2010_nueva norma europea SSC_CEMENTO HORMIGÓN Nº 939 JULIO-AGOSTO 2010_publicado

Cem

ento

Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 939 • JULIO-AGOSTO 201026 ISSN: 0008-8919. PP.: 26-37

Se presenta el contenido de la norma europea EN 15743:2010 `Cemento sobresulfata-

do´ (SSC). También se comentan el origen de este producto, sus propiedades y aplica-

ciones potenciales.

En España la utilización del SSC no está permitida en hormigón estructural al no estar

incluido en la Tabla 26 del Artículo 26º de la EHE-08.

1. Introducción

1.1 Antecedentes

Las propiedades hidráulicas de las escorias granuladas de horno alto se conocen des-

de 1862. La hidraulicidad latente de las escorias se comenzó a activar con clínker de

cemento portland en Alemania desde el año 1870, publicándose 39 años después la

primera norma de cemento portland con la adición de dichas escorias. Por otro lado,

además de la activación conseguida con

el hidróxido cálcico -Ca(OH)2- produci-

do en la hidratación de los silicatos del

clínker (C3S y C

2S), se puede activar con

sulfatos siendo el más habitual el yeso

-CaSO4.2H

2O-. Siguiendo esta segunda

vía, Hans Kühl (1879-1969) patentó el

`gipsschlackenzement´ el 23 de diciembre

de 1908 (DRP 237777).

En España, los Pliegos de Condiciones

para la Recepción de Conglomerantes

Hidráulicos de 1961 (p.c.c.h. 61)1 y 1964

(PCCH-64)2 recogieron a los cementos si-

derúrgicos sobresulfatados consistentes

en una mezcla íntima de escoria granula-

da y sulfato cálcico en proporción tal que

el contenido de trióxido de azufre (SO3)

se situaba entre el 5 y el 12%, con una

cantidad inferior al 5% de cal, clínker de

cemento portland o cemento portland.

Estos conglomerantes se denominaban

SF-250 y tenían una resistencia mínima a

compresión de 250Kp/cm2 (Tabla 1).

Posteriormente, por Decreto de la Presi-

dencia del Gobierno 1964/1975 de 23 de

mayo se aprobó el Pliego de Prescripcio-

nes Técnicas Generales para la Recepción

de Cementos RC-75 y la creación de la

Comisión Permanente del Cemento (BOE

nº 206 de 28 de agosto de 1975). Este

nuevo Pliego de 1975 y los posteriores

(RC-93, RC-97, RC-03 y RC-08) no incluye-

ron al conglomerante denominado `So-

bresulfatado 250 - SF 250´ de los Pliegos

anteriores.

En otros países europeos fueron apare-

ciendo normas de especifi caciones de

este conglomerante sobresulfatado a

partir de la década de los años 30 (Ale-

mania, Reino Unido, Francia, Italia, Bélgi-

ca y Luxemburgo). Sin embargo, su utili-

zación disminuyó en la década de 1960

hasta fi nales del siglo XX. Este hecho se

debió al cambio de las materias primas

y del proceso de producción del arrabio

en el horno alto (Figura 1), que propi-

ció la obtención de una escoria menos

reactiva.

Dr. Miguel Ángel Sanjuán. Director Técnico del Departamento de Calidad Industrial y

Medioambiental. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA).

Acerca de la norma europea

EN 15743:2010

`Cemento sobresulfatado´.

Figura 1. Esquema de un horno alto.

1 O. M. de 31 de diciembre de 1959 (BOE núm. 22 de 26 de enero de 1960).2 Orden de la Presidencia de Gobierno de 9 de abril de 1964 (BOE núm. 109 de 6 de mayo de 1964).3 CEMROC®. Holcim Belgique (CSS 40 LH PM-ES (Ciment sursulfaté 40 Low Hydration Prise Mer-Eaux Séléniteuses)).4 US Patent 6409819 - Alkali activated supersulphated binder. US Patent Issued on June 25, 2002. Estimated Patent Expiration Date: January 2, 2021. Inventor: Ko, Suz-Chung. Canadian Patents

Database. Patent: CA 2336082. Alkali Activated Supersulphated Binder. Inventors (Country): Ko, Suz-Chung (Switzerland). Holcim Technology Ltd. (Switzerland). International Publication Number:

WO2000/000447. International Patent Classification (IPC): C04B 7/32 (2006.01). National Algerian Institute for Industrial Property. Ciment cru sursulfaté CSS 400. WIPO Award - Woman Inventor:

Halima Fares. Algiers, Algeria. December 8 and 9, 2001.

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Cemento

Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 939 • JULIO-AGOSTO 2010 27

A comienzos del presente siglo una empresa austríaca volvió a pro-

ducir a escala industrial este conglomerante basado en una mezcla

de escorias de horno alto y yeso junto con otros componentes mi-

noritarios. Inicialmente siguieron la vía de solicitar un Documento

de Idoneidad Técnica Europeo (DITE) que consiguieron en 2005 y,

posteriormente, solicitaron su normalización en el CEN/TC 51, Co-

mité Europeo de Normalización, Grupo de Trabajo de `Cementos

y Cales para construcción´. En paralelo, una multinacional suiza ha

desarrollado un producto similar3. Asimismo, se encuentran paten-

tes de cementos sobresulfatados en Argelia, Estados Unidos, etc4.

La EHE-08 no incluye a los conglomerantes sobresulfatados (Ar-

tículo 26ª de la EHE-08), por lo que no se pueden emplear para

producir hormigón estructural en España.

Tabla 1. Propiedades químicas y físicas, precauciones, recomendaciones y contraindicaciones del conglomerante sobresulfatado

según el PCCH-64.

* En el PCCH-61, el residuo máximo sobre tamiz de 4.900 mallas/cm2 era de 6.

** En el PCCH-61, no se indicaba para ácidos minerales.

Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN • Nº 939 • JULIO-AGOSTO 201028

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1.2 Hidratación del conglomerante sobresulfatado

Los principales productos de hidratación del conglomerante

sobresulfatado son la ettringita y el gel C-S-H.

En el amasado de la escoria granulada de horno alto con yeso,

agua y algún activador alcalino (clínker, entre otros) los iones

Ca2+, Al3+, Si4+, Mg2+, SO4

2-, S2-, K+, Na+ y OH- pasan a la disolución

dando un pH de 11,6 que aumenta después de unas dos horas

hasta 12,3 a medida que aumenta la concentración de Ca2+ en

la solución (Figura 2).

A partir de las dos horas después del amasado comienzan a dis-

tinguirse las agujas de ettringita (1-1,5μm) y un gel C-S-H unifor-

me que comienza a rodear al grano de escoria por precitación

del Ca2+, Al3+, Si4+ y OH-. A partir de unas doce horas, se aprecian

dos geles C-S-H con diferente relación Ca/Si:1,2 en el interior y

1,4 en el exterior, con una estructura laminar (el gel C-S-H del

cemento portland es fi brilar).

El rango de composición de los conglomerantes sobresulfata-

dos se presenta en la Tabla 2.

Para fabricar este conglomerante se recomienda emplear es-

corias granuladas de horno alto con un elevado contenido de

alúmina (15-20% Al2O

3) para que el conglomerante resultante

cumpla las relaciones recomendadas siguientes:

CaO/SiO2 ≈1,45-1,54

SiO2/Al

2O

3 ≈1,8-1,9

CaO+MgO+Al2O

3

SiO2

≥1,6

CaO+CaS+1/2MgO+Al2O

3

SiO2+MnO

≥1,5

Otra característica importante de estos conglomerantes es su ele-

vada superfi cie específi ca o fi nura Blaine necesaria para incremen-

tar su reactividad. Los valores suelen ser superiores a 4.000 cm2/g,

siendo lo más habitual que se sitúen por encima de 5.000 cm2/g.

1.3 Propiedades de los conglomerantes sobresulfatados

Hay que tener en cuenta que lo único común entre un conglo-

merante sobresulfatado de un fabricante y de otro es el conteni-

do del 90% en masa de la suma de escorias granuladas de horno

alto más sulfato cálcico, mientras que el 10% restante difi ere de

unas dosifi caciones a otras, y lo que es más importante, el 1%

de aditivos. Estas diferencias dan lugar a las distintas marcas re-

gistradas que hay en el mercado. Asimismo, dichas diferencias

hacen difícil hablar de las propiedades de los conglomerantes

sobresulfatados en general de una manera cuantitativa. Por tan-

to, las propiedades citadas a continuación pueden ser válidas

para una marca comercial dada pero no para otra.

Los conglomerantes sobresulfatados presentan un conjunto de

propiedades que los hacen aptos para aplicaciones que vayan a

estar expuestas a ambientes agresivos. Dichas propiedades se-

gún D. y R. Novak5 son:

Figura 2. Hidratación del conglomerante sobresulfatado.

Tabla 2. Composición porcentual de los conglomerantes

sobresulfatados.

Compuesto Rango de composición (%)

CaO 41-45

SiO2

24-31

Al2O

312-14

Fe2O

30,5-1,2

Mn2O

30,7-1,2

TiO2

0,5-0,8

MgO 2,6-6,8

K2O 0,5-1,1

Na2O 0,3-0,6

SO3

5-9

S2- 0,8-1,4

P2O

50,1-0,3

Pérdida por calcinación 0,1-1,4

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• Resistencia a los sulfatos.

• Resistencia a los ácidos.

• Reducida permeabilidad.

• Bajo calor de hidratación.

• Elevada estabilidad bajo carga.

• Bajo coefi ciente de difusión de los cloruros.

• Reducida exudación.

• Color claro.

• Escasa tendencia a efl orecer.

• Poca lixiviación.

• Elevada resistencia a la reacción árido-álcali.

Sin embargo, aún son pocos los estudios publicados sobre las

propiedades durables de estos materiales. Por ejemplo, con

relación a la resistencia al fuego hay un escaso conocimiento

aunque algún resultado preliminar sugiere que se comportan

de forma similar que los CEM I Y CEM II6.

1.4 Aplicación de los conglomerantes sobresulfatados

Las aplicaciones recomendadas por los fabricantes se recogen

en la Tabla 4. Sin embargo, de acuerdo con la norma armonizada

UNE-EN 197-1:2000, (Introducción), la elección de los cementos

Tabla 4. Aplicaciones recomendadas de los conglomerantes sobresulfatados encontradas en la literatura no española.

APLICACIONES GENÉRICAS EJEMPLOS

Obras marítimas. Dolos, tetrápodos, pantalanes, obras portuarias.

Hormigón expuesto a ambientes agresivos. Plantas de tratamientos de aguas residuales, tuberías de emisarios, obras agrícolas.

Cimentaciones. Zapatas, losas, pilotes.

Hormigón con áridos susceptibles de reaccionar

(árido–álcali).Obras públicas en general.

Hormigones con reducida lixiviación.Obras subterráneas. Túneles.

Sistemas de drenaje.

5 NOVAK, D. y Novak, R., “Practical experience with a new type of supersulfated”, Cement International nº. 6/2004, pp. 116-125.

NOVAK, D. y NOVAK, R. “An environmentally friendly concrete binder based on supersulfated cement” Ciments betons platres chaux, nº. 871, 2005, pp. 54-62.

NOVAK, R. ”slagstar for greener concrete”, GCL Global Cement and Lime magazine; Octubre 2004, pp. 18-22.

NOVAK , R. “Reducing CO2 emissions”, World Cement; vol. 34 nº 9, Septiembre 2003, pp. 27-30.

NOVAK, D. y NOVAK , R., “Superstar !”, World Cement, Junio 2005, PP. 45-51.

NOVAK , R., SCHNEIDER, W., y LANG, E., “New knowledge regarding the supersulphated cement Slagstar”; ZKG International, nº. 12-1 2005 pp. 70-78.6 Klingsh, E., Frangi, A. y Fontana, M. “Experimental Analysis of concrete Stregth at high temperatures and after cooling”. Acta Polytechnica. Vol 49. Nº1/2009, pp. 34-38.

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Tabla 3. Principales propiedades de los conglomerantes sobresulfatados.

Reducida

permeabilidad

Buena resistencia a los

ambientes agresivos

• Sulfatos

• Ácidos

• Cloruros

• Leve tendencia a efl orecer• Reducida lixiviación

• Poca exudación

Bajo calor de

hidrataciónCinética de

hidratación

Tabla 5. Cementos permitidos para uso como hormigón estructural en España (Tabla 26º de la EHE-08, Artículo 26º `cementos´

de la EHE-08).

TIPOS DE CEMENTO UTILIZABLES

TIPO DE HORMIGÓN TIPO DE CEMENTO

Hormigón en masa

Cementos comunes excepto los tipos CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM

II/B-T y CEM III/C.

Cementos para usos especiales ESP VI-1.

Hormigón armadoCementos comunes excepto los tipos CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/B-T, CEM

III/C y CEM V/B.

Hormigón pretensado Cementos comunes de los tipos CEM I y CEM II/A-D, CEM II/A-V, CEM II/A-P y CEM II/A-M (V,P).


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más adecuados para las aplicaciones y ambientes de exposi-

ción depende de cada Estado miembro de la UE. En particular,

la EHE-08 en España no incluye este tipo de conglomerante ya

que en los últimos cuarenta años no ha habido una experiencia

sufi cientemente demostrada y, por tanto, su uso no está permi-

tido en la fabricación de hormigón estructural (Tabla 5).

1.4 Problemas de durabilidad

Los conglomerantes sobresulfatados, en general, presentan una

buena resistencia a los medios agresivos como ya se ha comen-

tado. Sin embargo, algunos autores han presentado resultados

desfavorables en algún entorno agresivo en particular.

Poca resistencia al MgSO4

Grounds et al8. advierten de que los conglomerantes sobresulfatados

se descomponen en contacto con disoluciones de sulfato magné-

sico en cualquier condición, en contraste con la buena durabilidad

que presentan en ambientes con sulfatos cálcicos o sódicos.

Esto se explica por la formación de un débil silicato de magnesio

que es soluble, ya que no se ha detectado la formación de bruci-

ta (Mg (OH)2) como en el caso del cemento portland:

CaO.SiO2.aq+MgSO

4 → CaSO

4.2H

2O+MgO.SiO

2.aq

Elevada velocidad de carbonatación

Thomas Matschei et al9 han encontrado que los conglomeran-

tes sobresulfatados se carbonatan a una elevada velocidad y,

como consecuencia de dicha carbonatación, se forma una es-

tructura porosa con un tamaño de poro mayor lo que diminuye

la resistencia a fl exión.

Asimismo, han comprobado que un exceso de activadores alca-

linos produce una disminución de la resistencia a compresión

debido a la transformación de la ettringita a monosulfato como

consecuencia de que la ettringita es inestable a pH elevados.

Corrosión de las armaduras

Se puede hacer una recomendación general en cuanto a la pro-

tección especial de las armaduras si se pretende hacer hormigón

armado empleando algún conglomerante sobresulfatado.

En primer lugar, hay que recordar que este conglomerante tiene

como segundo componente principal un contenido elevado de

sulfatos, por lo que éstos en disolución pueden producir un in-

tenso ataque a las armaduras por picaduras (Figura 3).

En segundo lugar, el efecto de una rápida carbonatación y el

aumento del tamaño de la red de poros afectan negativamente

con relación a la corrosión de las armaduras en cuanto a la posi-

ble despasivación de la capa pasiva de éstas (Figura 4).

En tercer lugar, la fase acuosa de la pasta endurecida del conglo-

merante sobresulfatado, a partir del primer día de curado, con-

tiene un elevado contenido de sulfuros (20 mmol/l) que va au-

mentando a medida que evoluciona la hidratación (>100 mmol/l

en tres meses). Estos sulfuros podrán oxidarse en parte a sulfatos,

pero el resto podría dar problemas de corrosión bajo tensión en

8 T. Grounds, P.V. Nowell y F.W.Wilburn, “Resistance of supersulfated cement to strong sulfate solutions”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol.72 (2003) 181-190.9 T. Mastchei, F. Bellmann y J. Stark, “Hidration behaviour of sulphate-activated slag cements”. Advances in Cement Research, 17 nº4, Octubre, 2005. pp.167-178.N

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A

Figura 3. Ataque de la armadura por picaduras inducidas por los sulfatos.

Cemento


hormigón pretensado. Asimismo, la formación de sulfatos por

oxidación de los sulfuros podría producir ettringita diferida.

2. La norma europea EN 15743:2010

El borrador de norma europea FINAL DRAFT FprEN 15743 `Supersul-

fated cement - composition, specifi cations and conformity criteria´ de

septiembre de 2009, se envió para voto formal (FV: Formal Vote) a los

miembros del CEN con fecha límite del 10 de noviembre de 2009.

El FprEN 15743 se aprobó con veinticuatro votos a favor (porcentaje

ponderado: 91,92%≥70% -porcentaje requerido-), cuatro abstencio-

nes y un voto negativo de España que propuso emplear la palabra

conglomerante en vez de cemento para denominar a este material

ya que podría inducir a errores a los usuarios potenciales.

La norma europea EN 15743:2010 se aprobó el 21 de diciembre

de 2009 y se publicó en enero de 2010.

La norma se compone de nueve capítulos, dos anejos (A y ZA)

y bibliografía, manteniendo la estructura habitual de las normas

armonizadas de especifi caciones de cementos.

La introducción menciona las ventajas de este conglomerante

en cuanto a su bajo calor de hidratación y a la resistencia a los

ambientes agresivos. Por otro lado, se recuerdan las precaucio-

nes adicionales que se tienen que aplicar debido a su lento en-

durecimiento y, por tanto, baja resistencia inicial lo que implica

la necesidad de un curado más intenso en los hormigones fabri-

cados con este conglomerante.

Este conglomerante se compone fundamentalmente de una

mezcla íntima de escorias de horno alto (Tabla 6) y sulfato de

calcio (anhídro, hemihidrato o dihidrato) en una proporción su-

perior al 90%; la composición se muestra en la Tabla 7.

Las propiedades mecánicas y físicas del conglomerante sobre-

sulfatado se presentan en la Tabla 8 y las químicas en la Tabla 9.

En la norma EN 15743:2010 se defi ne al cemento sobresulfatado

como un conglomerante hidráulico, es decir, un material inor-

gánico fi namente molido el cual, cuando se mezcla con agua,

forma una pasta que fragua y endurece mediante las reacciones

y procesos de hidratación, los cuales, después del endureci-

miento, mantiene su resistencia y estabilidad incluso bajo agua.

Figura 4. Frente de carbonatación.


Cem

ento

3. Discusión y análisis de las ventajas y desventajas

de los conglomerantes sobresulfatados

Como consecuencia de los aspectos relativos a la durabilidad

mencionados anteriormente, en las aplicaciones de los conglo-

merantes sobresulfatados hay que considerar un aspecto deli-

cado: estos conglomerantes necesitan un curado más intenso

en humedad y tiempo lo cual no siempre se puede garantizar

en los países secos y con climas cálidos.

La vuelta al mercado de los conglomerantes sobresulfata-

dos se justifica debido a sus buenas propiedades, por un

lado, y a razones ambientales por otro. Los aspectos am-

bientales aludidos son: el reducido consumo de materias

primas, el bajo consumo de energía y las escasas emisiones,

dado que las escorias se consideran un residuo industrial.

Como tal, está exento de asignación de emisiones de CO2

que en su totalidad se asignan al acero producido, del que

las escorias son el residuo. Por otra parte, se evitan los verte-

deros de residuos al incorporarlos a otros productos indus-

triales lo que tiene un indudable valor positivo en términos

de sostenibilidad.

No obstante, las citadas razones medioambientales presentan

aspectos que se alterarán si la califi cación de las escorias de hor-

no alto como residuo se cambia por otra que lleve unida una

asignación de emisiones de CO2.

Por otra parte, ya se ha dicho que debido a la diferente acti-

vación alcalina de estos productos, las propiedades podrán

presentar diferencias considerables de una marca comercial a

Tabla 6: Especificaciones de las escorias de horno alto

(granuladas o peletizadas).

Tabla 7. Composición del conglomerante sobresulfatado. Porcentaje en masaa.

Tabla 8. Propiedades mecánicas y físicas.

CARACTERÍSTICAS REQUISITO

Fase vítrea ≥2/3

CaO +MgO+SiO2* ≥2/3

CaO+MgO

SiO2

≥1

TIPO DENOMINACIÓN

COMPOSICIÓN

COMPONENTES PRINCIPALES COMPONENTES ADICIONALES

Escorias granuladas

de horno alto

Sulfato de

calcio

Clínker de cemento

portlandOtros

S Cs K A

SSC Cemento sobresulfatado SSC ≥75 5≤Cs≤20 0≤K≤5 0≤A≤5

Clase de

resistencia

Resistencia a compresión (MPa) Principio de

fraguado

(min)

Estabilidad

de volumen

(mm)

Calor de

hidratación

(J/g)

Resistencia inicial Resistencia nominal

2 días 7 días 28 días

32,5 L - ≥12,0≥32,5 ≤52,5 ≥75

≤10 ≤220

32,5 N - ≥16,0

42,5 L - ≥16,0≥42,5 ≤62,5 ≥60

42,5 N ≥10,0 -

52,5 L ≥10,0 -≥52,5 - ≥45

52,5 N ≥20,0 -

* El resto será Al2O

3 y otros óxidos.

Tabla 9. Propiedades químicas.

Propiedades Método de ensayo Requisitos a

Pérdida por calcinación EN 196-2 ≤5,0%

Residuo insoluble EN 196-2b ≤5,0%

Contenido de sulfatos (SO3) EN 196-2

≥5,0%

≤12,0%

Contenido de cloruros EN 196-2 ≤0,10%c

a Los requisitos se dan como porcentaje en masa del cemento fi nal.

b Determinación del residuo insoluble en ácido clorhídrico y carbonato de sodio.

c El cemento sobresulfatado puede contener más del 0,10% de cloruros, pero en tal caso, el contenido máximo de cloruros se declarará en el envase y/o albarán.

Cemento


otra, aunque todos se encuentren bajo la misma denominación

normalizada.

Finalmente, es relevante considerar que las aplicaciones de los

conglomerantes sobresulfatados fi jan menos CO2 atmosférico a

lo largo de su vida útil que aquellos correspondientes a los ce-

mentos de clínker de cemento portland10, reduciendo, de esta

manera, su contribución a la sostenibilidad.

4. Obtención de las escorias de horno alto

Las escorias de horno alto, componente principal de este produc-

to (>70%), provienen del proceso industrial siderúrgico realizado

en los Altos Hornos (Figura 1), en los cuales, el consumo de mate-

rias primas y energía es elevado.

En el proceso de producción del clínker de cemento port-

land se emiten unos 527 kg de CO2 por tonelada de clínker

debido al propio proceso de descarbonatación de la ma-

teria prima y unos 314 kg de CO2 por tonelada de clínker

provenientes del proceso de combustión. En el caso del

acero, la emisión global de CO2 debido a todos los proce-

sos industriales involucrados para obtener una tonelada de

acero podría ser superior a 2.000 kg de CO2 por tonelada de

acero (Figura 5).

Cada tonelada de acero lleva asociada la producción de unos

200-290 kg de escorias de horno alto, se podría decir que cada

vez que se obtiene una tonelada de escorias de horno alto se

han emitido en paralelo más de 8.000 kg de CO2. Las escorias

granuladas de horno alto son una parte del total producido.

Las fi guras 6 y 7 muestran los dos procesos de granulado más

comunes, el OCP y el INBA, respectivamente.

El consumo energético de molienda comparado de los ce-

mentos de escorias de horno alto (CEM III) con los conglome-

rantes sobresulfatados (SSC), teniendo en cuenta que las es-

corias de horno alto son más duras que el clínker de cemento

portland y que el SSC se muele más fi no (aproximadamente a

6.000 Blaine), podría ser:

CONSUMO ENERGÉTICO

CEM III/A < CEM III/B < CEM III/C < SSC

Empleando el test de Zeisel para evaluar la molturabilidad de

las escorias granuladas de horno alto y del clínker de cemento

portland de más de 140 muestras de cada componente, se han

obtenido los resultados presentados en la fi gura 8. Se puede

considerar que como valor medio, para moler a una fi nura de

3300 cm2/g, se necesitan 30 kWh por tonelada de clínker de ce-

mento portland y 44 kWh por tonelada de escorias granuladas

de horno alto.

Comparando los datos reales de un molino vertical de la fá-

brica de Merone, Italia, presentados en la Tabla 10, se aprecia

la menor energía requerida para moler clínker (cemento port-

land CEM I) que para moler un cemento con escorias de horno

alto (CEM III/B).

10 Gajda J.; Miller F. M., “Concrete as a Sink for Atmospheric Carbon Dioxide: a Literature Review and Estimation of CO2 Absorption by Portland Cement Concrete”, PCA, Chicago, R&D Serial nº 2255,

2000 y Serial nº 2255a, 2001.

Lagerblad, B. Carbon Dioxide Uptake During Concrete Life Cycle, State of the Art, “Swedish Cement and Concrete Research Institute – CBI, ISBN 91-976070-0-2”, 2005.

Engelsen, C. J.; Mehus, J.; Pade, C., “Carbon Dioxide Uptake in Demolished and Crushed Concrete”, Norwegian Building Research Institute, ISBN: 82-536-0900-0, 2005.

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TA

Figura 5. Emisión global de CO2 por cada tonelada de acero debida a todos los procesos involucrados en la producción del acero

(se producen unos 200-290 kg de escorias por cada tonelada de acero líquido –acero crudo-). El factor de conversión medio euro-

peo entre el arrabio y el acero líquido es de 940 kg de arrabio por tonelada de acero líquido (LS).

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Cem

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Figura 6. Proceso OCP de granulado de escorias de horno alto.

Figura 7. Proceso INBA de granulado de escorias de horno alto.

Figura 8. Comparación entre la molturabilidad del clínker de cemento portland (K) y las escorias granuladas de horno alto (S)

(Fuente: www.loesche.com).

Finura 3.300 cm2/g

CANTIDAD

ESPECÍFICA DE

TRABAJO

REQUERIDO

K: 30 kWh/t

S: 44 kWh/t

Entrada

al molino

principal

Cemento


4.1 Impacto ambiental del granulado de las escorias de

horno alto

En el proceso de granulado de las escorias se producen emi-

siones de H2S y SO

2 que producen un olor desagradable (Tabla

12). Esto se podrá minimizar con una cámara de condensación

de humos. Asimismo, el agua residual del proceso de granula-

do contiene metales pesados. La Tabla 13 da una serie de datos

recogidos de la literatura. Esto se debe a la lixiviación parcial de

las escorias al ser chorreadas con agua a presión. La Tabla 14

Tabla 10. Molienda comparada del clínker de cemento portland y cemento de escorias

de horno alto en un molino vertical MPS 4250 BC en Merone, Italia.

Tabla 11. Comparación del consumo energético estimado de los cementos de escorias de horno alto y el SSC.

Tabla 12. Emisiones de gases y agua residual del proceso de granulado de las escorias de horno alto.

Tabla 13. Ejemplo de la composición química media del agua residual.

TIPO DE CEMENTO CEM I CEM III/B

Clínker, K (%) 89 29

Escorias granuladas de horno alto, S (%) 0 65

Caliza, L (%) 5 0

Yeso (%) 6 6

Rendimiento (t/h) 103 75

Superfi cie especifi ca (cm2/g) 3800 4000

Consumo energético global (kWh/t) 34 45

CONGLOME-

RANTES

COMPOSICIÓN FINURA

BLAINE

cm2/g

RENDIMIENTO1)

DE MOLIENDA

t/h

CONSUMO1)

ENERGÉTICO

kWh/tK SCs (Expresado

como SO3)

A

CEM I 42,5 R 95-100 0 ≤4,0 0-5 3.800 103 33,6

CEM III/A 42,5 N 35-64 36-65 ≤3,5 0-5 4.000 - -

CEM III/B 32,5 N 20-34 66-80 ≤3,5 0-5 4.000 75 27,0

CEM III/C 32,5 N 5-19 81-95 ≤3,5 0-5 4.300 45 45,0

SSC 0-5 ≥75 5-12 0-5 5.000 - -

EMISIONES DE GASES (g/tLS

)

SIN CÁMARA DE HUMOS CON CÁMARA DE HUMOS

SO2

142 1

H2S 300 1

AGUA RESIDUAL (Concentración media)

μg/l mg/t arrabio

Pb 3,45 3,92

Cr 3,32 3,92

Cu 5,99 8,23

Zn 37,63 39,2

Ni 4,91 5,88

mg/l g/t arrabio

TOC 4,40 8,04

COD 20,62 39,79

FLUJO 16.000 m3/d 1,96 m3/t

Y. Reichardt, “The use of MPS vertical roller mills in the production of cement and blast furnace slag powder”, Cement

International nº 2/2005. pp. 64-69.

1) Datos estimados para un Molino Vertical Comercial.


Cem

ento

presenta la composición química de las escorias de horno alto.

La cantidad de escorias depende de las materias primas em-

pleadas y se sitúa entre 200-290 kg por tonelada de arrabio.

5. Conclusión

La norma europea armonizada EN 15743:2010 que en España

podría ser la UNE-EN 15743:2010 da las especifi caciones de un

conglomerante basado en la activación de las escorias de horno

alto por el sulfato cálcico. Este producto estuvo normalizado en

España en los años sesenta con la denominación `sobresulfata-

do 250´ - SF 250.

En la segunda mitad del siglo XX dejó de producirse debido a la

menor reactividad de las escorias de horno alto propiciada por el

cambio en las materias primas y el proceso de producción del arra-

bio en los Altos Hornos. Los nuevos conglomerantes sobresulfata-

dos mejoran su reactividad incorporando activadores alcalinos.

La nueva norma permite la incorporación de hasta un 5% de

adiciones, hasta un 5% de clínker y hasta un 1% de aditivos que

podrían actuar como activadores alcalinos.

La elevada fi nura de estos productos de en torno a 6.000 cm2/g

comparada con la del cemento tipo III de la UNE-EN 197-1:2000

de unos 4.000 cm2/g hace pensar que este producto pueda tener

una mayor demanda de agua. Además, al ser la escoria de horno

alto más dura que el clínker de cemento portland y requerir una

fi nura mayor, será necesario un mayor consumo de energía para

su molienda por lo que el impacto ambiental de los conglome-

rantes sobresulfatados en este proceso sería mayor.

Cada vez que se obtiene una tonelada de escorias en un horno

alto, se emiten en paralelo 8.000 kg de CO2. Las escorias tradicio-

nalmente se han considerado como un residuo, por tanto dicha

emisión siempre se ha asociado a la producción de acero que

es quien la motiva. Las consideraciones medioambientales pre-

sentan aspectos que se alterarán si la califi cación de las escorias

de horno alto como residuo se cambia por otra que lleve unida

una asignación de emisiones de CO2.

En cualquier caso, la califi cación de las escorias y, en su caso, la

posible asignación de emisiones a las mismas, debería propiciar

su empleo, como hasta ahora, en los cementos y en otras acti-

vidades relacionadas con la construcción, ya que de este modo

el conjunto de la Sociedad se evita los problemas que conllevan

los vertederos (espacio perdido, paisaje alterado, posible con-

taminación de las aguas, el territorio y la biodiversidad), lo que

redunda en un incremento de la sostenibilidad global.

Finalmente, es importante recordar que los conglomerantes sobre-

sulfatados no están incluidos en la EHE-08, por tanto, su uso no está

permitido en la fabricación de hormigón estructural en España.

Agradecimiento

El autor agradece sinceramente a Olga Fernández Hernández

su inestimable trabajo en la elaboración y edición del presente

artículo, sin el cual hubiera sido imposible su realización.

Bibliografía

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148, 27794-27841. Jueves 19 de junio de 2008.

Tabla 14. Composición química de las escorias de horno alto en función de su basicidad (relación CaO/SiO2).

PARÁMETRO VALOR

CaO/SiO2

>1,0 <1,0

Contenido de MgO Medio Alto

Fe total 0,2-0,6 0,4

Mn total 0,2-0,7 0,3

TiO2

0,5-2,7 0,7

Al2O

39,0-14,0 9,2

S total (principalmente CaS) 1,1-2,0 1,6

SiO2

33,2-37,0 38,4

CaO 38,1-41,7 35,6

MgO 7,0-11,0 18,0

Na2O 0,3-0,6 0,5

K2O 0,6-0,8 0,8

CaO/SiO2

1,1-1,2 0,9

CaO+MgO

SiO2

1,3-1,5 1,2

Cemento


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Fe de erratasEn el artículo `Determinación de los componentes del cemento´ del nº 937 de marzo-abril de 2010 en la Tabla 18 de la pági-

na 31, en la primera fi la que se refi ere a la UNE 80216:2010, en la fórmula para la determinación de las escorias de horno alto

hay que intercambiar la a por la b, es decir, poner (a-b) en vez de (b-a).

Asimismo, en la Tabla 20 de la página 32, en la fi la correspondiente a la determinación de escorias de horno alto, en la última

columna hay que poner (a-b) en vez de (b-a).

Este error proviene del borrador de la norma UNE 80216:2010 que ya ha sido subsanado.

Año Internacional de la

QUÍMICA2011

2010_nueva norma europea SSC_CEMENTO HORMIGÓN Nº 939 JULIO-AGOSTO 2010_publicado

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