El documento describe los cementos, específicamente el cemento portland artificial. Explica que el cemento portland artificial se obtiene por calcinación de una mezcla de material calcáreo y arcilloso que se pulveriza y mezcla con yeso. También describe el proceso de fabricación, incluyendo la extracción de materias primas, preparación de la mezcla, calcinación y molienda para producir el cemento portland. Finalmente, resume las variedades de cemento portland como el de endurecimiento rápido y fraguado rápido.

1. CEMENTOS
Química Aplicada
Carmen Coronel
Gabriela Robles

2. CEMENTO
Definición
Es una mezcla de cal hidráulica con
arcilla en una proporción mayor al 22%.
Se caracteriza porque fragua rápida-
mente y por ser muy resistente.

3. CEMENTO
Definición
Se denomina cemento a un conglomerante
hidráulico que, mezclado con agregados pétreos
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.

4. CEMENTO
Los cementos pueden dividirse en naturales
o artificiales.
Los cementos naturales proceden de la
calcinación de mezclas naturales de calizas
y arcillas y posterior molienda del producto
resultante.
Entre los cementos naturales tenemos el
cemento romano y el cemento portland
natural.

5. CEMENTO
José Aspdin obtuvo por calcinación de una
mezcla de material calcáreo y arcilloso un
producto que lo patentó como un nuevo
aglomerante. Este material al incorporarle
agua daba lugar a un producto que
recordaba al color de la piedra de la piedra
de la isla de Portland. De ahí el nombre de
cemento portland.

6. CEMENTO PORTLAND ARTIFICIAL
Se obtiene por calcinación de una mezcla
perfectamente molida y correctamente
dosificada de material calcáreo (~75%) y
arcilloso (~25%) que se pulveriza y mezcla
con 3% de yeso para retardar el tiempo de
fraguado.

7. CEMENTO PORTLAND ARTIFICIAL
Químicamente está constituido
principalmente por silicatos y
aluminatos de calcio con otros
constituyentes.

8. CEMENTO PORTLAND ARTIFICIAL
Los componentes principales deben estar
comprendidos dentro de los siguientes
límites:
CaO Óxido de calcio………………. 60 - 67%
SiO2 Dióxido de silicio……………. 17 - 25%
Al2O3 Óxido de aluminio………….. 3 - 8%
Fe2O3 Óxido férrico…………………… 0,5 - 6%
MgO Óxido de magnesio………… 0,1 - 5%
SO3 Trióxido de azufre………….. 1 - 3%
Álcalis……………………………… 0,3 - 1%

9. MATERIAS PRIMAS
Fuente de óxido de calcio
 Calizas: principalm. CaCO3, impurificado por
SiO2 y Al2O3, MgO, etc.
Creta: caliza blanda de origen orgánico; existen
margas (piedras o rocas de cementos) en las
cuales la caliza y la arcilla se encuentran en las
prop. del 75 y 25%.
Carbonato de calcio proveniente de sub-
productos de la industria.

10. MATERIAS PRIMAS
Materiales arcillosos
 Arcillas: constituidos por silicatos de
aluminio hidratados (2SiO2.Al2O3.2H2O)
impurificado con óxidos de hierro, arena, Arcilla del período
cuaternario
etc. (400.000años)
 Esquistos: son arcillas que después de su
depósito fueron sometidos a grandes
presiones; se caracterizan por su apreciable
dureza.

11. MATERIAS PRIMAS
Materiales arcillosos
 Pizarras: provienen de esquistos,
modificados por la acción del calor y que
han alcanzado mayor densidad.
Escoria de los altos hornos: es un producto que
en la industria proviene de la reacción fundente con
la ganga1 del mineral.
1
Materia que acompaña a los minerales
y que se separa de ellos como inútil.

12. FABRICACIÓN
El proceso de fabricación consiste en:
 Extracción de las materias primas
 Preparación de la mezcla:
- Vía húmeda
- Vía seca
Calcinación

13. Esquema general vía seca
Caliza Arcilla
Trituración Trituración
Secado Secado
Dosificador
Molinos
Silos de mezcla

14. Esquema general vía seca
Horno rotativo Combustible
Clinker
Yeso
Molinos
CEMENTO PORTLAND

15. Esquema general vía húmeda
Caliza Arcilla Agua
Trituración Desleidor
Dosificador
Molinos
Silos de mezcla

16. Esquema general vía húmeda
Horno rotativo Combustible
Clinker
Yeso
Molinos
CEMENTO PORTLAND

17. FABRICACIÓN
Extracción de las materias primas
Explosión con dinamita en la cantera
Extracción con máquinas excavadoras
Envío a trituradoras

18. FABRICACIÓN
Preparación de la mezcla
La preparación de la mezcla de
caliza y arcilla debe ser muy íntima y
uniforme.

19. FABRICACIÓN
Vía seca
 Se utiliza cuando la materia prima es muy
dura y está exenta de arena.
 Apropiadas para caliza, mezcla de caliza y
pizarras o esquistos.
 Requiere menor consumo de combustible para
la calcinación.
 Dosificación no es tan perfecta como en la
húmeda.

20. FABRICACIÓN
Vía seca
 La materia prima se somete a un secado que
se efectúa en contracorriente con aire caliente.
 Pasa a los dosificadores.
 Se muele en los molinos a bolas.
 Pasa luego a los silos de mezcla donde se
efectúa las correcciones de ser necesario.
 Es necesario humedecer la mezcla antes de
penetrar en el horno porque sino el tiro de la
chimenea arrastraría parte de ella.

21. FABRICACIÓN
Vía húmeda
 Se emplea para materiales blandos.
 Tiene la ventaja de suministrar mezclas
homogéneas y cementos de calidad
constantes.
 La operación se lleva a cabo en los
desleidores .

22. FABRICACIÓN
Vía húmeda
Los desleidores son recipientes horizontales
provistos de agitadores donde sedimenta la
arena y las piedras que la acompañan mientras
que la pasta que contiene alrededor de un 50%
de agua fluye por unos vertederos que posee
una malla metálica.

23. FABRICACIÓN
Vía húmeda
 Se procede luego a la molienda.
 Se envía a los removedores de barros.
Los removedores de barros son depósitos con
agitadores por los que se inyecta aire
comprimido para mantener la mezcla uniforme,
de esta manera se impide que el calcáreo y la
arcilla sedimenten en forma desigual

24. FABRICACIÓN
Calcinación
 La mezcla finamente subdividida se somete a
calcinación en los hornos rotatorios.
Los hornos rotatorios tienen entre 50 y 170 m
de longitud y un diámetro de alrededor de 3 m,
revestidos interiormente de ladrillos
refractarios, e inclinado con una pendiente
aproximadamente de un 4%; la velocidad de
giro del horno es de aproximadamente de una
vuelta por minuto

25. FABRICACIÓN
Esquema simplificado de horno
Mezcla calcárea arcillosa
Horno rotatorio
Combustible
Aire
Gases de
combustión
CLINKER Enfriador de clinker

26. FABRICACIÓN

27. FABRICACIÓN
Calcinación
El combustible utilizado en los hornos
es gas natural, fuel oil o carbón en
polvo. La alimentación se efectúa por
la parte inferior del horno.

28. FABRICACIÓN
Calcinación: transformaciones químicas
 A 100-105ºC se produce la deshidratación
del agua higroscópica de la mezcla.
 ~400ºC se descompone el MgCO3
MgCO3 MgO + CO2
 ~500ºC se elimina el agua de constitución
de las arcillas.

29. FABRICACIÓN
Calcinación: transformaciones químicas
 A 900ºC descomposición de CaCO3
CaCO3 CaO + CO2
Formación de silicato dicálcico.
 Arriba de los 1000ºC se produce silicato
tricálcico apareciendo la fase ferrítica,
disminuye el CaO no combinado al
aumentar la temp. hasta alcanzar 1450ºC;
aparición de los aluminatos

30. FABRICACIÓN
 El material que sale de la parte inferior del
horno se denomina clinker. Su formación se
produce en 2 horas aproximadamente.
El clinker se presenta en forma redondeada,
normalmente de color gris oscuro, de
consistencia pétrea y de tamaño variado. Se
enfría por diversos sistemas.

31. FABRICACIÓN
El clinker una vez frío se muele en molinos
tubulares junto con 3% de yeso para retardar el
tiempo de fraguado.

32. FABRICACIÓN
Una vez molido el cemento portland se transporta
a los silos de almacenamiento y luego se procede
a su envase.

33. Representaciones químicas
Rankin y Wright propusieron las sig.
representaciones:
CaO -------- C Fe 2O3 -------- F
SiO2 -------- S MgO -------- M
Al2O3 -------- A
Nomenclatura Fórmula Representación
Silicato tricálcico o Alita SiO2.3CaO SC3
Silicato dicálcico o Belita SiO2.2CaO SC2
Aluminato tricálcico o Celita Al2O3.3CaO AC3
Aluminioferritotetracálcico o Felita Al2O3.Fe2O3.4CaO AFC4

34. Características de los compuestos químicos
Silicato tricálcico
 Posee gran velocidad de hidratación.
 Gran calor de hidratación
 Le confiere al cemento portland alta resistencia
inicial la que aumenta muy lentamente después del
primer mes.
 Se usa en los cementos de endurecimiento rápido
y de alta resistencia inicial, debiéndose limitar su
contenido en los cementos para obras de grandes
masas de hormigón.

35. Características de los compuestos químicos
Silicato dicálcico
Posee pequeña velocidad de hidratación.
Calor de hidratación menor que el tricálcico.
Poca resistencia hasta los 7 días, después de un
mes aumenta rápidamente,
Después del año no hay casi diferencia de
resistencia entre los dos silicatos.

36. Características de los compuestos químicos
Aluminato tricálcico
 Posee velocidad de hidratación muy grande, casi
instantánea.
 Elevado calor de hidratación
 Confiere alguna resistencia dentro de las 24 hs.
 Resistencia química muy débil en contacto con
los sulfatos.
 Al clinker se adiciona yeso (sulfato) para
disminuir la rápida reacción del AC3 con el agua,
para regular así el tiempo de fraguado.

37. Características de los compuestos químicos
Aluminio-ferrito-tetracálcico
 Posee gran velocidad de hidratación.
 Calor de hidratación relativamente pequeño.
 Resistencia pequeña.
Alta estabilidad química frente a las aguas
selenitosas y al agua de mar.

38. Características de los compuestos químicos
Teniendo en cuenta que las propiedades de
cada uno de los componentes indicados son
diferentes, entonces las cantidades relativas de
cada uno de los componentes determinará la
característica del cemento.

39. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland de endurecimiento rápido
 De composición ligeramente diferente al normal y
cuyo molido ha sido más fino.
 Fragua lentamente.
 Elevada resistencia inicial (> contenido de SC3).
 Se lo conoce además como cemento portland de
alta resistencia inicial o supercemento.
 Permite desencofrar el hormigón a los pocos días
y acelerar el terminado de la obra.

40. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland de fraguado rápido
 Tiempo de fraguado menor.
 La velocidad de endurecimiento puede ser
parecida al del cemento normal.

41. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland blanco
 Se utilizan materias primas libres de hierro
porque el Fe2O3 es el que produce el color gris del
cemento.
Cementos coloreados
 Al cemento blanco se añade una sustancia que
suministre el color deseado.
azul óxido de cobalto y azul de ultramar
negro o pardo óxidos de manganeso
amarillo o rojo óxidos de hierro
negro pigmentos a base de carbono

42. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland impermeable
Cemento al que se añade un agente impermeable
como estereato de calcio o de aluminio (u otro
metal) o un aceite no saponificable.

43. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland de bajo calor de
hidratación
 Se caracteriza porque posee una composición
química que reduce el calor de hidratación, lo que
se consigue reduciendo el contenido de AC3 y SC3 y
fijando un valor mínimo de SC2.
 Se emplea en la construcción de grandes masas
de hormigón (represas).
 Corresponde al tipo IV de cemento portland de
USA.

44. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland resistentes a los sulfatos
 Bajo contenido de AC3.
 Se caracteriza por su elevada resistencia a las
aguas sulfatadas.
 Corresponde al tipo V de cemento portland de
USA.

45. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento aluminoso o fundido
 Se obtiene por fusión a 1500ºC de una mezcla de
caliza y bauxita en determinadas proporciones: 40%
de Al2O3 y 40% de CaO, el resto SiO2, Fe2O3 y
pequeñas proporciones de óxido de titanio,
magnesio y azufre.
bauxita.
 Constituyente principal es el aluminato mono-
cálcico y en la reacciones de hidratación forma un
gel de Al(OH)3.

46. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento aluminoso o fundido
 Se caracteriza por alcanzar alta resistencia inicial,
análoga al supercemento.
 Su tiempo de fraguado es similar al del cemento
portland normal y es de color oscuro.
 Resistente a las aguas de mar, a las agua ricas en
sulfatos y a líquidos orgánicos.

47. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento puzolánico
 Se obtienen cuando se muelen junto una
puzolana con el clinker de cemento portland o
cuando se mezclan una puzolana y una cal
hidratada.
La puzolana es un material silíceo o alúmino-
silíceo que tiene la propiedad de reaccionar con
la cal en contacto con el agua para dar un
aglomerante hidráulico.

48. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento puzolánico
Las puzolanas pueden ser naturales o artificiales.
Entre las puzolanas naturales se encuentran:
- Puzolana italiana (tierra de Pozzuoli)
- Tierra de Santorín (Grecia)
Las puzolanas artificiales se obtienen calcinando
ciertas arcillas, pizarras y tierras de diatomeas.

49. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento puzolánico
 La resistencia de estos cementos varía con las
proporciones utilizadas y pueden ser superiores a
la del cemento portland.
 El hormigón elaborado con este cemento es
resistente a las soluciones salinas, por lo que se
recomienda su uso en obras que han de estar en
contacto con agua de mar.

50. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento de escorias
 Se obtiene enfriando rápidamente la escoria de
alto horno, pulverizándola y mezclándola luego con
cal hidratada. La composición varía según la
escoria y la cal utilizada.
 Antes del descubrimiento de los cementos
fundidos se utilizaron en obras marítimas por su
elevada resistencia al agua de mar.

51. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento portland siderúrgico
 Se obtiene moliendo clinker de cemento portland
y escorias de altos hornos y son resistentes a las
aguas agresivas.
Cemento sobresulfatado
 Constituido de escoria de alto horno con pequeña
cantidad de cemento portland o cal y sulfato de
calcio (contenido de SO3 superior a 5%).
 Resistente a las aguas agresivas y a diversos
productos químicos como cloruros, sulfatos, lejías,
etc.

52. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento aireante
 Es un cemento portland o un cemento de
escorias que contiene un agente aireante tales
como resinatos alcalinos, detergentes del tipo
alquil-aril-sulfonato, etc., que produce un material
más liviano. También se utilizan esta sustancias en
el hormigón.

53. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento expansivo y sin retracción
 Está formado por una mezcla de cemento
portland, un agente expansivo que contiene sulfato
y un estabilizador constituido por escorias de altos
hornos.
 Se caracteriza porque se expande ligeramente al
endurecer o no posee ninguna retracción durante el
secado al aire.

54. VARIEDADES DE CEMENTO PORTLAND
Cemento Sorel o de oxicloruro de
magnesio
 Llamado también cemento magnésico.
 Se obtiene al hacer reaccionar la magnesia con
una solución de MgCl2 dando lugar a la formación
de oxicloruro de magnesio: 3MgO.MgCl2.11H2O.
Esta combinación es exotérmica y el fraguado se
debe a la cristalización del oxicloruro de magnesio
en forma de cristales duros y resistentes.

55. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
REQUISITOS EXIGIDOS AL CEMENTO PORTLAND:
El cemento portland librado al consumo debe
cumplir especificaciones fijadas por el gobierno
nacional. Los pliegos de condiciones argentinos
datan de 1931, y es Obras Sanitarias de la Nación el
organismo que supervisa la calidad, expidiendo
certificados de aprobación y practicando controles
periódicos.

56. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
Los ensayos mas importantes son:
 Determinación de la finura del polvo: el cemento
se tamiza y el polvo grueso que no atraviesa el
tamiz se expresa con un porcentaje.

57. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Determinación de la velocidad de fraguado:
- Se amasa cemento con agua en cantidades
prefijadas, poniendo en marcha un cronómetro.
- Cada tanto se pincha la masa semisólida con una
aguja fina.
- Queda completado el endurecimiento cuando esta
ya no penetra.
- El tiempo mínimo para que se inicie el fraguado es
de 45 minutos y el máximo tolerado es de 3 horas.

58. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Determinación de las resistencias mecánicas: Las
resistencias mecánicas son requisitos esenciales,
dado el uso del cemento portland en la
construcción.
-Se determinan con piezas de forma y tamaño
normalizados a fin de comprobar los resultados.
-La resistencia a la compresión se calcula midiendo
la fuerza que aplicada sobre la cara de un cubo de
cemento y arena causa su ruptura.
-Para la resistencia a la tracción se utilizan piezas
en forma de 8, estiradas en sentidos opuestos.

59. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
Composición química
Los análisis químicos determinan el porcentaje
de cada óxido componente. Dichos porcentajes
se relacionan con el índice de hidraulicidad,
que es de alrededor de 0,6 para el cemento
portland común.

60. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Pérdida por calcinación:
No debe se superior al 3%. Si el valor de la
pérdida es considerable significa que se
previamente se ha hidratado y por lo tanto
pierde parte de las propiedades hidraulizantes.

61. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Residuo insoluble:
Se debe a las sustancias de la materia prima que
no ha reaccionado durante el proceso de
clinkerización, ya sea por falta de temperatura o
de homogeneización. Por eso se limita su
contenido y un valor elevado puede ser índice de
adulteración.
Valor máximo 1,5%.

62. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Sulfatos, expresados como SO3:
El trióxido de azufre se incorpora como yeso y
tiene la función de regular el fraguado de
cemento portland. Una cantidad insuficiente da
lugar a un fraguado rápido y un exceso producirá
un fraguado lento.
Valor máximo 3,5%.

63. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Magnesio, expresados como MgO:
El óxido de magnesio es un componente
indeseable cuando sobrepasa cierto valor,
produciendo expansiones diferidas en el
cemento fraguado y endurecido.
Valor máximo 5%.

64. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
 Álcalis:
El contenido de álcalis en determinada
proporción y en ciertas condiciones, puede dar
lugar con ciertos áridos reactivos del hormigón
a reacciones nocivas por las expansiones que
produce.
Además la cal libre en un cemento portland es
un componente perjudicial porque puede causar
expansiones.

65. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
Algunas sustancias son perjudiciales para al
cemento portland, por ejemplo, los sulfatos
de las aguas y de los suelos que pueden
atacar al hormigón pudiendo poner en peligro
la estructura.
Las reacciones se producen entre el sulfato
con la cal y el aluminato tricálcico hidratados
del cemento portland dando lugar a CaSO4
(yeso) y sulfoaluminato de calcio o sal de
Candlot: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O

66. CONDICIONES TÉCNICAS DE APROBACIÓN
Requisitos químicos
Requisitos Máximo
[%]
Pérdida por calcinación 3
Residuo insoluble 1,5
Sulfatos, expresados como SO3 3,5
Magnesio, expresados como MgO 5
Sulfuros, expresados como S2- 0,1
Cloruros, expresados como Cl- 0,1

67. INDUSTRIAS ARGENTINAS DE CEMENTO

68. PRODUCCIÓN ANUAL DE CEMENTO
http://www.afcp.org.ar/2007/produccion01.html

69. Argentina por Regiones económicas
http://www.afcp.org.ar/2007/argentina02.html