El Cemento Portland comenzó como una marca registrada pero hoy se le aplica este nombre a un tipo de cemento que se caracteriza porque los únicos elementos que tiene en porcentajes significativos son el clinker y el yeso.
La elaboración del Cemento Portland es compleja pero se la puede explicar en los siguientes pasos:
- Lo primero que se hace es armar una mezcla homogenea de caliza y arcilla. Cabe remarcar que las partículas deben ser de tamaño muy pequeño para lograr la homogeneidad.
- Esta mezcla es introducida en un horno que se encuentra entre 1400 y 1650 grados centigrados. Estos hornos son grandes tubos inclinados un poco de la horizontal para que la mezcla avance. Además el horno es giratorio para posibilitar el mejor movimiento de las partículas.
- En el horno se produce la clinkeracion que es la fusión de la arcilla y la caliza. En muchas oportunidades, se realiza un precalentado de los componentes en intercambiadores de calor para acelerar el proceso
- Luego de estar en el horno, las partículas resultantes se las llama clinker. El Clinker debe ser enfriado a velocidades controladas para lograr cementos con las características deseadas.
- Al clinker se lo muele, agregándole yeso que será indispensable para el control de fraguado. Es importante que se los muela hasta que tengan tamaño de polvo, ya que la finura es indispensable para las reacciones del cemento.
El cemento portland se obtiene al calcinar a unos 1.500 °C mezclas preparadas artificialmente de calizas y arcillas. El producto resultante, llamado clinker, se muele añadiendo una cantidad adecuada de regulador de fraguado, que suele ser piedra de yeso natural.
La composición química media de un portland, según Calleja, está formada por un 62,5% de CaO (cal combinada), un 21% de SiO2 (sílice), un 6,5% de Al2O3 (alúmina), un 2,5% de Fe2O3 (hierro) y otros minoritarios.
Esquema de un horno rotativo donde se mezcla y calcina la caliza y la arcilla para formar el clinker de cemento.
Componentes del Cemento Portland
Estos cuatro componentes son los principales del cemento, de carácter básico la cal y de carácter ácido los otros tres. Estos componentes no se encuentran libres en el cemento, sino combinados formando silicatos, aluminatos y ferritos cálcicos, que son los componentes hidráulicos del mismo o componentes potenciales. Un clinker de cemento portland de tipo medio contiene:
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- Silicato tricálcico (3CaO·SiO2)……………………………. 40% a 50%
- Silicato bicálcico (2CaO·SiO2)……………………………. 20% a 30%
- Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3)………………………. 10% a 15%
- Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3)……. 5% a 10%
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Las dos principales reacciones de hidratación, que originan el proceso de fraguado y endurecimiento son:
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- 2(3CaO·SiO2) + (x+3)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + 3Ca(OH)2
- 2(2CaO·SiO2) + (x+1)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + Ca(OH)2
- 2(3CaO·SiO2) + (x+3)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + 3Ca(OH)2
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El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del cemento pues desarrolla una resistencia inicial elevada y un calor de hidratación también elevado. Fragua lentamente y tiene un endurecimiento bastante rápido. En los cemento de endurecimiento rápido y en los de alta resistencia aparece en una proporción superior a la habitual.
El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto contenido de silicato bicálcico.
Clinker de cemento antes de su molienda.
El aluminato tricálcico es el compuesto que gobierna el fraguado y las resistencias a corto. Su estabilidad química es buena frente al agua de mar pero muy débil a los sulfatos. Al objeto de frenar la rápida reacción del aluminato tricálcico con el agua y regular el tiempo de fraguado del cemento se añade al clinker piedra de yeso.
El aluminatoferrito tetracálcico no participa en las resistencia mecánicas, su presencia es necesaria por el aporte de fundentes de hierro en la fabricación del clinker.
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Comments (1)
octavio rodriguez - 25 diciembre, 2013
Néstor:
Muy buen tema. Estos temas los ingenieros civiles nunca los entendemos bien durante la etapa de estudiantes, pero, en la forma de explicación, realmente me gusto.
Felicidades.