Aglomerantes - cementos y hormigones

Materiales de Ingeniería – E. Donoso

7. CEMENTOS Y HORMIGONES 7.1 CEMENTOS Cementos simples (sulfato de calcio, morteros de yeso, etc.) Materiales cementantes Cementos complejos (cemento portland, etc.) Cementos portland: mezcla de clínker (molido) + 2 a 3% de yeso § Materias primas: cal (CaO) → sílice (SiO2) → alúmina (Al2O3) → óxido de hierro (Fe2O3) →

C S A F

§ Proceso: a) molienda ymezcla, en proporciones adecuadas, de las materias primas. b) mezcla se somete a temperaturas entre 1400 y 1650 °C en un horno rotatorio. c) producto obtenido: clinker d) el clinker se enfría, se mezcla con yeso (CaSO4•2H2O), y se pulveriza Ø Composición química: consta de 4 componentes: Componente silicato tricálcico silicato dicálcico aluminato tricálcico ferroaluminato tetracálcico Fórmulaquímica 3CaO•SiO2 2CaO•SiO2 3CaO•Al2O3 4CaO•Al2O3•Fe2O3 Abreviatura C3S C2S C3A C4AF

C3S Figs. Estructura del clinker

C2S

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Ø Endurecimiento del cemento: endurece al reaccionar el C3S y C2S con el agua (reacción de hidratación), produciendo el silicato tricálcico hidratado (gel coloidal de partículas de menos de 1 µm) e hidróxido de calcio (materialcristalino) Reacciones de hidratación: 2(3Ca•SiO2) + 6H2O → 3CaO•2SiO2•3H2O + 3Ca(OH)2 + calor { 2 C3S + 6H → C3S2H3 + 3 CH } 2(2Ca•SiO2) + 4H2O → 3CaO•2SiO2•3H2O + Ca(OH)2 + calor { 2 C2S + 4H → C3S2H3 + CH } gel coloidal H = agua

agua cemento reacción inicial

cemento

gel coloidal agua residual

Resistencia compresión, Mpa

60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 tiempo, días

Fig.Resistencia a la compresión de los componentes del cemento en función del tiempo de curado

C3S C2S
C3A+CSH2
C4AF+CSH2
100

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Grado (resistencia mecánica) Tiempo de Tiempo de Resistencia a Resistencia a Resistencia Resistencia a flexión a flexión compresión compresión fraguado fraguado (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) (h) (h) I.F. F.F. 7 días 28días 7 días 28 días Corriente ≥1 ≤ 12 ≥ 180 ≥ 250 ≥ 35 ≥ 45 Alta resistencia ≥ 3/4 ≤ 10 ≥ 250 ≥ 350 ≥ 45 ≥ 55 * I.F.: Inicio de fraguado F.F.: Fin de fraguado.

Tipos de cementos portland: Tipo de cemento Común Moderado (calor y resistencia al sulfato) Endurecimiento rápido Bajo calor de hidratación Resistente al sulfato Otros Tipos de cementos: Ø Cementos puzolánicos: Inicialmente se usó puzolana(arcillas y esquistos calcinados) mezclada con cal. Actualmente se añade en fábrica al clínker portland, junto al yeso Ø Cementos siderúrgicos: se emplea escoria de alto horno (enfriada bruscamente con exceso de agua) como adición al clínker.
Clasificación Componentes (%) Materias extrañas Clinquer Puzolana Escoria Sulfato (SO3) Portland ≤3 ≥ 93 ≤4 Portland Siderúrgicos ≤3 ≥ 63 ≤ 30 ≤4Siderúrgicos ≤3 18 - 70 30 - 75 ≤4 Portland Puzolánicos Puzolánicos ≤3 ≥ 63 ≤ 30 ≤4 ≤3 43 - 70 30 - 50 ≤4

Composición, % en peso * C3S C2S C3A C4AF 55 20 12 9 45 30 7 12 65 10 12 8 25 50 5 13 40 35 3 14

* Las diferencias corresponden a yeso y a componentes como MgO, sulfatos alcalinos, etc.

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Fabricación del Cemento

I.

II.

III.

IV.

V. VI.Materia prima: (1) Caliza proveniente de la mina. (2) Planta trituradora, se reduce de tamaño el mineral. (3) tren calero, deposita el mineral en las tolvas. (4) Tolvas de acceso a la fábrica. Tratamiento de crudos: (5) Cancha de ingredientes primarios, se mantiene el mineral separado (alta y baja ley). (6) Dosificación y mezcla, donde después pasa a los molinos secadores. (7) Silos de crudo,antes de ingresar a los silos el polvo seco es homogeneizado. Sinterización: (8) Hornos rotatorios, por la derecha entra el crudo y por la izquierda sale el sinterizado y entra el combustible y el aire (la temperatura aumenta a medida que el material avanza hacia su salida). (11) Combustible, carbón de piedra molido y seco. (9) y (10) Tratamiento del combustible (es este caso carbón)....