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• Jean Pierre Guanilo Rivera

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Fabricacion del cemento 1. Obtención y preparación de materias primas Las canteras se explotan mediante voladuras controladas, en el caso de materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de materiales blandos (arcillas y margas) se utilizan excavadoras para su extracción.

2. Trituración Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una granulometría adecuada para el producto de molienda y se traslada a la fábrica mediante cintas transportadoras o camiones para su almacenamiento en el parque de prehomogeneización.

3. Prehomogeneización El material triturado se almacena en capas uniformes para ser posteriormente seleccionadas de forma controlada. La prehomogeneización permite preparar la dosificación adecuada de los distintos componentes reduciendo su variabilidad.

4. Molienda de crudo Estos materiales se muelen para reducir su tamaño y favorecer así su cocción en el horno.En el molino vertical se tritura el material a través de la presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. A partir de ahí, la materia prima (harina o crudo) se almacena en un silo para incrementar la uniformidad de la mezcla.

5. Precalentador de ciclones La alimentación al horno se realiza a través del precalentador de ciclones, que calienta la materia prima para facilitar su cocción. La materia prima molida se introduce por la parte superior de la torre y va descendiendo por ella. Mientras tanto, los gases provenientes del horno, ascienden a contracorriente precalentando así el crudo, que alcanza los 1.000ºC antes de entrar al horno.

6. Fabricación del clínker: Horno A medida que la harina va avanzando en el interior del horno la temperatura va aumentando hasta alcanzar los 1.500ºC, produciéndose entonces las complejas reacciones químicas que dan lugar al clínker. Para alcanzar las temperaturas necesarias para la cocción de las materias primas y la producción de clínker, el horno cuenta con una llama principal que arde a 2.000ºC. 7. Fabricación del clínker: Enfriador A la salida del horno, el clínker se introduce en el enfriador, que inyecta aire frío del exterior para reducir su temperatura de los 1.400ºC a los 100ºC. El aire caliente generado en este dispositivo se introduce nuevamente en el horno para favorecer la combustión, mejorando así la eficiencia energética del proceso.

8. Molienda de clínker y fabricación de cemento El clínker se mezcla con yeso y adiciones dentro de un molino de cemento. Los molinos pueden ser de rodillos y de bolas. Este último consiste en un gran tubo que rota sobre sí mismo y que contiene bolas de acero en su interior. Gracias a la rotación del molino, las bolas colisionan entre sí, triturando el clínker y las adiciones hasta lograr un polvo fino y homogéneo: el cemento.

9. Almacenamiento del cemento El cemento se almacena en silos, separado según sus clases.

10. Envasado o expedición a granel El cemento se ensaca o se descarga en un camión cisterna para su transporte por carretera o ferrocarril.

Quimica del cemento Portland Por ser el cemento el componente mas activo del concreto, y teniendo en cuenta que todas las propiedades del concreto dependen de la cantidad y tipo de cemento a usarse, ya que la seleccion y una adecuada dosificacion son muy importantes. El cemento Portland no es un compuesto quimicamente simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o mas del peso del cemento Portland:    

Silicato tricalcico (3CaO·SiO2) Silicato dicalcico (2CaO·SiO2) Aluminato tricalcico (Al2O3·3CaO) Aluminioferrito tetracalcico (Al2O3·4CaO·Fe2O3)

Aparte de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratacion. Las materias primas constituyentes del cemento son principalmente cal, silice, alumina y oxido de hierro:     

Oxido de calcio(44%) Oxido de silicio(14.5%) Oxido de aluminio(3.5%) Oxidos de hierro(3%) Oxido de magnesio(1.6%)

Se denomina índice de hidraulicidad a la relación entre éstos componentes: I= ( SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 )/ (CaO + MgO) De acuerdo al valor de éste índice los cementos se clasifican en:  

Cementos rápidos: 0.65  I  1.20 fraguan en un tiempo menor a 1 hora Cementos lentos: : 0.50  I  0.65 fraguan en un tiempo mayor a 8 horas.

Durante el proceso de produccion del cemento estos compuestos interactuan para luego formar una serie de productos mas complejos (silicatos calcicos, aluminatos calcicos y ferritos) que alcanzan un estado de equilibrio quimico, con la excepcion de cal no combinada la cual no ha tenido suficiente tiempo para reaccionar a esta se la denomina como cal libre. El cemento obtenido tiene una composición del tipo: 

64 % óxido de calcio

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21 % óxido de silicio

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5,5 % óxido de aluminio

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4,5 % óxidos de hierro

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2,4 % óxido de magnesio

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1,6 % sulfatos

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1 % otros materiales, entre los cuales principalmente agua.

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidroxido de calcio(Ca(OH)2) y el hidrato de silicato de calcio (CaO · SiO2 · H2O). Este ultimo es por mucho el componente cementante mas importante en el concreto ya que produce las propiedades ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional, principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto. Fraguado del cemento: Se denomina asi al proceso quimico por el cual el cemento adquiere dureza. El fraguado se produce en dos etapas: Fraguado: proceso que dura de minutos a 15 horas, en que la masa plástica adquiere rigidez. Endurecimiento: proceso en que la masa rígida aumenta su dureza y resistencia mecánica que demanda de 28 días a varios años. Ecuaciones de fraguado del cemento: 2 SiO5Ca3 + 6 H2O  Si2O7Ca3. 3H2O + 3 Ca(OH)2 gel de tobermorita 2 SiO4Ca2 + 4 H2O  Si2O7Ca3. 3H2O + Ca(OH)2 gel de tobermorita Al2O6Ca3 + 6 H2O  3 Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 El gel de tobermorita es un tipo de silicato hidratado que podemos considerar proveniente del ácido “ortosilícico” o sea que se forma de la siguiente manera: 2 SiO2 + 3 H2O  Si2O7H6 Efecto de la adicion de yeso: El yeso retarda el fraguado inicial del cemento lo cual se debe a que el aluminato tricálcico, en presencia del yeso, no se hidrata de inmediato sino que reacciona con el yeso produciendo con ello una doble sal cristalina o sulfoaluminato 3CaOAl2O3.3CaSO4.3H2O manteniéndose así la concentración de aluminatos tricálcico por debajo de la precisa para que empiecen a separarse sus hidratos cristalinos. La adición de yeso no debe superar el 3%, porque de lo contrario, se dilata dentro del cemento fraguado produciendo fisuras.