Antes de empezar a describir el cemento portland debemos saber que es un aluminio silicato de calcio, patentado por Joseph Aspdin, un creador de cemento, este se obtiene por el calentamiento incipiente entre la caliza y la arcilla.
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| cemento portland tipo I, II, III, IV, V |
COMPOSICIÓN QUÍMICA
debemos empezar sabiendo Los componentes químicos del cemento portland
Los componentes principales del cemento
portland lo constituyen los silicatos y los aluminatos de calcio, estos se
forman por la unión química de diferentes óxidos, uno de ellos como el oxido de calcio (CaO), la silica (SiO2) , la alúmina
(Alo3), y el oxido de fierro (Fe2o3).
Los componentes en el resultado del proceso
de fusión química en el horno son:
En estos compuestos el magnesio puede suplantar al
calcio, existen también silicatos y ferro aluminatos de sodio y potasio.
También se forman compuestos secundarios como MgO,
SO3, K2O, Na2O, entre otros, los óxidos de potasio y sodio se conocen como los
álcalis del cemento, con frecuencia estos compuestos se restringen en un 0.6%
por peso en forma combinada
En la producción del
cemento portland se espera la presencia de los diferentes óxidos que estén
dentro de los rangos indicados:
Composición del cemento
portland
Los óxidos de calcio y
de sílice son los más abundantes en los cementos, su variación en porcentaje,
al igual que la de los demás óxidos está regida por las proporciones de los
ingredientes en bruto alimentados al curso de producción.
En forma simplificada
podemos decir que en los distintos tipos de cemento (fraguado lento y rápido)
su composición varía entre:
55 –65% de CaO + MgO
20 -25% de SiO2+ SO3
8 -15% de Al2O3+ Fe2O3
se denominan componentes
ácidos al SiO2, SO3, Fe2O3, y Al2O3 y básicos al CaO, MgO, K2O, Na2O; se
denomina índice de hidraulicidad a la relación entre éstos componentes:
I= ( SiO2+ SO3+ Fe2O3+
Al2O3)/ (CaO+ MgO+ K2O+ Na2O)
De acuerdo al valor de
éste índice los cementos se clasifican en:
Cementos rápidos: 0.65 £ I £
1.20 fraguan en un
tiempo menor a 1 hora
Cementos lentos: : 0.50 £ I £0.65 fraguan en un tiempo mayor a 8 horas.
PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS
PROPIEDADES
FISICAS
La finura
se reduce como la medida o tamaño de las partículas que componen el cemento; se
expresa en cm²/gr lo cual denominamos superficie de contactos o superficies
especificas; esto se refleja en el proceso de hidratación del cemento dado que
al haber un alto contacto con la superficie será mejor y más rápido el
fraguado, además es la cantidad de área expuesta al contacto con el agua en una
determinada masa de cemento esto quiere decir que
entre más fino sea el cemento tiene más rapidez al contacto con el agua, y entre mayor sea la superficie de contacto mayor es la finura del cemento.
entre más fino sea el cemento tiene más rapidez al contacto con el agua, y entre mayor sea la superficie de contacto mayor es la finura del cemento.
Generalmente durante los 28 días un cemento ha cumplido el 90% de su hidratación, el otro 10% puede durar años.
PROPIEDADES
QUIMICAS
El
cemento Pórtland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de varios
compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o más de el peso del cemento Pórtland
y son:
el silicato tricálcico, el silicato dicálcico, el aluminato tricalcico y
el aluminio ferrito tetracálcico.
El
diámetro promedio de una partícula de cemento típica es de aproximadamente 10
micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran
las promedio, el cemento Pórtland contendría aproximadamente 298,000 millones
de granos por kilogramo, Un
dato importante es que las partículas en un kilogramo de cemento Pórtland tienen
un área superficial aproximada de 400 metros cuadrados.
Los
dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del
cemento Pórtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el
hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es con
mucho el componente cementante más importante en el concreto.
La
composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo
variable, pero contiene cal (CaO) y sílice (Si02), en una proporción sobre el
orden de 3 a 2. El área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos
3000 metros cuadrados por gramo.
Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho más resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento.
PROCESO DE ELABORACION
USO Y APLICACIONES
El
cemento portalnd tiene diferentes usos según el tipo que sea entre ellos se
encuentran los siguientes:
Tipo 1
: este es de uso común, se utiliza en todas las obras para las cuales no se desea
una protección especial, esto quiere decir que las condiciones de trabajo de la
obra no involucran condiciones climáticas drásticas ni el contacto con
sulfatos.
Tipo 2:
es de uso general, y especifico cuando se busca una resistencia moderada a los
sulfatos o al calor de hidratación, además es empleado en estructuras
moderadamente masivas como grandes columnas o muros de concreto muy anchos,
pues su objetivo es evitar que el concreto se agriete por los cambios térmicos
que sufre durante la hidratación, también es empleado en cimentaciones y muros
bajo tierra, donde las concentraciones de sulfatos no sean muy altas.
Tipo 3: es
conocido como de resistencia rápido fraguado rápido, este tipo de cemento es
empleado cuando hay la necesidad de descimbrar rápido con el objeto de acelerar
otros trabajos y poner en servicio la obra lo más pronto posible ,durante los
primeros siete días su resistencia es realmente notoria.
Tipo 4:
este es de bajo calor de hidratación, su resistencia es más lenta que el
cemento normal por sus bajos contenidos de silicato tricalcico , es
utilizado en la construcción de estructuras masivas una de ellas como las
presas de concreto, o en donde se quiere controlar el calor de hidratación a un
mínimo para evitar agrietamientos.
Tipo 5: tiene alta resistencia a los sulfatos,
además es usado en todo tipo de construcciones que estarán expuestas al
ataque de sulfatos en solución o que
estarán en ambientes industriales agresivos, se
caracterizan por su ganancia moderada de resistencia a edades tempranas, pero
al igual que el cemento de bajo calor desarrolla buena resistencia a edades
tardías
EFECTOS
SOBRE EL MEDIO AMBIENTE (DEGRADACIÓN)
Las plantas de cemento
pueden tener impacto ambiental
positivo en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la
tecnología y el proceso son muy apropiados para la re utilización o
destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos
desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar
en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de
las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.
Los impactos ambientales negativos de
las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo
y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y
emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas
o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO)
y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos,
cetonas, y óxidos de azufre y nitrógeno).
Los
contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación
del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos,
principalmente potasio y sulfato), y el agua de
enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido
lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de
los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales
y freáticas.
El polvo,
especialmente la sílice libre,
constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la
planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos
mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si
se escoge el sitio de la planta con cuidado.
BIBLIOGRAFIA
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