Cemento Portland 1

Cemento PortlandEl cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras deacero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominadahormigón. Es el más usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón (enHispanoamérica concreto). Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua,al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspectocon las rocas que se encuentran en la isla de Pórtland, en el condado de Dorset. A diferencia de lo que muchos creen,su origen no está relacionado con Portland, Oregón, EE. UU..

Fabricación del cemento PortlandLa fabricación del cemento Portland se da en tres fases:•• preparación de la mezcla de las materias primas,• producción del clinker y• preparación del cemento.Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen:• óxido de calcio (44 %),• óxido de silicio (14,5 %),• óxido de aluminio (3,5 %),• óxidos de hierro (3 %)• óxido de manganeso (1,6 %).La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica. Confrecuencia los minerales ya tienen la composición deseada; sin embargo en algunos casos es necesario agregararcilla, o bien carbonato de calcio, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones.

Esquema de un horno.

La mezcla es calentada en un hornoespecial, con forma de un gran cilindro(llamado kiln) dispuesto casihorizontalmente, con ligera inclinación, querota lentamente. La temperatura aumenta alo largo del cilindro hasta llegar a unos1400 °C, que hace que los minerales secombinen pero sin que se fundan ovitrifiquen.

En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcáreo o caliza) se disocia en óxido de calcio y dióxidode carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos decalcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminatotetracálcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clínker. El clínker puede ser conservado durante añosantes de proceder a la producción del cemento, con la condición de que no entre en contacto con el agua.[1]

La energía necesaria para producir el clínker es de unos 1700 julios por gramo, pero a causa de las pérdidas de calorel valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción delcemento y, por tanto, la liberación de gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas de efectoinvernadero.

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Para mejorar las características del producto final al clínker se agrega aproximadamente el 2 % de yeso (aljez) y lamezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.El cemento obtenido tiene una composición del tipo:• 64 % óxido de calcio• 21 % óxido de silicio• 5,5 % óxido de aluminio• 4,5 % óxidos de hierro• 2,4 % óxido de magnesio• 1,6 % sulfatos• 1 % otros materiales, entre los cuales principalmente agua.Cuando el cemento Portland se mezcla con agua se obtiene un producto de características plásticas con propiedadesadherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hastaadquirir su resistencia característica. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso yaluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato, estringita y monosulfato.El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del aguacon el silicato tricálcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, lasestructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacciónproduce el gel de sílice (SiO2). Las tres reacciones generan calor.Con el agregado de materiales particulares al cemento (carbonato de calcio (calcáreo)) o cal) se obtiene el cementoplástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para elrevestimiento externo de edificios.La calidad del cemento Portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.En el 2004, los principales productores mundiales de cemento de Portland fueron Lafarge en Francia, Holcim enSuiza y Cemex en México. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopolístico.

Reacciones de formación del clínker

Las reacciones de la formación del clínker, por fases de temperatura, son:de 1000 a 1100 °C3 CaO + Al

2O3 → 3 CaOAl

2O3

2 CaO + SiO2 → 2 CaOSiO

2CaO + Fe

2O3 → CaOFe

2O3

de 1100 a 1200 °CCaOFe

2O3 + 3 CaOAl

2O3 → 4 CaOAl

2O3Fe

2O3

de 1250 a 1480 °C2 CaOSiO

2 + CaO → 3 CaOSiO

2

La composición final será:• 51 % CaOSiO2•• 26 % CaOSiO• 11 % CaOAl2O3• 12 % CaOAl2O3Fe2O3

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Reacciones de hidratación

Las reacciones de hidratación, que forman el proceso de fraguado son:6 CaOSiO

2 + (x+3) H

2O → 3 CaO2SiO

2·xH

2O + 3 Ca(OH)

24 CaOSiO2+ (x+1) H2O → 3 CaO2SiO2·xH2O + Ca(OH)26 CaOAl

2O3+ (x+8) H

2O → 4 CaOAl

2O3·xH

2O + 2 CaOAl

2O3·8H

2O

3 CaOAl2O3 + 12 H2O + Ca(OH)2 → 4 CaOAl2O3·13H2O4 CaOAl

2O3Fe

2O3 + 7 H

2O → 3 CaOAl

2O3·6H

2O + CaOFe

2O·3H2O

Estas reacciones son todas exotérmicas. La más exotérmica es la hidratación de CaOAl2O3, seguida de la deCaOSiO2, y luego CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente CaOSiO2.

Función del yeso

El yeso, o aljez, se agrega generalmente al clínker para regular el fraguado. Su presencia hace que el fraguado seconcluya aproximadamente en 45 minutos. El yeso reacciona con el aluminato tricálcico para formar una salexpansiva llamada 'estringita'.3 CaOAl

2O3 + 3 CaSO

4·2H

2O + 26 H

2O → 3CaOAl

2O3·3CaSO

4·32H

2O

Módulos

Los módulos son valores característicos de cada cemento o cal, que permiten conocer en qué relación se encuentran,porcentualmente, los diversos componentes en el producto final. Para el cemento Portland se tiene:Módulo hidráulico

Módulo de silicatos

Módulo silícico

Módulo de alúmina

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El proceso explicado gráficamente

Proceso de fabricación del cemento Portland.

Cementos Portland especialesLos cementos Portland especiales son los que se obtienen de la mismo modo que el cemento Portland normal, perotienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo conforman.

Tipos de cementos Portland•• Cemento Portland normal (CPN), o común, sin aditivos. Es el más empleado en construcción.• Cemento Portland blanco (PB), compuesto por materias primas pobres en hierro que le dan ese color blanquecino

grisáceo. Se emplea para estucos, terrazos, etc.•• Cemento Portland de bajo calor de hidratación (CBC). Produce durante el fraguado una baja temperatura de

hidratación. Se obtiene mediante la alteración de los componentes químicos del cemento Portland común.• Cemento Portland de elevada resistencia inicial (CER). Posee un mayor contenido de silicato tricálcico que le

permite un fraguado más rápido y mayor resistencia. Se emplea en muros de contención y obras hidráulicas.• Cemento Portland resistente a los sulfatos (CPS). Tiene bajo contenido en aluminato tricálcico, que le permite una

mayor resistencia a la acción de sulfatos contenidos en el agua o en el terreno.•• Cemento Portland con aire ocluido. Tiene un aditivo especial que produce un efecto aireante en el material.

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Etapas de la fabricación del cemento•• Explotación de materias primas: consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o

canteras, las cuales dependiendo de sus condiciones físicas se hacen con los diferentes sistemas de explotación;luego el material se transporta a la fábrica.

•• Preparación y clasificación de las materias primas: una vez extraídos los materiales, en la fábrica se reduce eltamaño de la caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. Su tamaño se reduce con latrituración hasta que su tamaño oscile entre 5 y 10 mm.

•• Homogeneización: consiste en mezclar las arcillas y calizas, que ya han sido trituradas. Se lleva a cabo por mediode bandas transportadoras o molinos, con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de mediomilímetro. En esta etapa se establece la primera gran diferencia de los sistemas de producción del cemento,(procesos húmedos y procesos secos).

•• Clinkerización: consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a grandes temperaturas,aproximadamente a 1450°C. En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y seforman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocidos con el nombre de clínker.

•• Enfriamiento: después que ocurre el proceso de clinkerización a altas temperaturas, viene el proceso deenfriamiento que consiste en una disminución de la temperatura para poder trabajar con el material. Esteenfriamiento se acelera con equipos especializados.

•• Adiciones finales y molienda: una vez que el clínker se ha enfriado, se prosigue a obtener la finura del cemento,que consiste en moler el clínker. Después se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado.

• Empaque y distribución: esta última etapa consiste en empacar el cemento fabricado en sacos de 50 kilogramos,teniendo mucho cuidado con diversos factores que puedan afectar la calidad del cemento. Luego se transporta y sedistribuye con cuidados especiales.

Clasificación de los cementos•• Cementos naturales: conglomerantes hidráulicos que resultan de la calcinación de mezclas naturales de caliza y

arcilla, seguida de una fina molturación; por lo tanto podemos decir que son cales hidráulicas. Está contraindicadopara hormigones resistentes y hormigón armado.

•• Cementos artificiales Portland: son todos aquellos cementos que su fabricación parten de mezclas de caliza másarcilla; hay una constancia de composición que no se da en las margas naturales.

Cualidades del cemento•• Resistencia: la resistencia a la compresión es afectada fuertemente por la relación agua/cemento y la edad o la

magnitud de la hidratación.•• Durabilidad y flexibilidad: ya que es un material que no sufre deformación alguna.•• El cemento es hidráulico porque al mezclarse con agua, reacciona químicamente hasta endurecer. El cemento es

capaz de endurecer en condiciones secas y húmedas e incluso, bajo el agua.•• El cemento es notablemente moldeable: al entrar en contacto con el agua y los agregados, como la arena y la

grava, el cemento es capaz de asumir cualquier forma tridimensional.•• El cemento (y el hormigón o concreto hecho con él) es tan durable como la piedra. A pesar de las condiciones

climáticas, el cemento conserva la forma y el volumen, y su durabilidad se incrementa con el paso del tiempo.•• El cemento es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua, es casi imposible romper su enlace con los

materiales tales como el ladrillo, el acero, la grava y la roca.

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•• Los edificios hechos con productos de cemento son más impermeables cuando la proporción de cemento es mayora la de los materiales agregados.

•• El cemento ofrece un excelente aislante contra los ruidos cuando se calculan correctamente los espesores de pisos,paredes y techos de concreto.

Referencias[1] Antecedentes Técnicos (http:/ / web. archive. org/ web/ http:/ / www. afcp. org. ar/ index3. php?IDM=15& IDSM=13), Asociación de

Fabricantes de Cemento Portland, Argentina

BibliografíaGomà, Fernando (1979). Cemento portland y otros aglomerantes, El. Barcelona: Técnicos Asociados, S.A. / ISBN84-7146-192-7.

Enlaces externosInvestigación y publicaciones del Dr Ferran Goma sobre Química del cemento Pórtland y otros aglomerantes. (http:// sites. google. com/ site/ drferrangomaesp/ investigacion-y-aportaciones)

Fuentes y contribuyentes del artículo 7

Fuentes y contribuyentes del artículoCemento Portland  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=69139422  Contribuyentes: Ampersand &, EduLeo, Ivansanchez, JMCC1, Jkbw, Julio Miro, Julio Miró, Kragen,Ramon00, Sageo, SuperBraulio13, Tamorlan, 21 ediciones anónimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:Kiln ciment.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Kiln_ciment.png  Licencia: GNU Free Documentation License  Contribuyentes: User:CdangArchivo:Cemento.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Cemento.jpg  Licencia: Public Domain  Contribuyentes: David Gabriel García Andrade. UniversidadAutónoma Metropolitana, UAM. Azcapotzalco. Estudiante Ingenieria Industrial.

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