Cemento portland


Cemento portland

Cemento portland

El cemento portland es un conglomerante hidráulico que cuando se mezcla con áridos y agua tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción.

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.

El cemento portland es el tipo más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto.

Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de Pórtland, en el condado de Dorset.

Contenido

Fabricación del cemento de portland

La fabricación del cemento de 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:

La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica, con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada, sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla, o calcáreo, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones.

Esquema de un horno.

La mezcla es calentada en un horno especial, con forma de un gran cilindro (llamado kiln) dispuesto casi horizontalmente, con ligera inclinación, que rota lentamente. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos 1400°C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen.

En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcáreo) se disocia en óxido de calcio y dióxido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetracálcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clinker. El clinker puede ser conservado durante años antes 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 clinker es de unos 1.700 julios por gramo, pero a causa de las perdidas de calor el valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción del cemento y, por tanto, la liberación de gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas de efecto invernadero.

Para mejorar las características del producto final al clinker se agrega aproximadamente el 2% de yeso y la mezcla 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% óxido de hierro
  • 2,4% óxido de magnesio
  • 1,6% sulfatos
  • 1% otros materiales, entre los cuales principalmente agua.

Cuando el cemento portland es mezclado con agua, se obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas después y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia característica. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato 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 agua con el silicato tricálcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacción produce el gel de silicio (SiO2). Las tres reacciones generan calor.

Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.

La calidad del cemento de portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.

En el 2004, los principales productores mundiales de cemento de Pórtland fueron Lafarge en Francia, Holcim en Suiza y Cemex en México. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopólico.

Reacciones de formación del clinker

Las reacciones de la formación del clinker, por fases de temperatura, son:

de 1.000 a 1.100°C

3CaO+Al2O3 → 3CaOAl2O3
2CaO+SiO2 → 2CaOSiO2
CaO+Fe2O3 → CaOFe2O3

de 1.100 a 1.200°C

CaOFe2O3+3CaOAl2O3 → 4CaOAl2O3Fe2O3

de 1.250 a 1.480°C

2CaOSiO2+CaO → 3CaOSiO2

La composición final será de:

  • 51% 3CaOSiO2
  • 26% 2CaOSiO
  • 11% 3CaOAl2O3
  • 12% 4CaOAl2O3Fe2O3

Reacciones de hidratación

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

2(3CaOSiO2) + (x+3)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + 3Ca(0H)2
2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2
2(3CaOAl2O3)+ (x+8)H2O → 4CaOAl2O3xH2O + 2CaOAl2O38H2O
3CaOAl2O3 + 12H2O + Ca(0H)2 → 4CaOAl2O313H2O
4CaOAl2O3Fe2O3 + 7H2O → 3CaOAl2O36H2O + CaOFe2O3H2O

Estas reacciones son todas exotérmicas. La más exotérmica es la hidratación de 3CaOAl2O3, seguida de la de 3CaOSiO2, y luego 4CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente 2CaOSiO2.

Función del yeso

El yeso, o aljez, es generalmente agregado al clinker para regular el fraguado. Su presencia hace que el fraguado se concluya aproximadamente en 45 minutos. El yeso reacciona con el aluminato tricálcico para formar una sal expansiva llamada 'ettringita'.
3CaOAl2O3 + 3(CaSO42H2O) + 26H2O → 3CaOAl2O33CaSO432H2O

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 Pórtland se tiene:

Módulo hidráulico

M_i=\frac{%CaO}{%Al_2O_3+%Fe_2O_3+%SiO_2}=1.7 - 2.3

Módulo de silicatos

M_s=\frac{%SiO_2}{%Al_2O_3+%Fe_2O_3}=1.9 - 3.2

Módulo silícico

M_c=\frac{%SiO_2}{%Al_2O_3}=2.5 - 3.5

Módulo de alúmica

M_f=\frac{%Al_2O_3}{%Fe_2O_3}=1.5 - 2.5

Proceso de fabricación del cemento portland.

Cementos portland especiales

Los cementos portland especiales son los que se obtienen de la mismo modo que el cemento portland normal, pero tienen 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.

Notas

  1. Antecedentes Técnicos, Asociación de Fabricantes de Cemento Portland, Argentina

Véase también

Enlaces externos

Obtenido de "Cemento portland"

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • cemento portland — m Cemento hidrбulico que se obtiene al calcinar una mezcla de arcillas y piedra caliza en un horno para pulverizar posteriormente la mezcla obtenida …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

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  • cemento portland de bajo calor de hidrataciуn (CBC) — m Tipo de cemento que produce una baja temperatura de hidrataciуn durante el fraguado, conseguido mediante la alteraciуn de los componentes quнmicos de cemento portland normal …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

  • cemento portland blanco (PB) — m Cemento portland que estб formado por materias primas pobres en hierro, que le proporcionan el color grisбceo o blanquecino; empleado en la fabricaciуn de terrazos, estuco, etc …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

  • cemento portland con aire ocluido — m Cemento portland al que se le ha aсadido un agente aireante, en una cantidad especнfica …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

  • cemento portland de elevadas resistencias iniciales (CER) — m Cemento portland que contiene una mayor cantidad de silicato tricбlcico que permite un fraguado mбs rбpido y una mayor resistencia; empleado generalmente en obras hidrбulicas y muros de contenciуn …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

  • cemento portland normal (CPN) — m Cemento portland empleado en la construcciуn y que carece de ciertas cualidades que otros sн que poseen …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

  • cemento portland resistente a los sulfatos (CPS) — m Cemento portland de bajo contenido en aluminato tricбlcico, de menor susceptibilidad a la acciуn de los sulfatos disueltos en un terreno o en el agua contenida en йste …   Diccionario de Construcción y Arquitectur

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