1 UNIVERSIDAD DE PIURA Facul tad de Ingeni er aPrograma de Ingeni er a Ci vi lCEMENTOS Curso: TECNOLOGA DEL CONCRETO 2 Introduccin > Hay varios tipos (segn usos) > Difieren en composicin qumica > El ms usado: cemento Portland: familia de cementos con propiedades similares 3 PRODUCCIN DEL CEMENTO PORTLAND 4 Etapas del proceso > Explotacin (minado) de las MP > Transporte a planta > Almacenamiento en planta > Preparacin de MP Trituracin Pre-homogeneizacin Molienda Homogeneizacin > Coccin o quemado > Almacenamiento (Clinker) > Transformacin: clinker cemento 5 6 7 MATERIA PRIMA (MP) (CaO)(SiO2) (Al2O3) (Fe2O3) Se requiere pureza adecuaday composicin uniforme. Fe y Al: Fundentes 8 MATERIA PRIMA (MP) 9 Objetivo:LograrunaMPdecomposicinconstantey completamente mezclada (homognea) al ingreso del horno. Depende de: Materia prima Equipamiento de la planta Diseo de la planta PREPARACIN DE LA MATERIA PRIMA (Proceso previo) 10 PREPARACIN DE LA MP Obsoleto Consumo de energa El ms usado Ms eficiente 11 12 Fuente: http://www.mgbeneficiation.com/rotarykilns/Rotary-Kiln-Suppliers.htm HORNO DE CEMENTO 60 200 rpm Hasta 6,00 m > 180 m long. > 5000 t/da tpermanencia: 2 2,5 h (hmedo)1 1,5 h (seco) 13 14 Fuente: http://concretoulsacancunadrianohernandez.blogspot.com/2011/08/proceso-de-fabricacion-del-cemento.html QUEMADO O CLINKERIZACIN 15 PROCESO DE QUEMADO 16 PROCESO DE QUEMADO 17 PROCESO DE QUEMADO 18 PROCESO FINAL 19 PROCESO FINAL: CEMENTO 20 Fabricacin del cemento Portland Video Video Video Tabla 2.1. Composicin tpica del cemento Prtland ordinario Nombre qumicoFrmula qumicaNotacin corta% en peso Silicato triclcico3CaO.SiO2C3S50 Silicato diclcico2CaO.SiO2C2S25 Aluminato triclcico3CaO.Al2O3C3A12 Ferroaluminato tetraclcico4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF8 Sulfato de calcio dihidratado (yeso)CaSO4.2H2O CSH2 3,5 COMPOSICIN DEL CEMENTO PORTLAND Alita Belita Ferrita Tabla 2.2. Composicin tpica de los xidos de un cemento Prtland de uso general xidoNotacin cortaNombre comnPorcentaje en peso CaOCCal64,67 SiO2SSlice21,03 Al2O3AAlmina6,16 Fe2O3Fxido frrico2,58 MgOMxido de magnesio2,62 K2OK lcalis 0,61 Na2ON0,34 SO3 STrixido de azufre2,03 CO2 CDixido de carbono-.- H2OHAgua-.- CLCULO (POTENCIAL) DE BOGUE Permitecalcularlacomposicinmineralgicadel clinker a partir del anlisis qumico. Caso A:A/F 0,64 C3S=4,071 C 7,600 S 6,718 A 1,430 F 2,852S C2S= 2,867 S 0,7544 C3S C3A= 2,650 A 1,692 F C4AF= 3,043 F Caso B*:A/F < 0,64 C3S=4,071 C 7,600 S 4,479 A 2,859 F 2,852SC2S= 2,867 S 0,7544 C3S C3A= 0 C4AF*=2,100 A +1,702 F * Nota: En el caso B, el C4AF tiene una composicin diferente a la del caso A. El C2F podra tam-bin estar presente y seincluye en la cantidad calculada. 23 HIDRATACIN DEL CEMENTO 24 COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO CementoAgua Productos de Hidratacin C3S C2S C3A C4AF CSH2 HSilicatos hidratados Caractersticas de hidratacin de los componentes del cemento Tabla 2.3. Caractersticas de hidratacin de los componentes del cemento Componentes Velocidad de reaccin Cantidad de calor liberado Contribucin al cemento ResistenciaLiberacin de calor C3SModeradaModeradaAltaAlta C2SLentaBaja Baja inicialmente y luego alta Baja C3A +CS H2 RpidaMuy altaBajaMuy alta C4AF +CS H2 ModeradaModeradaBajaModerada 26 Velocidades de hidratacin de los componentes del cemento puros 27 Velocidades de hidratacin de los componentes del cemento tipo I 28 > Las velocidades de hidratacin no guardan relacin con el desarrollo de resistencia del cemento > Resistencia depende de la hidratacin de C3S y C2S. > El C3S proporciona la mayor parte de la resistencia temprana y ambos contribuyen a la resistencia final.29 Desarrollo de la resistencia a la compresin de los componentes puros del cemento 30 Calor de hidratacin > Todas las reacciones son exotrmicas el concreto se calienta. > T = f(velocidad de generacin de calor en Rxs de hidratacin, velocidad de disioacin de calor en la superficie) > Contribucin de c/componente (i) = = f(Hhidrat, vhidrat, xi): > H3 das = 240xC3S + 50xC2S + +880xC3A + 290xC4AF > H1 ao = 490xC3S + 225xC2S + +1160xC3A + 365xC4AF 31 Cementos Portland:Tipos y Aplicaciones Tipo I: De uso general Tipo II:De uso general, Tipo III: Alta resistencia inicial Tipo IV: Bajo calor de hidratacin Tipo V: Alta resistencia a los sulfatos 32 Tipos de cemento Portland Difieren en: velocidad de hidratacin, ganancia de resistencia, y resistencia al ataque de sulfatos + comn Vendur Hhidrat Ressulf Ressulf 33 Velocidad de evolucin de calor 34 Ejemplos: Agua de mar exposicin a marea alta y baja (humedecimiento y desecamiento) Napa fretica con contenido de sulfatos ms agresiva que agua de mar Ataque por sulfatos: interaccin entre productos de hidratacin del C3A se evita C3A y reemplazndolo con C4AF 35 Especificaciones y propiedades > Composicin qumica del cemento slo referencial > Especificaciones ASTM se fijan en propiedades fsicas, antes que qumicas (NTP 334.009 1997. Requisitos para Cementos Portland) > Cementos con propiedades especiales Aditivos > En todos los cementos: %C3S + %C2S 75% resistencia final de los concretos es similar, aunque la ganancia inicial de resistencia sea diferente 36 Resistencia del concreto con diferentes tipos de cemento Los cementos que ganan resistencia ms lentamente generalmente tienen resistencia finales ms altas 37 Impurezas y xidos Minoritarios: Mn2O3, P2O5, TiO2 Todos los componentes del cemento presentan impurezas: C3S y C2S hasta 3% en peso de xidos: Al2O2, Fe2O3 y MgOC3S hasta 10% en peso de SiO2 y Fe2O3 C4AF considerable SiO2 y MgO (color gris) 38 Impurezas y xidos > Hay lmites al contenido de MgO, caso contrario: expansin agrietamiento. > Causa: es menos reactivo y se hidrata cuando el cemento ya ha endurecido.> Rx: M + H MH es expansiva esfuerzos en la matriz agrietamiento > Incluso de %MgO < 6% puede causar dao si los cristales son muy grandes Ensayo de expansin en autoclave Idem CaO (cal libre) 39 > El alto contenido de yeso puede disminuir la resistencia. > Causa: formacin de etringita:C6ASH32 > Medida: limitar cantidad de yeso (hay una cantidad ptima para cada tipo de cemento) > lcalis: Na2O y K2O generalmente inofensivos salvo que formen gel expansivo con algunos agregados > Medida: usar cementos bajos en lcalis cada vez es ms difcil fabricarlos Impurezas y xidos 40 > Residuo insoluble (en cido clorhdrico) tambin limitado, aunque parece una cifra arbitraria: ASTM 0,75%; BS 1,5%. Impurezas y xidos 41 Cementos Portland modificados a) Poradicindeotrosmaterialesal clinker b)Formacindeotroscomponentesen horno 42 Cementos Portland puzolnicos > Puzolana: slice reactiva muy fina; reacciona con Ca(OH)2 CSH > ASTM C595: TIPO IP (15 40% DE PUZOLANA) TIPO IV TIPO I - PM (0 - 15% DE PUZOLANA) TIPO II > Efecto de la puzolana: REDUCE EL CALOR DE HIDRATACIN Y LA RESISTENCIA TEMPRANA MEJ ORA LA RESISTENCIA AL ATAQUE POR SULFATOS Y A LA Rx LCALI-AGREGADOS INCREMENTA LA RESISTENCIA FINAL > Las propiedades no mejoran si no se aade la cantidad suficiente de puzolana. 43 Cementos con escoria > Escoria de alto horno contiene cal, slice y almina; en menor proporcin xidos de Mg, Fe y lcalis > Para adicionar al cemento: Cal 40% > Debe ser de apagado rpido SiO2 reactiva > Ejemplo: Cemento tipo MS (NTP 334.082). 44 Cementos de albailera > Para asentar ladrillos y bloques > Tienen requerimientos especiales: TRABAJ ABILIDAD PLASTICIDAD RETENCIN DE AGUA > NTP 334.069 > Bsicamente es un cemento tipo I con material finamente dividido: cal o caliza + agente incorporador de aire (ASTM C260/C260M 10a: Especificacin normalizada para aditivos incorporadores de Aire para concreto).45 PLANTAS DE CEMENTOEN PER 46 TIPOS Y CLASES DE CEMENTO 47 48