UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION CEMENTO RECOPILADO POR: MSc. ING. CLAUDIA ARAUZ SANCHEZ.
CEMENTO La palabra cemento es nombre de varias sustancias adhesivas. Deriva del latín caementum, porque los romanos llamaban opus caementitium (obra cementicia) a la grava y a diversos materiales parecidos al hormigón que usaban en sus morteros, aunque no eran la sustancia que los unía. Hoy llamamos cemento por igual a varios pegamentos, pero de preferencia, al material para unir que se usa en la construcción de edificios y obras de ingeniería. civil. También se le conoce como cemento hidráulico, denominación que comprende a los aglomerantes que fraguan y endurecen una vez que se mezclan con agua e inclusive, bajo el agua. En ingeniería civil y construcción se denomina cemento a un aglutinante o conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia pétrea, el hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado, siendo su principal función la de aglutinante. CEMENTO PORTLAND El cemento de Pórtland es el tipo de cemento 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 su aspecto con las rocas encontradas en la isla de Pórtland, una isla del condado de Dorset. El cemento portland es el que proviene de la pulverización del clínker obtenido por fusión incipiente de materiales arcillosos y calizos, que contengan óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro en cantidades convenientemente dosificadas y sin más adición posterior que yeso sin calcinar, así como otros materiales que no excedan del 1% del peso total y que no sean nocivos para el comportamiento posterior del cemento, como pudieran ser los álcali. CLINKER PORTLAND El clinker portland es el componente principal del cemento común y, por tanto, del hormigón. Su nombre surge por su color gris característico, igual que el de la piedra que existe en la región de Portland, cercana a Londres.
Fabricación del cemento Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y los procesos utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y procesos de vía húmeda. El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales: 1. Extracción y molienda de la materia prima 2. Homogeneización de la materia prima 3. Producción del Clinker 4. Molienda de cemento. La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo. La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500 C. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas. El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.
Proceso de fabricación del cemento: Tipos de cemento portland Se fabrican distintos tipos de cemento portland para satisfacer diferentes necesidades químicas y físicas para propósitos específicos. La norma ASTM C-150 Especificación estándar para cementos Portland estipula 5 tipos de cemento Portland: Tipo I: Conocido como cemento Portland Normal, destinado a usos generales: estructuras, pavimentos, bloques, tubos. Tipo II: Conocido como cemento Modificado, adecuado en general para obras hidráulicas por su calor de hidratación moderado y su regular resistencia a los sulfatos.
Tipo III: Rápida resistencia alta, recomendable para sustituir al tipo I en obras de emergencia o cuando se desee retirar pronto las cimbras para usarlas un número mayor de veces. Tipo IV: De bajo calor, adecuado para la construcción de grandes espesores (presas) porque su calor de hidratación es muy reducido y su resistencia se adquiere lentamente. Tipo V: De alta resistencia a los sulfatos, recomendable en cimentaciones expuestas a la acción de aguas sulfatadas. Se produce también, el cemento portland blanco, de características semejantes al tipo I, usado en construcciones urbanas cuando lo demandan razones arquitectónicas o acabados con pintura de tono pastel. Además tiene la ventaja de no causar manchas. Otra variedad de clasificación de los cementos y de acuerdo a las normas de la UNION EUROPEA se clasifica en tipos por sus usos, que a la vez se subdividen en otros por sus características físicas, químicas y su resistencia. Los tipos generales son: Tipo I: Cemento Pórtland Gris y Cemento Portland Blanco: Uso para hormigones en masa, armados y pretensados y morteros en general. Tipo II: Cemento Portland Gris y Cemento Pórtland Blanco con adiciones: Uso para hormigones en masa y armados y morteros en general. Adiciones: Escorias de horno alto, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales y calizas. Tipo III: Cemento Puzolanico: Uso para hormigones en masa y armados y morteros en general, especialmente en ambientes moderadamente agresivos por: aguas débilmente ácidas, aguas carbónicas agresivas, aguas puras. Hormigones de obras hidráulicas. Hormigones con áridos reactivos con álcalis. Tipo IV: Cemento Pórtland Blanco para solados: Uso para solados y aplicaciones no estructurales; prohibido para uso estructural.
Almacenamiento del cemento El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el Contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias. Otros cementos con clinker portland Además de los tipos de cementos anteriores se producen otros cementos a base de clinker portland para usos diferentes a la fabricación de concreto hidráulico convencional, siendo principalmente los que a continuación se mencionan: -Cemento blanco: El clinker portland para este cemento se produce seleccionando materias primas (piedra caliza, caolín y yeso ) con muy bajas proporciones, e incluso nulas, de hierro y manganeso. En México se le fabrica normalmente de acuerdo con su composición química puede ser clasificado como portland tipo lo tipo III. Se le destina principalmente a trabajos arquitectónicos y decorativos que requieren gran brillantez y acabados artísticos, para crear mosaicos y granito artificial, para moldes esculturales y otras aplicaciones en las que predomina el color blanco, en donde no se requieren grandes consumos de cemento, ya que su precio es relativamente alto. -Cemento Puzolana: Nuestro cemento Portland puzolana es una variedad de cemento que se hace moliendo clinker, yeso y puzolana natural, una materia prima de cenizas y rocas volcánicas. Se utiliza el cemento puzolánico en todo tipo de construcciones; sin embargo, su uso óptimo es para proyectos que están en constante contacto con agua o que se construyen en terreno húmedo. -Cemento para pozo petrolero: Para las lechadas, morteros y concretos que se emplean en los trabajos de perforación y mantenimiento de pozos petroleros y geotérmicos, deben utilizarse cementantes cuyos tiempos de fraguado sean adecuados a las condiciones de colocación ya las elevadas temperaturas y presiones que en el sitio existan.
A falta de este cemento, en condiciones poco severas puede suplirse con un cemento portland tipo II de producción normal, junto con aditivos reguladores del fraguado añadidos en obra. Por el contrario, en condiciones muy rigurosas de presión y temperatura, puede ser necesario emplear cementos distintos al portland como los que eventualmente se elaboran mediante una mezcla de silicato dicálcico y sílice finamente molida. -Cemento de Mampostería: El cemento de mampostería se emplea en la elaboración de morteros para aplanados, junto de bloques y otros trabajos similares, por cuyo motivo también se le denomina cemento de albañilería. Dos características importantes de este cemento son su plasticidad y su capacidad para retener el agua de mezclado. Tomando en cuenta que sus requisitos de resistencia son comparativamente menores que los del portland, esas características suelen fomentarse con el uso de materiales inertes tales como caliza y arcilla, que pueden molerse conjuntamente con el clinker o molerse por separado y mezclarse con el cemento portland ya elaborado. La Especificación ASTM C 91(8) considera tres tipos de cemento de mampostería (N, S y M) con tres diferentes niveles de resistencia. En México se produce normalmente un solo tipo de este cemento conforme a la NOM C-21(9) cuyos requisitos son equiparables a los del cemento de nivel inferior de resistencia (tipo N) reglamentado por la ASTM. Cemento en Nicaragua En Nicaragua existen dos grandes empresas dedicadas a la fabricación y comercialización de cemento las cuales son: CEMEX y HOLCIN - CEMEX: Fabrica el cemento CANAL y su planta está ubicada en San Rafael del Sur. Asimismo comercializan otros productos relacionados a la construcción tales como: Arena, Piedrín, adoquines, bloques y venta de morteros y concretos.
El proceso de fabricación del cemento es el siguiente: 1- Materia Prima: Las materias primas para la producción del cemento son calizas y margas calcáreas que se encuentran en las minas cercanas a la fábrica de San Rafael del Sur. 2- Extracción de Materias Primas: Se realiza la extracción a cielo abierto. En las minas se utiliza método de explosivos para las rocas más duras y con bulldozers se extrae el material más suave. Todo el material es transportado a la planta por camiones volquetes. 3- Trituración: En la planta se inicia el proceso de transformación con la trituración (reducción de tamaño) de las calizas y margas. Para ello se utilizan trituradores de martillo que por impacto producen la reducción de tamaño de las materias primas. Luego el material se deposita en el almacén de triturado. 4- Molienda de Pasta: La planta San Rafael es de proceso húmedo, lo que significa que se agrega agua durante la molienda para facilitar la homogenización y transporte de las materias primas al horno. Las calizas y margas trituradas son reclamadas del almacén y se transportan por bandas hacia los molinos tubulares de bolas donde se dosifican. Aquí se agrega agua para continuar reduciendo el tamaño de las calizas y margas hasta conseguir una pasta con partículas finas. 5- Homogenización: La pasta producida en los molinos es transportada hacia las balsas (pilas de concreto) para su debida homogenización, la cual se realiza por un sistema mecánico y neumático. En las balsas se efectúan las correcciones necesarias para obtener los estándares establecidos en la calidad de la pasta antes de ingresarla a los hornos. 6- Clinkerización: La pasta homogenizada de la balsa es la que se alimenta a los hornos para su debida cocción. La pasta es alimentada por un extremo del horno y por el otro se alimenta el combustible para la quema. La planta utiliza como combustible Bunker y coque, aunque actualmente se están usando también aceites usados y cascarilla de arroz. El material avanza contracorriente a los gases generados para poder iniciar el secado de la pasta. La siguiente fase es la calcinación a 1450 C para dar paso a la formación del clínker. Este es el principal componente del cemento, y es el que aporta las propiedades de resistencia física, químicas y de coloración. 7- Molienda Final: La molienda final se realiza en los molinos tubulares de bolas en los cuales se mezclan el clínker, yeso y la adición de puzolana (toba). Aquí se logra alcanzar la reducción de tamaño de las partículas y el resultado es el producto final, el cemento gris. 8- Envase: El cemento producido por los molinos de bolas es transportado por roscas sin fin y elevadores de canjilones hacia los silos de concreto. Posteriormente, se extrae de los silos para llevar el cemento a las máquinas ensacadoras para su empacado en bolsas de papel kraft, la cual contiene todas las características para mantener la calidad del cemento.
- HOLCIM: Cuenta con una planta de fabricación de cemento ubicada en Nagarote y además cuenta con la planta de agregados en Cofradía. En HOLCIM se fabrican 3 tipos de cementos: 1- Tipo GU: El cemento Holcim Fuerte, es un cemento estructural, utilizado para todo tipo de construción en donde no se necesita ningún requisito especial. Por sus componentes minerales, como la puzolana le confiere características especiales con mejor resistencia mecánica, mayor durabilidad y mejor manejabilidad a las mezclas de mortero, concreto y suelo cemento. Aplicaciones: Zapatas y fundaciones, Losas de todo tipo, Columnas, Pisos, Vivienda en general, Edificios, Prefabricados como: Bloques, Adoquines, Losetas, Postes Armados, Bases estabilizadas con cemento, Drenajes, entre otros. 2- Tipo HE: Cemento Holcim Superbloque es especialmente diseñado para la producción de prefabricados livianos como bloques y adoquines. Por sus propiedades, Cemento Holcim Superbloque brinda mayor resistencia a temprana edad, obteniéndose mayor resistencia en menor tiempo. Debido a la presencia de puzolana en el cemento, se tiene como resultado bloques más densos y con mayor durabilidad, cuyas características lo hacen más resistente a los ambientes agresivos con presencia de sulfato, cloruro y agua de mar. Aplicaciones: Bloques y prefabricados. 3- Tipo HE: Cemento Holcim Industrial es un cemento de alta resistencia inicial, ideal para la elaboración de concretos estructurales. También es ideal para la elaboración de productos prefabricados y estructuras moldeadas. Aplicaciones: El Cemento Holcim Industrial es recomendado para la elaboración de concreto premezclado y la producción de concretos estructurales y concretos de alto desempeño por su alta resistencia a edades tempranas. También puede ser utilizado para la elaboración de: Vigas, Bloques, Adoquines, Muros y Losas de concreto, Puentes, Edificios y Carreteras.
CUESTIONARIO 1- Qué es el cemento? 2- Qué es cemento Portland? 3- Qué es Clinker Portland? 4- Explique el proceso de fabricación del cemento de acuerdo a cada una de las cuatro etapas 5- Defina los cinco tipos de cemento Portland? 6- Realice un resumen acerca de la forma de almacenamiento del cemento. 7- Realice un cuadro sinóptico acerca de Otros cementos con Clinker Portland 8- Realice un cuadro sinóptico acerca de las Industrias cementeras en Nicaragua (Incluya información de cada una de las empresas)