EL CEMENTO.Historia, Usos, Métodos de Fabricación e importancia en la construcción.

Escuela 42 Ing. Civil

Ciro Calderón. C.I 20.199.615.

CEMENTO

El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada Clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón (en España, parte de Suramérica y el Caribe hispano) o concreto (en México, Centroamérica y parte de Suramérica). Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil.

Historia del cemento De todos los conglomerantes hidráulicos el cemento portland y sus derivados son los más empleados en la construcción debido a estar formados, básicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparación con otros materiales y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar. Dentro de los conglomerantes hidráulicos entran también los cementos de horno alto, los puzolánicos y los mixtos, teniendo todos éstos un campo muy grande de empleo en hormigones para determinados medios, así como los cementos aluminosos "cementos de aluminato de calcio", que se aplican en casos especiales.

Hace 5.000 años aparecen al norte de Chile las primeras obras de piedra unidas por un conglomerante hidráulico procedente de la calcinación de algas, estas obras formaban las paredes de las chozas utilizadas por los indios.

Los egipcios emplearon morteros de yeso y de cal en sus construcciones monumentales.

En Troya y Micenas, dice la historia que, se emplearon piedras unidas por arcilla para construir muros, pero, realmente el hormigón confeccionado con un mínimo de técnica aparece en unas bóvedas construidas cien años antes de J.C.

Los romanos dieron un paso importante al descubrir un cemento que fabricaban mezclando cenizas volcánicas con cal viva. En Puteoli conocido hoy como Puzzuoli se encontraba un depósito de estas cenizas, de aquí que a este cemento se le llamase "cemento de puzolana".

Con hormigón construye Agripa en el año 27 antes de J.C. el Panteón en Roma, que sería destruido por un incendio y reconstruido posteriormente por Adriano en el año 120 de nuestra era y que, desde entonces, desafió el paso de tiempo sin sufrir daños hasta el año 609 se transformó en la iglesia de Santa María de los Mártires. Su cúpula de 44 metros de luz está construida en hormigón y no tiene mas huecos que un lucernario situado en la parte superior.

Historia del cemento portland Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los yesos y las cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los cementos. John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro de Eddystone en la costa de Cornish, se encuentra con que los morteros formados por la adición de una puzolana a una caliza con alta proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la acción de las aguas marinas y que la presencia de arcilla en las cales, no sólo las perjudicaba sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas cales fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella. Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el sistema de fabricación que se sigue empleando en la actualiad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 publicó su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la pauta a seguir en la fabricación del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y con él marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en 1853 empieza a estudiar la acción destructiva del agua de mar sobre el mortero y hormigón.

En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la cocción. En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había logrado una parcial sinterización por elección de una temperatura adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la construcción de un túnel bajo el río Támesis en Londres. Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima. El intenso desarrollo de la construcción de ferrocarriles, puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las fábricas de éste, especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por doquier. Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se imponen en las obras de ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos naturales. Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, yendo destinada, prácticamente, toda su producción a en lazar piedras sueltas para crear el material pétreo que conocemos como hormigón. Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le Chatelier, en 1870 y 1880, fueron fundamentales y muy meritorias para el desarrollo de este material. En ellas se apoya toda la investigación actual que emplea técnicas de análisis muy sofisticadas y rápidas.

TIPOS DE CEMENTO Y SUS USOS Información General Los cementos son conglomerantes hidráulicos, esto es, productos que

mezclados con agua forman pastas que fraguan y endurecen, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables, tanto en el aire, como bajo agua. La clasificación de un cemento puede realizarse en función de: • La naturaleza de sus componentes • Su categoría resistente • O, en su caso, por sus características especiales Clasificación de los cementos Atendiendo a la naturaleza de sus componentes, los cementos pueden clasificarse en varios tipos diferentes, según las Normas en: 1. cemento portland: (también denominado como cemento tipo 1-RTCR, y que cumple con las

especificaciones físicas de la norma ASTM C150 para el cemento tipo 1) cemento hidráulico producido al pulverizar Clinker y una o más formas de sulfato de calcio como adición de molienda.

2. 2. cemento hidráulico modificado con puzolana; cemento tipo MP-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla homogénea de Clinker, yeso y puzolana (y otros componentes minoritarios), producido por molienda conjunta o separada cuya proporción de componentes está indicada en la Tabla N°1.

3. 3. cemento hidráulico modificado con escoria; cemento MS-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla homogénea de Clinker, yeso y escoria granulada de alto horno (y otros componentes minoritarios), producido por molienda conjunta o separada cuya proporción de componentes está indicada en la Tabla N° 1.

4. 4. cemento hidráulico de uso general; cemento tipo UG-RTCR: cemento hidráulico que consiste en una mezcla homogénea de Clinker, yeso y otros componentes minerales producido por molienda conjunta o separada, cuya proporción de componentes está indicada en la Tabla N° 1.

5. modificaciones: Los cementos indicados en esta norma, pueden incluir las siguientes modificaciones, opcionales, las cuales deberán ser indicadas en su empaque respectivo:

5.1 A: cemento hidráulico con resistencia al congelamiento (mediante dispersión de burbujas de aire en el concreto producido). 5.2 AR: cemento hidráulico de alta resistencia inicial. 5.3 AS: cemento hidráulico de alta resistencia a los sulfatos. 5.4 BL: cemento blanco. Aquel cemento que cumpla con un índice de blancura superior a 85 en el parámetro *L, de acuerdo a la norma UNE 80305:2001 (establecida por las coordenadas CIELAB). 5.5 BH: cemento hidráulico de bajo calor de hidratación (en caso de requerirse una mayor cantidad de puzolana debe estar adecuadamente indicada, así como debe existir una especificación aprobada por el cliente). 5.6 BR: cemento hidráulico de baja reactividad a los agregados reactivos a los álcalis (deben cumplir con los parámetros para baja reactividad a los agregados reactivos a los álcalis). 5.7 MH: cemento hidráulico de moderado calor de hidratación. 5.8 MS: cemento hidráulico de resistencia moderada a los sulfatos.

6. cemento de albañilería; cemento para mortero: cemento hidráulico, usado principalmente en albañilería o en preparación de mortero el cual consiste en una mezcla de cemento hidráulico o tipo Portland y un material que le otorga plasticidad (como caliza, cal hidráulica o hidratada) junto a otros materiales introducidos para aumentar una o más propiedades, tales como el tiempo de fraguado, trabajabilidad, retención de agua y durabilidad. Este cemento debe cumplir con la norma ASTM C-91 (cemento de albañilería) y ASTM C-1329 (cemento para mortero) en su última versión.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTOEl proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales: extracción y molienda de la materia prima, homogeneización de la materia prima, producción del Clinker yLa 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, el sistema de explotación y equipos utilizados varía.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 Clinker a temperaturas superiores a los 1500° centígrados. 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 Clinker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.El Clinker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento. PASOS DE LA FABRICACIÓN:1) Explotación de materia prima:De las canteras de piedra se extrae la caliza, y las arcillas a través de barrenación ydetonación con explosivos.2) Transporte de materia prima:Una vez que las grandes masas de piedra han sido fragmentadas, se transportan a la planta en camiones o bandas.3) Trituración:El material de la cantera es fragmentado en las trituradoras, cuya tolva recibe la materia prima, que por efecto de impacto o presión son reducidos a un tamaño máximo de una o media pulgada.4) Pre homogeneización:Es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de arcilla, caliza o cualquier otro material que lo requiera.

5) Almacenamiento de materia prima:Cada uno de los materias primas es transportado por separado a silos en donde son sodificados para la producción de diferentes tipos de cemento.6) Molienda de materia prima:Se realiza por medio de un molino vertical de acero, que muele el material mediante la presión que ejercen tres rodillos cónicos al rodar sobre una mesa giratoria de molienda. Se utilizan también para esta fase molinos horizontales, en cuyo interior el material es pulverizado por medio de bolas de acero.7) Homogeneización de harina cruda:Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogénea del material.8) Calcinación:Es la parte medular del proceso, donde se emplean grandes hornos rotatorios en cuyo interior a 1,400 °C la harina cruda se transforma en Clinker, que son pequeños módulos gris obscuro de 3 a 4 cm.9) Molienda de cemento:El Clinker es molido a través de bolas de acero de diferentes tamaños a su paso por las dos cámaras del molino, agregando el yeso para alargar el tiempo de fraguado del cemento.10) Envase y embarque del cemento:El cemento es enviado a los silos de almacenamiento; de los que se extrae por sistemas neumáticos o mecánicos, siendo transportado a donde será envasado en sacos de papel, o surtido directamente a granel. En ambos casos se puede despachar en camiones, tolvas de ferrocarril o barcos.

Importancia del cemento. Producciones: Mundial.La enorme importancia del cemento en nuestros días queda constatada por el hecho de ser el material que más se produce en el mundo, con cerca de 1800 millones de toneladas al año. El crecimiento en el consumo de cemento está directamente relacionado con el aumento de la población mundial y con el desarrollo de los países (obras de ingeniería civil, infraestructuras, etc.). Se puede pensar que, al menos a corto plazo, el hormigón y el mortero seguirán siendo los medios más barato de construir, y su consumo no cesará de aumentar proporcionalmente al crecimiento de la población y al desarrollo, con lo que el cemento que es el componente activo de aquellos también lo hará. España es un país con una importante industria cementera. En el contexto mundial, nuestro país ocupa el séptimo puesto en cuanto a la fabricación de cemento. El número de sociedades cementeras es de 13, aunque, por la posición accionarial de uno de los grandes grupos en una de estas sociedades y de dos de aquellos en la titular de la importante instalación de molienda de Arguineguín (Gran Canaria), podrían considerarse solamente 11. La capacidad “efectiva” de Clinker, es decir, la de los hornos que funcionan normalmente, supera los 32 millones de toneladas anuales, mientras la “de reserva” es de poco menos de 1.9 millones de toneladas anuales. La capacidad anual de molienda de cemento alcanza, casi, los 49 millones de toneladas. Las capacidades citadas corresponden a 36 plantas con proceso de producción completo y 5 plantas de molienda, de las que dos ya fueron en su día instaladas con esta finalidad y cuentan con unas altas capacidades unitarias —las que funcionan en las Islas Canarias, donde no existen calizas y sí en cambio grandes reservas de materias puzolánicos— y otras tres son el resultado de la parada de hornos actualmente ineficaces.