Fabricación del Cemento Portland
El proceso de fabricación del cemento portland consta de varias etapas clave:
Preparación de las Materias Primas
Las materias primas, como la caliza y la arcilla, se extraen de canteras y se trituran hasta alcanzar un tamaño adecuado. Luego, se secan para facilitar la molienda posterior.
1. Secado
El secado puede realizarse de dos maneras:
- Secado Separado: Se utiliza un secador de tambor para eliminar la humedad antes de la molienda.
- Secado Simultáneo: Se aprovecha el calor generado durante la molienda en molinos de bolas o cónicos para secar las materias primas.
Cocción
El crudo, una mezcla de materias primas molidas, se cuece en hornos rotatorios a altas temperaturas. Durante la cocción, se producen una serie de reacciones químicas que transforman el crudo en clínker, un material nodular.
1. Características del Horno
- Producción de hasta 3000 toneladas al día.
- Rotación de 180 revoluciones por hora.
- Pendiente del 2% al 5%.
- Quemador alimentado con carbón pulverizado o fuel-oil.
1.1. Reacciones Endotérmicas
Estas reacciones absorben calor y ocurren a diferentes temperaturas:
- 100°C a 200°C: Evaporación del agua libre.
- 200°C a 600°C: Evaporación del agua combinada.
- 600°C: Eliminación del CO2 del MgCO3.
- 600°C a 900°C: Pérdida del CO2 del CaCO3 y formación de CaO.
- 900°C a 1100°C: Descomposición de las arcillas y formación de óxidos.
1.2. Reacciones Exotérmicas
Estas reacciones liberan calor y ocurren a temperaturas más altas:
- 900°C a 1200°C: Reacción entre la cal y los óxidos de la arcilla.
- 1250°C a 1290°C: Formación de fase líquida y compuestos del clínker.
Molienda
El clínker se muele finamente junto con yeso, que actúa como regulador de fraguado, para obtener cemento portland. También se pueden añadir adiciones para mejorar las propiedades del cemento.
1. Adiciones
Las adiciones son materiales que se añaden al cemento para mejorar sus características. Algunos ejemplos incluyen:
- Puzolanas Naturales: Materiales silíceos o sílico-aluminosos que reaccionan con la cal para formar compuestos cementantes.
- Cenizas Volantes: Subproducto de la combustión del carbón que mejora la resistencia y durabilidad del cemento.
- Humo de Sílice: Subproducto de la producción de silicio que mejora la resistencia y la trabajabilidad del cemento.
- Escoria Granulada de Horno Alto: Subproducto de la producción de hierro que tiene propiedades hidráulicas.
- Caliza: Mejora la trabajabilidad y la resistencia del cemento.
- Esquisto Calcinado: Material con propiedades hidráulicas y puzolánicas.
Almacenamiento y Suministro
El cemento se almacena en silos o sacos para protegerlo de la humedad. Es importante evitar la contaminación con otros tipos de cemento y el uso de cemento caliente.
Hidratación del Cemento Portland
Cuando el cemento se mezcla con agua, los silicatos y aluminatos se hidratan, formando una masa rígida y dura. Este proceso se basa en las teorías cristaloide y coloidal.
Fraguado y Endurecimiento del Cemento Portland
El fraguado es la pérdida de plasticidad de la pasta de cemento, mientras que el endurecimiento es la ganancia progresiva de resistencia. Varios factores influyen en la velocidad de estos procesos.
1. Fraguado
El fraguado se produce debido a la hidratación del C3S y la formación de productos hidratados. El yeso se añade para retardar el fraguado y evitar el fraguado relámpago causado por la hidratación rápida del C3A.
2. Endurecimiento
El endurecimiento se produce por la formación continua de productos hidratados que rellenan los espacios entre las partículas de cemento. La finura de molido, la temperatura y las adiciones influyen en la velocidad de endurecimiento.
3. Retracción y Entumecimiento
La retracción es la reducción de volumen de la pasta de cemento, mientras que el entumecimiento es el aumento de volumen. La retracción puede provocar fisuras, por lo que es importante un curado adecuado.
- Retracción Plástica: Ocurre antes del fraguado debido a la evaporación del agua superficial.
- Retracción de Secado: Ocurre después del fraguado debido a la pérdida de agua de la pasta endurecida.
- Retracción por Carbonatación: Ocurre debido a la reacción del CO2 del aire con los componentes hidratados.