene una
masa plástica que se endurece
progresivamente, a medida que se forman
cristales entrelazados de aluminosilicatos
hidratados, hasta alcanzar una dureza similar a
la piedra. Puede ser mezclado con arena y
grava para formar mortero y hormigón. En la
actualidad se utiliza en las obras de ingeniería
civil y militar.
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ASTM.-ASSHTO -NTP -MTC
Son siglas de la norma técnica americana significa
“American Society For Testing Of Materials “(Asociación
Americana De Pruebas De Materiales ).
CLINKER.Fases donde después de la extracción y homogenización de
la materia prima (caliza y arcilla )esta mezcla es llevada a zonas de
precalentamientos y hornos produciendo un material pre-crudo, para
posteriormente adicionar el yeso.
PUZOLANA.Materia prima silicea que puede agregarse en el proceso de
clinkerizacion para obtener un cemento especial con propiedades
particulares.
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•
V
EL CEMENTO
Es un polvo fino que se obtiene moliendo la
escoria de una mezcla de arcilla y piedra
caliza calcinada a elevadas temperaturas.
El cemento mezclado con el agua, arena y
grava origina el hormigón.
Los cementos artificiales se clasifican en :
cemento Pórtland
cemento aluminoso.
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EL PROCESO PORTLAND
Los materiales utilizados para la fabricación de la
escoria son la piedra caliza, y la arcilla, se muelen en
seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo).
La mezcla pulverizada se calcina en hornos a una
temperatura que va de 1.400 ºC, la escoria se enfría
rápidamente para evitar la transformación del
silicato tricálcico, principal componente del cemento
Pórtland, en silicato bicálcico y óxido de calcio.
Las masas de escoria enfriada se mezclan con yeso
y otros varios aditivos(sales de naftaleno sulfonado
y formaldehido, que controlan el tiempo de fraguado
y otras propiedades) y por último la escoria se tritura
en un molino, se criba y almacena.
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EL CEMENTO -COMPOSICION QUIMICA
La composición química del cemento Pórtland es :
óxido de calcio (CaO), 65%
dióxido de silicio (SiO2), 20 %
trióxido de aluminio (Al2O3), 5 %
óxido férrico (Fe2O3), 5 %
óxido de magnesio (MgO), menor del 5 %
La composición química del cemento aluminoso :
óxido de aluminio (Al203), 50 %
óxido de calcio (CaO), 40 %
óxido férrico (Fe2O3),5 %
dióxido de silicio (SiO2 ),5 %
Durante el proceso de quemado de horno de cemento se
eliminan a la atmósfera materia particulada formada por
metales pesados, cromo, arsénico, dioxinas, y otros
contaminantes.un kilogramo de polvo normal de cemento
contiene de 5 a 10 mg de cromo hidrosoluble. El cromo tiene su
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origen en la materia prima y en el proceso de producción
•
Los compuestos que forman la composición
química , proceden de la materia prima utilizada para formar
el “crudo”, fundamentalmente calizas y arcillas , que aportan
una serie de oxidos de cal , sílice, aluminio, hierro y otros.
• Como consecuencia de las altas temperaturas que se generan
en el horno , entre estos oxidos se producirán una serie de
reacciones que darán lugar a la formación de compuestos
complejos que tendrán una estructura mas o menos cristalina o
amorfa, dependiendo de la velocidad de enfriamiento del
clinker resultante .
• La composición química del clinker del cemento Pórtland
depende, pues, no solo de las materias primas empleadas en
su fabricación, si no también de su dosificación (proporción
en que intervengan cada uno de los oxidos que aporta la
materia prima). Y de los procesos de cocción y de enfriamiento
.
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EL CEMENTO
COMPOSICION QUIMICA
• Se debe realizar el análisis químico de la materia prima y
obtener los porcentajes en masa de los oxidos y otros
compuestos que contienen, para poder dosificar
adecuadamente el crudo. En la composición química del
clinker de cemento Pórtland interviene muchas sustancias ; la
mayor parte de ellas contienen tres o mas elementos
combinados, por lo que las formulas que dan son bastante
extensas. Por ello, para estudiar y analizar su composición
conviene hacer la siguiente simplificaciones:
• Por una parte, como la mayoría de estos elementos combinan
con el oxigeno, podemos considerar los compuestos formados
por oxidos, lo cual describe correctamente su composición
química aunque no contempla su composición estructural ; sin
embargo es el medio mas común para representar una
composición. Por otra parte , designados estos compuestos,
no por su composición química sino por su símbolo
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•
B
• A continuación se indica la composición química
media de la materia prima necesaria para obtener un
clinker Pórtland.
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COMPONENTES QUIMICOS DE LA MATERIA PRIMA
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NOMENCLTURA
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PRINCIPALES
Oxido calcico
Anhídrido silicico
Oxido aluminico
Oxido ferrico
SECUNDARIOS
Álcalis
Trioxido de azufre
Perdida al fuego
Residuo insoluble
Oxido de magnesio
Oxido de magneso
Oxido de titanio
Oxido de cromo
47(ppm)
Oxido de fosforo
Oxido de bario
Oxido de estroncio
FORMULACION
CaO
SiO2
Al2O
Fe2O3
K2O + Na2O
SO3
MgO
Mn2O3
TiO3
CrO
P2O5
BaO
SrO
FORMULA
ABREVIADA
%
EN MASA
C
S
A
F
65
21
6
3
K+N
S
P.F.
R.I.
M
Mn
T
Cr
0.8
1.5
1.5
1
1.5
0.2
0.25
P
Ba
Sr
0.1
0.02
0.1
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• COMPONENTES PRINCIPALES
• Los oxidos principales (C,S,A,F) constituyen prácticamente mas del
90% en peso del clinker y dan lugar a la formación de los componentes
minerologicos principales del clinker . De los cuatro oxidos principales
, la cal es de carácter básico . De ellos , la sílice y la cal son los
componentes activos y la alumina y el hierro fundentes
•
COMPONENTES PRINCIPALES
• NOMBRE
COMPOSICION
FORMULA
•
ABREVIADA
•
•
•
•
•
SILICATO TRICALCICO
3CaO SiO2
SILICATO BICALCICO
2CaO SiO2
ALUMINATO TRICALCICO 3cAo Al2O3
FERRITO ALUMINATO
4CaO Al2O3 Fe2O3
TETRACALCICO
C3S
C2S
C3A
C4AF
NOMBRE
DEL COM
Alita
Belita
Celita
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La composición química del cemento portland es :
óxido de calcio (CaO), 65%
dióxido de silicio (SiO2), 20 %
trióxido de aluminio (Al2O3), 5 %
óxido férrico (Fe2O3), 5 %
óxido de magnesio (MgO), menor del 5 %
La composición química del cemento aluminoso :
óxido de aluminio (Al203), 50 %
óxido de calcio (CaO), 40 %
óxido férrico (Fe2O3),5 %
dióxido de silicio (SiO2 ),5 %
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Fraguado y endurecimiento de la
pasta del cemento
• Proceso físico - químico derivado de la reacción química
del agua con las fases mineralizadas del clinker y que en su
primera etapa incluye la solución en agua de los
compuestos anhidros del cemento, formando compuestos
hidratados.
• El endurecimiento de la pasta de cemento muestra
particularidades que son de interés para el desarrollo de
obras de ingeniería:
1. La reacción química producida es exotérmica, con
desprendimiento de calor, especialmente en los primeros
días.
2. Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen,
de dilatación si el ambiente tiene un alto contenido de
humedad o de contracción si este es bajo.
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Fraguado y endurecimiento de la
pasta del cemento
• Al amasarse el cemento con el agua, los primeros
componentes en hidratarse son los no silicatados
(Al2O3. 3 CaO, aluminato tricálcico --> Al2O3. Fe2O3
4 CaO, alumino ferrito tetracálcico--> Fe2O3. 2 CaO,
ferrito dicálcico).Esta reacción es la responsable del
fraguado de la mezcla, al formarse un gel que
envuelve los granos.
• Sin embargo, el endurecimiento final de la mezcla, se
debe a la hidratación de los componentes silicatados
(SiO2. 3 CaO, silicato tricálcico y SiO2. 2 CaO,
silicato dicálcico).
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Reacciones de hidratación
• Las reacciones de hidratación, que
forman el proceso de fraguado son:
•
2(3CaOSiO2) + 5H2O → 3CaO2SiO2xH2O + 3Ca(0H)2
•
2(2 CaO SiO2)+ 3H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2
•
2(3CaOAl2O3)+ 10H2O → 4CaOAl2O3xH2O + 2CaOAl2O38H2O
•
3CaOAl2O3 + 12H2O + Ca(0H)2 → 4CaOAl2O313H2O
•
4CaOAl2O3Fe2O3
CaOFe2O3H2O
+
7H2O
→
3CaOAl2O36H2O +
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Reacciones de hidratación
• Estas reacciones son todas exotérmicas. La
más isotérmica es la hidratación de
3CaOAl2O3, seguida de la de 3CaOSiO2, y
luego 4CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente
2CaOSiO2.
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