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República de Cuba
Universidad Central ´´Marta Abreu´´ de las Villas
Facultad de Construcciones
Departamento de Ingeniería Civil
Trabajo de Diploma
Evaluación de arcillas de bajo grado de caolinita del depósito El Yigre para la
producción de cemento de bajo carbono
Autor: Sandy Siverio Fernández
Tutores: Ms. C. Roger S. Almenares Reyes
Dr. C. Adrián Alujas Días
Santa Clara
2016
PENSAMIENTO
I
PENSAMIENTO
"Para investigar la verdad es preciso dudar, en cuanto sea posible, de todas las
cosas, una vez en la vida."
René Descartes
DEDICATORIA
II
En especial a mi mamá, aunque ya no me acompañe es la razón de todos mis
logros.
A mi papá y mi hermana por todo su amor y confianza.
AGRADECIMIENTOS
III
A Adrián quien a pesar de ser ilocalizable encontró momentos para brindarme
su inmensa sabiduría.
A Roger quien a pesar de la distancia, me brindo consejo y ayuda sin límites.
A Arcial por brindarme sus conocimientos.
A Felipito por su ayuda durante los días de muestreo.
A Diana quien siempre me brindó su ayuda de manera incondicional.
A Lizabeth por su ayuda, confianza y apoyo durante las innumerables intentos
para montar las calorimetrías.
A Molineda, Anisleidys, a los trabajadores del CQA y a todas las personas
que de una forma u otra me ayudaron durante la fase experimental.
A Javier y Adrián quienes son mis hermanos y les debo años inolvidables y
momentos únicos.
A todos mis amigos del 204: Jose, Yunior, Yandri, Pernús y Nazco quienes
fueron familia durante estos 5 años.
A toda mi familia y amigos quienes durante momentos difíciles me brindaron
apoyo y ayuda.
A todos les estoy infinitamente agradecido.
RESUMEN
III
Resumen
En este trabajo se presentan los resultados de la evaluación de la influencia de
las características químicas y mineralógicas de las arcillas del depósito El Yigre
sobre la reactividad puzolánica de sus productos de calcinación. Las materias
primas y materiales calcinados se caracterizaron por DRX, ATG, pruebas de
humedad natural y métodos gravimétricos y granulometría láser. La calcinación
de arcillas se realizó a 750ºC, 800ºC y 850ºC para estudiar la influencia de la
temperatura de calcinación. La evaluación de la reactividad puzolánica se realiza
a través de Calorimetría isotérmica en pastas de cal-puzolanas (Protocolo R3) y
resistencia a la compresión en mortero con 30% sustitución de CPO por arcillas
calcinadas. El contenido de caolinita de las muestras ensayadas varía entre
43,44 y 33,82%, y el contenido de calcita oscila entre 30,45 y 5,10%. Los mejores
valores de reactividad puzolánica se obtuvieron para muestras calcinadas entre
750 y 800ºC en todos los casos, especialmente de las muestras compósitos YG-
C1 y YG-C2, con mayor contenido de caolinita. Los resultados de las pruebas de
resistencia a la compresión a los 28 días obtenidos muestran que los productos
hechos con la serie de calcinación de arcillas 750 y 800ºC exceden los valores
de la serie de referencia en todos los casos.
ABSTRACT
III
In this paper the results of the evaluation of the influence of chemical and
mineralogical characteristics of kaolinitic clays from the clay deposit El Yigre on
the pozzolanic reactivity of its calcination products is discussed. The raw and
calcined materials were characterized by XRD, ATG, natural moisture tests and
gravimetric methods and laser granulometry. The calcination of clays was carried
out at 750ºC, 800ºC and 850ºC to study the influence of calcination temperature.
The assessment of the pozzolanic reactivity was done through Isothermal
Calorimetry in lime-pozzolans pastes (R3 protocol) and compressive strength in
mortar with 30% replacement of CPO by calcined clays. The content of kaolinite
for the tested samples ranges from 43.44 - 33.82%, and the calcite content
ranges from 30.45 - 5.10%. Best values for pozzolanic reactivity were obtained
for samples calcined between 750 and 800ºC in all cases, especially for the
composites samples YG-C1 and YG-C2, with higher kaolinite content. The results
of compressive strength tests at 28 days obtained show that the products made
with the series of calcination of clays 750 and 800ºC exceed the values of the
reference number in all cases.
ÍNDICE
V
Introducción .............................................................................................. 7
Capítulo I: ``Arcillas calcinadas como materiales cementicios
suplementarios´´ .................................................................................... 12
1.1 Tendencias actuales en la producción de CPO. ...................... 12
1.1.1 Producción de CPO caso Cuba......................................... 15
1.1.2 Proceso de producción de CPO .......................................... 17
1.1.3 Reducción del factor clínquer ............................................... 19
1.2 Los Materiales Cementicios Suplementarios (MCS) ............... 21
1.2.1 Efecto de las puzolanas ........................................................ 22
1.3 Arcillas clasificación, características y origen ........................... 25
1.3.1 Las arcillas calcinadas como MCS ...................................... 28
1.3.2 Activación térmica.................................................................. 29
1.3.3 Reacción puzolánica ............................................................. 31
1.3.4 Métodos para determinar de reactividad puzolánica ......... 33
1.4 Perspectivas del empleo de las arcillas calcinadas como MCS
en Cuba ............................................................................................... 35
1.5 Conclusiones parciales del capítulo. ......................................... 37
Capítulo II: ``Materiales y métodos´´ ................................................... 38
2.1 Caracterización del yacimiento .................................................. 38
2.2 Muestreo ....................................................................................... 40
2.3 Caracterización de la materia prima .......................................... 41
2.5 Caracterización granulométrica de los productos de
calcinación ........................................................................................... 43
2.6 Evaluación de la reactividad puzolánica de los productos de
calcinación ........................................................................................... 43
2.6.1 Evaluación de la reactividad puzolánica mediante
Calorimetría Isotérmica (Protocolo R3) ......................................... 43
2.6.2 Evaluación de la reactividad puzolánica mediante ensayos
de resistencia a la compresión en morteros normalizados ........ 45
Capítulo III: ¨Análisis y discusión de los resultados¨ ......................... 47
ÍNDICE
VI
3.1 Caracterización de la materia prima .......................................... 47
3.2 Caracterización granulométrica de los productos de
calcinación. ...................................................................................... 51
3.3 Evaluación de la reactividad puzolánica de los productos de
calcinación. ......................................................................................... 53
3.3.1 Calorimetría Isotérmica (Protocolo R3). .............................. 53
3.3.2 Comportamiento físico-mecánico en morteros
estandarizados. ............................................................................... 54
3.4 Conclusiones parciales del capítulo. ......................................... 57
CONCLUCIONES GENERALES ......................................................... 58
RECOMENDACIONES ......................................................................... 59
Referencias Bibliográficas .................................................................... 60
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
7
Introducción
En la actualidad donde el desarrollo socioeconómico demanda la construcción
de una infraestructura que se encuentre a la altura de las necesidades, el
cemento Portland juega un papel fundamental. Este es el material de
construcción más usado en el mundo debido a la abundancia de materias primas
para la fabricación del mismo y su versatilidad (Tironi A., 2013). Durante la
manufactura de cemento, se calcula que del total de emisiones de 𝐶𝑂2 alrededor
del 60 % es causado por la descarbonatación de las materias primas en la
producción de clínquer, y el restante 40 % proviene de la quema de combustible
y el consumo de energía eléctrica (Vizcaíno, 2014). Lo cual lleva a la necesidad
de la disminución de las emisiones de 𝐶𝑂2 mediante la reducción de la cantidad
de clínquer en los cementos Portland.
El empleo de adiciones minerales con carácter puzolánico, o puzolana ha sido
hasta el momento la solución empleada por los productores de cemento, lo que
incrementa la resistencia mecánica y la durabilidad en los hormigones
(Martirena, 2003). A su vez la utilización de materiales cementicios
suplementarios, favorece la disminución en el empleo de energías no renovables
y contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero por cantidad
de aglomerante (Habert, 2009).
El desarrollo y aplicación de los materiales puzolánicos en la fabricación de CPO
ha sido hasta ahora una estrategia desarrollada sobre todo a partir de las
características propias de los países industrializados. Sin embargo, el consumo
del aglomerante, en los últimos años, se ha desplazado hacia las naciones
menos industrializadas. Esto implica el desarrollo de tecnologías y estrategias
que permitan la obtención y empleo de materiales puzolánicos bajo las
condiciones propias de los países en vías de desarrollo (Alujas, 2010).
Las cenizas volantes, las escorias de altos hornos y el humo de sílice se
encuentran dentro de las puzolanas de más amplia utilización, pero todos estos
materiales derivan de procesos y tecnologías industriales no siempre
disponibles. Por tales motivos existe un creciente interés en la búsqueda y
desarrollo de nuevas como fuentes de materiales puzolánicos. Entre la amplia
variedad de materiales que pueden ser empleados como adiciones puzolánicas,
existe creciente interés en el empleo de las arcillas activadas térmicamente, por
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
8
su amplia disponibilidad al estar ampliamente diseminados por toda la corteza
terrestre, relativa facilidad de tratamiento al ser activadas mediante procesos
térmicos que requieren mucho menos energía que la demandada por la
elaboración del clínquer y demostradas propiedades puzolánicas una vez
calcinadas bajo condiciones específicas (Murray, 2000) (Souza, 2005).
En Cuba en la década de los 80 se realiza el Levantamiento Geológico 1:50000
Las Villas II y Búsquedas acompañantes Cuba-Bulgaria. Ellos reportaron las
arcillas caoliníticas investigadas por nosotros en una franja de 120 Km de largo
en la porción norte de las hojas 1:25000 Remedios, Dolores, Yaguajay y
Chambas. En este trabajo se realizaron 32 pozos de perforación que atravesaron
todo el corte de las arcillas, fueron muestreados y analizados químicamente
indicando la presencia del mineral Halloysita, clasificando las arcillas como
caoliníticas con altos contenidos de 𝐴𝑙2𝑂3, calculando un volumen total de
Recursos Hipotéticos en la región de 170 millones de Ton.
Posteriormente en el año 2015 se realizó un estudio del depósito arcilloso El
Yigre (Yaguajay) debido a que este se encuentra a 60 km de la planta Cementos
de Siguaney y posee una reserva hipotética de 11 millones de toneladas, pero
solo se muestreó el compósito YG2. El cual expuso como resultado que esta
arcilla posee una mejor reactividad a una menor temperatura, debido a los
contenidos de calcita que posee. Pero todo ello no es suficiente ya que aún no
se ha realizado un estudio detallado de todo el yacimiento que exponga
realmente sus potencialidades en la producción de cemento LC3. Por lo cual es
necesario un muestreo más serio, que abarque dentro de lo posible una mayor
parte del yacimiento.
Teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente y las características propias
de nuestro país donde urge la necesidad de potenciar investigaciones enfocadas
en la explotación de nuevas fuentes de materiales puzolánicos que permitan la
producción de aglomerantes en cantidades suficientes y a un costo asequible
desde el punto de vista económico, energético y medioambiental, debe centrarse
la atención en el estudio y empleo de las fuentes de materiales localmente
disponibles, en particular, aquellas que permitan su utilización como fuente de
materiales puzolánicos.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
9
Valorando la disponibilidad de estas materias primas arcillosas y la posibilidad
de utilizarlas activadas térmicamente como materiales cementicios
suplementarios, se formula el siguiente problema científico de la
investigación: ¿Cuáles son las potencialidades del depósito arcilloso El Yigre
para su empleo como fuente de materiales cementicios suplementarios en la
producción de aglomerantes de base clínquer – caliza – arcilla calcinada – yeso
en la fábrica de Cementos Siguaney?
Hipótesis: La caracterización de la composición del depósito arcilloso El Yigre y
determinación de la reactividad de sus productos de calcinación permite su
valoración como fuente de materia prima en la obtención de materiales
cementicios para la producción de aglomerantes de base clínquer – caliza –
arcilla calcinada – yeso en la fábrica de Cementos Siguaney.
El objeto de estudio del presente trabajo son los productos de la calcinación del
material arcilloso del depósito El Yigre.
Campo de acción: Propiedades puzolánicas de los productos de la calcinación
del material arcilloso del depósito El Yigre.
Objetivo General: Evaluar la influencia de la composición de las materias primas
existentes en el depósito arcilloso El Yigre sobre la reactividad puzolánica de sus
productos de la calcinación.
Objetivos específicos:
1. Caracterizar química y mineralógicamente los diferentes compósitos del
yacimiento arcilloso El Yigre.
2. Evaluar la influencia de la composición química y mineralógica en la
reactividad puzolánica de los productos de calcinación de los diferentes
compósitos del yacimiento arcilloso El Yigre.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
10
3. Evaluar la influencia de la temperatura de calcinación en la reactividad
puzolánica de los productos de calcinación de los diferentes compósitos
del yacimiento arcilloso El Yigre.
Tareas de la Investigación
Búsqueda y análisis de la literatura científica relacionada con el empleo
de arcillas calcinadas en la elaboración de aglomerantes con altos
volúmenes de sustitución de clínquer (LC3).
Selección, toma y preparación de las muestras.
Caracterización de los materiales arcillosos.
Activación térmica de las arcillas a 750, 800 y 850ºC.
Evaluación del potencial reactivo de materiales arcillosos del depósito El
Yigre a partir de su composición química – mineralógica.
Evaluación de la reactividad de los productos de calcinación obtenidos en
morteros estandarizados 70/30.
Evaluación de la reactividad puzolánica de los productos obtenidos en
pastas de acuerdo al protocolo R3.
Valoración de las perspectivas de utilización de las arcillas del depósito El
Yigre como fuente de materiales cementicios suplementarios en la
producción de aglomerantes de base clínquer – caliza – arcilla calcinada
– yeso.
Aporte científico-técnico
Determinación de la influencia de la temperatura de activación térmica de
las arcillas del depósito arcilloso el Yigre para la obtención de materiales
puzolánicos de alta reactividad.
Evaluación de la composición del depósito arcilloso El Yigre sobre la
reactividad de sus productos de calcinación para su futura utilización
como fuente de materia prima en la producción de cemento de la fábrica
de Cementos Siguaney.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
11
Justificación de la investigación
Estudios previos muestran contenido promedio 27.14% de Al2O3 y 40%
de minerales caoliníticos Halloysita y Caolinita.
Los resultados del ensayo Resistencia a la Compresión del cemento
fabricado con ellas superaron al exigido por la norma cubana para el
cemento PP-25.
El yacimiento arcilloso el Yigre se encuentra a 60 Km al norte de la planta
Cementos Siguaney y posee una reserva hipotética de más de 10 millones
de toneladas lo cual permitiría abastecer la planta Cementos Siguaney
por un periodo mayor de 20 años al ritmo de consumo actual.
Estructura del trabajo
Capítulo I: ¨ Arcillas calcinadas como materiales cementicios suplementarios ¨,
donde se sistematiza sobre consideraciones teóricas en el empleo de los
materiales puzolánicos y la necesidad de búsqueda en el desarrollo de nuevas
fuentes de estos materiales; así como las principales características de las
arcillas y su relación con los procesos de activación térmica y el desarrollo del
carácter puzolánico; analizando además el caso Cuba.
¨Materiales y métodos¨, donde se exponen los métodos y
procedimientos utilizados en la selección, procesamiento y calcinación de las
fracciones arcillosas multicomponentes.
¨Análisis y discusión de los resultados¨, donde se comentan las
principales características de las materias primas utilizadas, y se evalúan los
efectos de la composición química y mineralógica en la reactividad y los efectos
de la temperatura en la reactividad.
Conclusiones, Recomendaciones y Anexos.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
12
Capítulo I: ``Arcillas calcinadas como materiales cementicios
suplementarios´´
1.1 Tendencias actuales en la producción de CPO.
El cemento Portland (CPO), resultado indiscutible del ingenio humano, es hoy
día uno de los materiales de construcción más empleados a escala global y se
prevé que permanezca así durante los próximos 50 años (Aitcin, 2000). Su
uso universal en prácticamente todos los trabajos de la construcción, su costo
relativamente bajo, la posibilidad de su producción industrial masiva y los buenos
resultados obtenidos en sus aplicaciones han sido la causa de que hoy en día
este aglomerante haya desplazado a todos los que le antecedieron, que han
quedado relegados a aplicaciones menores en trabajos de albañilería (Martirena,
2003).
Este es el principal constituyente del hormigón, sustancia más consumida a nivel
mundial después del agua. Todo ello se debe a que la sociedad requiere una
infraestructura que se encuentre a la altura de las necesidades debido al
aumento de la población mundial y el desarrollo de las llamadas economías
emergentes. Aunque se le reconoce por haber sido uno de los elementos que
más ha contribuido al desarrollo de la humanidad y hoy se le asocia con el nivel
de desarrollo de un país, su proceso productivo se basa en la explotación de
recursos no renovables (materias primas y combustibles) lo cual lo convierten en
uno de los principales responsables de la degradación del medio ambiente del
planeta (Aitcin, 2000) (Hendriks, 1998) (Vanderley, 2002), al punto de que
llegase a ser el responsable de aproximadamente el 7% de emisiones de 𝐶𝑂2 a
la atmósfera (Macphee D. E., 2010).
La producción de cemento a nivel mundial crece de manera sorprendente. Esta
alcanzó los 1.75x109 ton en el año 2002 (Hendriks, 1998) (Vanderley, 2002), en
el año 2014 ya se encontraba cerca de los 4000 millones de toneladas y se
pronostica que para el 2050 la demanda de este supere los 5000 millones de
toneladas (IEA-WBSCD, 2009) como se aprecia en la figura 1.1 (CEMBUREAU,
2014).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
13
Figura 1.1 Aumento proyectado en la producción de cemento hasta el año 2050
(CEMBUREAU, 2014)
Todo ello contribuiría a un incremento de las emisiones de 𝐶𝑂2 con respecto a
los valores actuales de producción. Lo cual constituye uno de varios factores que
han llevado a desarrollar estrategias para disminuir el negativo impacto
medioambiental, las cuales ya son aplicadas por la industria y su potencial futuro
ha sido evaluado en detalle por la IEA (Internacional Energy Agency) para el
estudio de la Cement Sustainability Initiative (CSI) de la World Business Council
for Sustainable Development (WBCSD), del cual se adapta la figura 1.2. Hoy día
las tres estrategias más importantes la constituyen (Scrivener, 2014):
Mejorar la eficiencia energética
Sustituir el clínquer por materiales alternativos o por MCS. Estos incluyen
cenizas volantes, escorias, y puzolanas naturales
Uso de biocombustibles y otros combustibles alternativos
Estos acercamientos realizado en el estudio de la CSI de por sí ya representan
un gran paso de avance hacia una producción menos contaminante; aunque no
se detiene ahí, ya se piensa ir un poco más allá, hacia la captura y
almacenamiento del carbono (zona gris Figura 1.2). Esta idea es quizás muy
cara (incrementaría los precios del cemento en 2-4 veces).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
14
Figura 1.2 Futuros escenarios de reducción del CO2 tomando como línea base 2005
según un estudio realizado por el CSI. Bajo (a) y alto (b) incremento de la demanda.
La industria del cemento, junto con la siderurgia, la química, la refinación de
petróleo y la producción de papel, está entre los cinco sub-sectores industriales
mayores consumidores de energía a escala mundial, que son a su vez
responsables del consumo del 50% de energía primaria, y del 53% de las
emisiones de dióxido de carbono asociadas (Price L., el al 1999). En específico
se reporta que la industria del cemento, a escala mundial, tiene el 2% del
consumo global de energía, y el 6% del consumo global de energía industrial.
(Hendriks, 1998) (TAYLOR, 2006).
El proceso de producción de cemento demanda grandes cantidades de energía,
básicamente en la combustión de las materias primas en el horno y en la
molienda, para reducir hasta polvo el clínquer. Aunque el requerimiento mínimo
teórico de energía del proceso es de 1.75 ±0.1 MJ por Kg. de cemento producido
(Hendriks, 1998), se estima que la producción de 1 Kg. de clínquer requiere, de
forma efectiva, entre 3.2 y 6 MJ de energía térmica, en dependencia del tipo de
proceso utilizado.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
15
1.1.1 Producción de CPO caso Cuba
La industria del cemento en Cuba comenzó a finales del siglo XIX cuando se
inauguró en La Habana la primera fábrica de cemento gris tipo Portland de
Iberoamérica, el 7 de julio de 1895. Esta planta tenía una capacidad de 20 t/día
o sea 6 mil t/año (por vía seca), lo cual bastaba para abastecer la demanda
nacional, se comercializaba con la marca “Cuba” (Batista, 2007). A principios del
siglo XX comienza su producción la segunda fábrica de cemento en las cercanías
del río Almendares, con una capacidad de unas 60 000 ton por año. Las
producciones se realizaban con tecnologías aún muy rústicas y muy poco
productivas, pero que podían abastecer la demanda nacional. Tras el triunfo de
la Revolución el país invirtió 465 millones de pesos en la industria del cemento
lo que multiplicó la capacidad de producción instalada en 5 veces más a la
existente hasta 1959 (Martirena, 2003).
A partir de la década de 1980 se comenzaron a utilizar las puzolanas como
sustitutas parciales del clínquer del CPO en Cuba. Todo ello fue posible ya que
en nuestro país existen numerosos yacimientos de rocas zeolitizadas y de vidrio
volcánico diseminado en todo el territorio nacional los cuales generalmente
muestran una elevada actividad puzolánica. Dichas puzolanas fueron utilizadas
como adiciones para producir diferentes tipos de CPO, las cuales se conocen
como PP-350, PP-250 y CA-160 (Rabilero, 1993).
En la década de 1990 con la caída del campo Socialista nuestro país tuvo que
centrarse en alternativas más económicas que la producción de cemento en
grandes plantas. En este momento es que surge el llamado ¨Cemento Romano¨
el cual comenzó a producirse en Santiago de Cuba. Desde 1996 comenzó un
período de recuperación para la industria del cemento Portland en Cuba debido
al incremento de las inversiones nacionales en zonas estratégicas como el
turismo y a la inserción de Cuba en el mercado caribeño.
La figura 1.3 muestra cómo ha evolucionado la producción de cemento en Cuba
entre 2002 y 2012 (ONEI, 2012).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
16
Actualmente Cuba cuenta con 6 fábricas, con una capacidad disponible para
producir Cemento Gris de 3,564 millones de toneladas anuales y Cemento
Blanco de 0,08 millones de toneladas anuales, algunas por vía seca y otras por
vía húmeda (Gallo, 2010). Estas fábricas están ubicadas en El Mariel y Artemisa
provincia La Habana, Guaos en Cienfuegos, Siguaney en Sancti Spíritus,
Nuevitas en Camagüey y en Santiago de Cuba como se puede apreciar a
continuación en la Figura 1.4.
Figura 1.4 Distribución de las fábricas de cemento en Cuba.
La Tabla 1.1 nos muestra las fábricas de cemento en operación en Cuba, sus
tipos de procesos tecnológicos de producción y su producción en el año 2012
(Anuario Estadístico GECEM).
Figura 1.3 Evolución de la producción de cemento en Cuba entre 2002 y 2012 (ONEI, 2012)
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
17
Tabla 1.1 Procesos tecnológicos de producción y producción de cemento de cada una
de las fábricas en Cuba (Anuario estadístico GECEM).
Fábrica
Ubicación
Tipo de Proceso
Líneas de producción
Producción de cemento 2012
(Mt)
% respecto a la producción
anual
Mártires de
Artemisa
Artemisa Vía húmeda 1 Gris 196.1 10.7
René Arcay
Mariel, Habana
Vía seca 2 Gris 624.2 34.2
Karl Marx Guabairo, Cienfuegos
Vía seca 2 Gris 675.9 37.0
Siguaney Siguaney, Sancti Spíritus
Vía húmeda 2 Gris 1 Blanco
128.4 7.0
26 de Julio Nuevitas, Camagüey
Vía húmeda 2 Gris 104.5 5.7
José Mercerón
Santiago de Cuba
Vía húmeda 1 Gris 95.6 5.2
Total 1824.7 100 %
1.1.2 Proceso de producción de CPO El proceso de producción del cemento está compuesto de 4 etapas principales:
1. Extracción, preparación y molienda de las materias primas
2. Dosificación y homogeneizado de la mezcla cruda
3. Cocción (obtención del clínquer)
4. Molienda del clínquer (obtención del cemento)
Figura 1.5 Proceso de fabricación del cemento Portland (Betancourt, 2012).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
18
Inicialmente todo el proceso comienza con la extracción de las materias primas en la
cantera, donde los minerales contienen óxido de calcio, óxido de silicio, óxido de
aluminio, óxido de hierro, etc. Posteriormente son transportadas a la planta donde son
trituradas hasta 25 cm, seguido de una verificación de su composición química. A
continuación, se realiza una segunda trituración hasta 2 mm aproximadamente, se
analizan sus propiedades y se pre homogeneiza la muestra.
Luego del procesamiento de las materias primas en función de sus características y
del método de producción empleado (seco, semi-seco, húmedo), las mismas se
someten a la cocción en un horno. La calcinación de la mezcla cruda obtenida tanto
por vía seca como por la húmeda, se realiza generalmente en hornos giratorios. Los
hornos verticales se usan a veces sólo para el procedimiento seco. Los grandes
hornos giratorios, de 150 – 250 m de longitud, se instalan con una cierta pendiente
para posibilitar que el material vaya penetrando dentro del mismo, obligado además
por su rotación, con una velocidad entre uno y dos revoluciones por minuto
(Betancourt, 2012).
En los hornos giratorios, la mezcla de materias primas se suministra por la parte
superior, que es la más fría, mientras que en la parte inferior se ubican los quemadores
que pueden funcionar con distintos tipos de combustible, según el tipo (petróleo,
carbón, petcoke, gas, etc.). Dichos quemadores producen una llama en forma de
dardo con una longitud entre 15-30 m. La materia prima cruda, la cual se suministra
en forma de polvo o de un lodo plástico (procedimiento seco y húmedo
respectivamente), va sufriendo distintos procesos según se eleva la temperatura al
transitar por las distintas secciones del horno.
Dentro del horno existen seis etapas:
1. La desecación hasta los 200 ºC es donde las materias primas pierden la
humedad.
2. El calentamiento de los 200 hasta los 700 ºC provoca la quema de impurezas
orgánicas.
3. La calcinación de los 700 hasta los 1100 ºC los carbonatos se disocian y los
minerales arcillosos se descomponen.
4. La formación de aluminatos y ferritos ocurre de los 1100 hasta los 1250 ºC.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
19
5. La formación del clínquer ocurre de los 1250 hasta los 1450 ºC, a esta
temperatura el silicato dicálcico (belita) y la cal reaccionan formando el silicato
tricálcico (alita), el cual constituye el principal componente del clínquer.
6. El proceso de enfriamiento ocurre en dos etapas, primero antes de salir del
horno (1300 hasta 1000 ºC) se forma por completo la estructura del clínquer,
donde la alita y la belita son sus minerales fundamentales.; y la segunda etapa
al salir del horno (1000 hasta 200 ºC) posterior a esto se enfría y se almacena
durante 2 semanas aproximadamente.
Todo este proceso culmina con una molienda conjunta del clínquer, yeso y
adiciones en equipos mecánicos que someten dicha mezcla a impactos
metálicos o fuerzas de compresión elevadas, ya sea por prensas de rodillos,
molinos verticales de rodillos, molinos de bolas o molinos horizontales de rodillos.
Luego de la molturación ya se obtiene el producto final, “el cemento”, el cual se
despacha para su comercialización y uso, ya sea a granel, en sacos o en big
bags (Betancourt, 2012).
Durante la elaboración del cemento, es la producción de clínquer la responsable
de ser la de mayor consumo de energía y a su vez la de mayores emisiones de
CO2 a la atmosfera. Ello ha llevado a disminuir el contenido de clínquer a partir
del empleo de materiales puzolánicos, cuya demanda se ha incrementado desde
principios de la década de los 80, y se prevé que en un futuro cercano se
incremente más aún.
1.1.3 Reducción del factor clínquer
La industria del cemento se encuentra en camino de nuevas vías enfocadas
hacia la sostenibilidad ambiental buscando reducir la cantidad de clínquer en el
cemento. Debido ello a la contaminación generada en la producción del mismo,
de lo cual da fe el hecho de que del total de emisiones de CO2, el 40 %
aproximadamente proviene del consumo de energía eléctrica y de la quema de
combustibles fósiles, mientras que el 60 % restantes es causado por la
descarbonatación de las materias primas durante el proceso de fabricación del
clínquer (CSI, 2010).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
20
El empleo de los MCS y el nivel de sustitución del clínquer que estos pueden
lograr dependen de la naturaleza y características química-físicas de cada
material, así como de su disponibilidad en cada región. El factor de reducción de
clínquer es limitado por la reducción de la resistencia, sobre todo a edades
tempranas. Debido a la reducción en gran medida de las emisiones de CO2, al
aumento de la producción de cemento a un menor costo de inversión asociados,
el empleo de MCS como sustitutos parciales del clínquer en la producción de
cementos mezclados constituye hoy día una de las alternativas ambientalistas
por excelencia y más que ello una necesidad (Vizcaíno, 2014). El siguiente
gráfico nos muestra como tiende a disminuir el factor clínquer en las principales
regiones productoras de cemento y el promedio mundial entre 1990 y 2006.
Figura 1.6 Tendencia a la disminución del factor clínquer en las principales regiones productoras de cemento y promedio mundial anual entre 1990 y 2006 (Vizcaíno, 2014).
El aumento de los niveles de sustitución de clínquer ha estado liderado por las
regiones con economías emergentes, como Latinoamérica, India y China, que
se encuentran por encima de la media mundial de 22 % (CSI, 2010). Constituye
un reto a enfrentar para el desarrollo de la producción cementos mezclados y el
aumento de los niveles de sustitución de clínquer por materiales cementicios el
hecho de cubrir la demanda de cemento prevista para el 2050 con los MCS
existentes (Vizcaíno, 2014).
89 91
83 82 79
86 82
90
8386 88 85 82 78
84
79
87
8281 85
77 81 77
83
74
84
7979
84
74
80 76
83
74
84
78
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% d
e cl
ínq
uer
en
cem
ento
1990
2000
2005
2006
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
21
1.2 Los Materiales Cementicios Suplementarios (MCS)
Los Materiales Cementicios Suplementarios MCS son aquellos que se utilizan
en la sustitución del clínquer y contribuyen a las propiedades físico-químicas del
hormigón endurecido. Estos se clasifican en aglomerantes hidráulicos y
materiales puzolánicos. Los aglomerantes hidráulicos se caracterizan por
reaccionar con agua formando productos de hidratación que aportan
propiedades cementantes y aglomerantes puzolánicos. La American Standard
Testing Materials (ASTM) define como puzolanas a aquellos productos naturales
o artificiales, silíceos o aluminosilíceos que, por sí mismos, poseen poca o
ninguna propiedad aglomerante, pero que, finamente molidos y en presencia de
agua, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio (𝐶𝑎(𝑂𝐻)2) a
temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes
(Guerra, 2013). Las puzolanas generalmente poseen un alto contenido de SiO2
y algunas veces Al2O3 (Martirena, 2003). Las razones que justifican la utilización
de estas adiciones al CPO son: económicas (ahorro energético al sustituir un
porciento de clínquer por adiciones), técnicas (aumento de la durabilidad e
incluso de la resistencia mecánica) y ecológicas (disminución de las emisiones
de 𝐶𝑂2 a la atmósfera).
La mayor parte de los materiales puzolánicos empleados lo constituyen las
puzolanas de origen artificial: subproductos del sector industrial como las
escorias de altos hornos (subproducto de la industria siderúrgica), las cenizas
volantes (subproducto de la quema del carbón en las plantas de generación
eléctrica), y el humo de sílice (subproducto de la producción de silicio y
ferrosilicio). Pero existe un grupo poco explotado, el cual posee abundantes
reservas, como es el caso de las puzolanas naturales, la ceniza de la cáscara de
arroz y las arcillas activadas térmicamente (Martirena, 2003) (Alujas, 2010).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
22
Figura 1.7 Empleo de materiales puzolánicos en la sustitución parcial del CPO (Scrivener, 2007).
1.2.1 Efecto de las puzolanas
Las puzolanas reaccionan con los productos de reacción del cemento Portland,
específicamente con la portlandita para producir compuestos insolubles que
contribuyen a la resistencia y durabilidad de los hormigones. Además de que la
función como material aglomerante es su principal acción, estas acarrean otros
efectos:
Positivos:
Aumento de su estabilidad química y por tanto aporta una mayor
durabilidad al cemento y el hormigón.
Disminuye la liberación del calor de hidratación confiriendo menor
permeabilidad en los hormigones, que los hace idóneos para la
construcción de presas y obras que necesiten grandes masas de este
material.
Minimiza la expansión volumétrica durante el fraguado; lo que elimina o
reduce las grietas y con ello aumenta la resistencia mecánica de la
estructura a las cargas.
Mejora la manejabilidad de la mezcla de hormigón, con menor tendencia
a la segregación de sus componentes.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
23
Menor costo de producción (ahorro de combustible al disminuir el
consumo de clínquer).
Mayor homogeneidad del hormigón.
Reduce la presencia de cal libre, porque proporciona los elementos
necesarios para completar la reacción química de formación de las fases
cristalinas principales que acompañan al cemento. La cal libre presente
en el clínquer afecta la resistencia química del cemento y del hormigón,
exponiéndolo al “lavado químico” que produce la lluvia y la humedad
atmosférica.
Negativos:
Necesidad de una mayor cantidad de agua de mezclado para una
consistencia dada.
Menores resistencia a la compresión en edades cortas, pero mayores
a partir de los 28 días de fraguado.
En ocasiones provoca una mayor retracción al secado.
1.2.2 Evolución histórica del empleo de MCS en Cuba
En nuestro país desde la época colonial se comenzó a utilizar la roca zeolita
como material de construcción en las edificaciones de la barriada del Vedado,
como consecuencia de la crisis energética durante la Segunda Guerra Mundial.
Aunque el descubrimiento de roca zeolíticas de importancia industrial en Cuba
data de la década del 70, donde Coutin y Brito publicaron los resultados de los
estudios realizados durante varios años en Cuba oriental y central, y
mencionaron la presencia de cuatro zeolitas: clinoptilolita, mordenita, heulandita
y analcima y tres más: estilbita, thomsonita y laumontita rellenando vetillas,
grietas y poros en rocas efusivas y piroclásticas.
A partir de 1972 se acometió la elaboración de un proyecto técnico-económico
de búsqueda y explotación de zeolitas en Villa Clara y aunque a escala mundial
no existía una metodología económica de evaluación de este tipo de yacimiento,
en 1981 el colectivo de técnicos cubanos culminó el primer informe geólogo
sobre reservas industriales y los recursos pronósticos. Esta determinación de
reservas industriales, como tales, fueron las primeras que se calcularon en todo
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
24
el campo socialista. Los yacimientos de zeolita cubanos son de alto rendimiento
en clinoptilolita y modernita, llegando en algunos casos a más de 90%.
En Cuba se conocen más de 25 yacimientos y manifestaciones de zeolitas
naturales, distribuidas a todo lo largo y ancho del país. De acuerdo con datos de
la Oficina Nacional de Recursos Minerales del Ministerio de la Industria Básica,
estos yacimientos se encuentran distribuidos prácticamente en todo el territorio
nacional: Pinar del Río, La Habana, Villa Clara, Cienfuegos, Camagüey, Las
Tunas, Holguín, Granma, Santiago de Cuba y en Guantánamo. Se han estudiado
a profundidad 16 yacimientos que totalizan unos 20,9 millones de toneladas de
recursos medidos, 69,95 millones de toneladas en recursos indicados y 214,61
millones de toneladas en recursos inferidos (Juventud Rebelde, 2016).
Figura 1.8 Ubicación de los yacimientos y manifestaciones de zeolitas naturales en Cuba
El país cuenta con tres plantas en funcionamiento, con una capacidad instalada
de 150.000 toneladas al año en cada una, aunque en la práctica, la capacidad
de las plantas depende de la demanda. Actualmente, las de mayor demanda son
Tasajeras (San Juan de los Yeras) y San Andrés, y en menor medida, El
Chorrillo, en Camagüey.
Existen experiencias de la explotación de otras fuentes de materiales
puzolánicos en la isla, como las cenizas de bagazo y paja de caña para la
fabricación de aglomerantes alternativos (Martirena, 2003). Las investigaciones
llevadas a cabo por Alujas, Castillo y Fernández (Fernández, 2009, Alujas, 2010,
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
25
Castillo, 2010) reportan el potencial puzolánico que ofrece la activación de
arcillas cubanas multicomponentes con bajos contenidos de caolinita para la
fabricación de un aglomerante con rendimiento similar al cemento Portland. Sin
embargo, los datos del Instituto de Geología y Paleontología consideran las
reservas de arcillas caoliníticas como bajas, poco más de 65 MMt, pero su
potencial no ha sido debidamente investigado, pues los cálculos han estado
limitados a las características demandadas por las industrias de la cerámica y
para la producción de cemento blanco (Batista and Coutin, 2013), que requieren
de depósitos de arcillas de alta pureza de caolinita y/o bajo contenido de hierro.
Más reciente se ha reportado la activación térmica de arcillas multicomponentes
y la producción de un aglomerante con solo 50 % de clínquer mezclado con 30
% de arcilla calcinada y 15 % de caliza molida que mostró un comportamiento
similar el cemento PP-35 y a menor costo que este (Vizcaíno, 2014). Es por ello
que, el estudio de nuevas fuentes de materiales arcillosos con bajos contenidos
de caolinita, material ampliamente diseminado y de menor competencia de
utilización con otras industrias de mayor valor agregado, resulta una importante
alternativa para suplir la demanda cemento, disminuir sus costos, mitigar las
emisiones CO2 de su producción, y en la medida de lo posible aprovechar las
tecnologías existentes sin grandes inversiones. Extender estos estudios permite
además, tener un mayor grado de conocimiento de las reservas existentes en
todo el país, vinculado particularmente al empleo de estos materiales arcillosos
con características adecuadas para su uso como materiales cementicios
suplementarios.
1.3 Arcillas clasificación, características y origen
Existen varias definiciones para el término arcilla, las que caracterizan estas,
como el granulométrico que designa a los sedimentos con un tamaño de grano
inferior a 5 μm. Pero al verlo desde un punto de vista mineralógico este criterio
no es adecuado porque asume que incluso minerales no pertenecientes al grupo
de los filosilicatos como cuarzos y feldespatos podrían ser considerados arcillas
cuando sus tamaños son lo suficientemente pequeños. Por tal motivo se
empleará la definición dada por Alujas ya que se ajusta en gran medida a los
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
26
objetivos de esta investigación: ¨bajo el término arcillas se engloba un vasto
grupo de minerales cuyos elementos predominantes son el Si, el Al, el H y el O,
y cuyas propiedades fisicoquímicas derivan de su composición química, de su
particular estructura interna en forma de capas (filosilicatos) y de su tamaño de
grano muy fino¨.
Los minerales arcillosos son el producto de la meteorización sobre minerales
primariamente ígneos como los feldespatos o formados durante la alteración
diagenética a bajas temperaturas. En dependencia de las condiciones de
intemperismo y de la composición química de la roca original, varios minerales
arcillosos son favorecidos en su formación. Dentro de ellos, los más comunes
son la caolinita, las esmectitas (montmorillonita), illita, clorita y palygorskita-
sepiolita. Las illitas y las cloritas son formadas predominantes en climas fríos o
templados, las esmectitas en climas mediterráneos y zonas tropicales con
diferencias entre las estaciones, mientras que la formación de caolinita es más
común bajo condiciones húmedas tropicales y ecuatoriales.
En la siguiente figura se puede apreciar la estructura de las principales fases
arcillosas (Shi, 2001):
a) Caolinita b) Montmorillonita c) Illita
Figura 1.9 Estructura de las principales fases arcillosas
Las arcillas están ampliamente distribuidas como constituyente esencial de los
suelos y sedimentos, debido a que son mayoritariamente los productos finales
de los distintos procesos de degradación de los aluminosilicatos formados a
mayores presiones y temperaturas y que constituyen más del 70% de la corteza
terrestre. Cuando están presentes en gran cantidad se presentan bajo la forma
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
27
de rocas arcillosas. En este trabajo se empleará la definición de roca desde el
punto de vista mineralógico, o sea, como la asociación natural de varias fases
minerales. Por tanto, se entienden como rocas arcillosas aquellas asociaciones
de minerales donde los pertenecientes al grupo de las arcillas constituyen la
fracción dominante. La roca arcillosa puede a su vez subdividirse en la fracción
arcillosa, que contiene a las fases minerales que responden a las características
estructurales de las arcillas, y la fracción no arcillosa, constituida generalmente
por minerales con una composición química similar a la de las arcillas, pero con
una estructura cristalina diferente (Brown, 1961).
La presencia de rocas arcillosas donde predomine un solo tipo de fase mineral
arcillosa es poco frecuente, y solo se da para orígenes muy específicos del
yacimiento, como los de tipo hidrotérmico. Lo más común es encontrarlas bajo
la forma de depósitos de origen y tamaño variable y donde se mezclan más de
un tipo de fases minerales arcillosas con otros minerales no arcillosos como
cuarzo y feldespatos (Drits, 2003).
Cada partícula de arcilla está formada por varias capas compuestas
fundamentalmente por láminas alternas de Si2O52- tetraédricas con láminas
octaédricas de Al2(OH)42+. Es común encontrar sustituciones isomórficas de la
alúmina por Mg2+, Fe2+, Fe3+ y Mn2+. Si el catión es trivalente, la coordinación se
torna di-octaédrica y es el caso de la gibsita; en cambio, si el catión es divalente,
como en el caso del magnesio, las coordinaciones son tri-octaédricas
(Fernández, 2009).
De acuerdo con la manera en que en 2 o 3 capas de los filosilicatos que
conforman su estructura interna se agrupan y mantienen enlazados, las arcillas
son divididas en dos grupos principales como se muestra en la Tabla 1.2
(Fernández, 2009).
Tabla 1.2 Minerales arcillosos más comunes
Grupo
Distribución de los filosilicatos
Principales minerales arcillosos que integran el grupo
1:1
Sílice-alúmina
Caolinita
2:1
Sílice-alúmina-sílice
Montmorillonita, Illita
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
28
1.3.1 Las arcillas calcinadas como MCS
Las investigaciones enfocadas al empleo de las arcillas calcinadas como
materiales cementicios suplementarios parten del estudio de rocas arcillosas con
alto grado de pureza donde existe un predominio de la fase arcillosa, que
determina el desarrollo del carácter puzolánico por activación térmica. Los
minerales arcillosos de la familia de las caolinitas se presentan en abundancia
en las zonas tropicales, donde su formación es favorecida por las condiciones
ambientales de altas temperaturas y abundante humedad, en comparación con
la formación de otros tipos de minerales arcillosos, como las illitas y las
esmectitas, que predominan en climas más secos y fríos (Deer, 1992). Sin
embargo, el comportamiento de los depósitos arcillosos con fracción arcillosa
multicomponente es mucho más abundantes y con menor interés comercial, es
todavía poco comprendido y estudiado (Habert, 2009).
El metacaolín (MK) es el resultado de la activación térmica de arcillas caoliníticas
de alta pureza, es el material puzolánico más estudiado y el único que existe en
el mercado como un producto comercial. El MK, una puzolana de alta reactividad
que se obtiene a partir de la calcinación, bajo condiciones controladas, de arcillas
caoliníticas de alta pureza, ha demostrado un excelente potencial para,
mezclado con el CPO, mejorar significativamente la resistencia y la durabilidad
del hormigón (Poon, 2001), además es capaz de reaccionar con la portlandita
(CH) para formar hidratos suplementarios de silicio y calcio de similar
composición y estructura que los obtenidos en el cemento Portland sin adiciones.
Independientemente de las reconocidas buenas prestaciones del MK, este es
aún un producto relativamente caro, con un precio en el mercado internacional
que puede oscilar entre un 49 % y un 70 % del precio del CPO (Martirena, 2010).
A diferencia de otros materiales cementicios suplementarios, como las cenizas
volantes, el humo de sílice y las escorias de altos hornos, el MK no es el
subproducto de un proceso industrial, sino que es manufacturado con propósitos
específicos mediante la calcinación a temperaturas controladas de arcillas con
un contenido de caolinita superior al 70 % (Sabir B.B., 2001).
La activación de otras arcillas distintas de las caolinitas es un campo de
investigación interesante y puede tener importantes aplicaciones industriales,
expandiendo las reservas potenciales de materiales arcillosos capaces de
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
29
desarrollar actividad puzolánica una vez calcinados bajo condiciones
específicas. Existe una dependencia lineal entre la resistencia a la compresión
en morteros y el grado de desorden estructural logrado a partir de la calcinación
de minerales arcillosos. El desorden estructural logrado a una determinada
temperatura sí depende de la mineralogía de la muestra, pero para muestras con
morfología y contenido similar de material reactivo se logran similares
resistencias, independientemente del tipo de fase arcillosa que aporta las fases
reactivas (Habert, 2009).
1.3.2 Activación térmica
En su estado natural las arcillas caoliníticas no pueden ser empleadas como
puzolanas debido a que su estructura cristalina estable impide la liberación de
sílice y alúmina como especies químicas capaces de participar en la reacción
puzolánica (Shi, 2001). La estructura en forma de capas propensas al
deslizamiento y al agrietamiento, y la capacidad para inmovilizar grandes
cantidades de moléculas de agua en su superficie son factores que pueden
afectar de forma negativa la resistencia mecánica y la reología en un material
cementicio, mientras que la alta capacidad de adsorción de iones puede
modificar la composición química de las soluciones acuosas, afectando las
propiedades tecnológicas del hormigón. Por lo tanto, las arcillas deben
modificarse estructuralmente para ser empleadas como materiales puzolánicos.
(Alujas, 2010).
El proceso de activación puede hacerse a través de medios mecánicos, químicos
o térmicos, dentro de los cuales es la activación térmica la forma más efectiva y
empleada para modificar la estructura cristalina de las arcillas y alcanzar el
máximo potencial de reactividad puzolánica (Shi, 2001). El intervalo de
temperatura depende del tipo de arcilla, grado de cristalinidad y distribución
granulométrica (Todor, 1976). Aunque generalmente este rango oscila entre los
700ºC y los 900ºC lo cual es significativamente inferior a la temperatura necesaria
para la clinquerización (1450 ºC). Esto se traduce como menor consumo de
energía y a su vez una disminución en la emisión de 𝐶𝑂2. Además, uno de los
productos de reacción en la activación de las arcillas es 𝐻2𝑂 y no 𝐶𝑂2 como en
el caso del clínquer (Sabir B.B., 2001).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
30
La calcinación de las arcillas se produce de la siguiente forma: calentamiento
desde la temperatura ambiente hasta los 250°C donde ocurre la pérdida
(reversible en algunos casos) del agua adsorbida y absorbida en las superficies
externas e internas de la arcilla (deshidratación). Entre los 400 °C y los 850 °C
ocurre la remoción de los OH- estructurales (desoxhidrilación) acompañada por
el desorden parcial de la estructura cristalina y la formación de fases
metaestables, caracterizadas por una alta reactividad química (Heller-Kallai,
2006). La pérdida de los OH- desestabiliza eléctricamente la estructura,
especialmente en la zona de la capa octaédrica. Es por eso que en las arcillas
calcinadas las fases de alúmina juegan un papel muy importante en la reactividad
puzolánica, pues son estas zonas de la estructura las primeras en
desestabilizarse estructuralmente durante el proceso de deshidroxilación.
Cuando la temperatura se acerca a los 900 ºC, se produce una drástica caída en
la superficie específica, que se refleja en una disminución de la actividad
puzolánica (Alujas, 2010).
Para fases con un bajo grado de orden estructural la reactividad puzolánica se
alcanza más rápido y a menores temperaturas que para fases minerales del
mismo tipo, pero con un alto grado de orden en su estructura (He, 1995) (Samet,
2007). Independientemente del tipo de mineral arcilloso, se ha observado que
alrededor de los 950 °C toma lugar la reorganización de la estructura para formar
nuevas fases cristalinas estables a altas temperaturas y químicamente poco
reactivas. La presencia de impurezas de tipo no arcilloso como cuarzo y
feldespatos tienden a reducir la temperatura a la cual ocurre este fenómeno,
acortando el intervalo para el cual es posible la activación térmica de la arcilla
(He, 1995). Por tanto, la temperatura de calcinación a la cual se obtiene la mayor
reactividad puzolánica debe situarse dentro del intervalo que se extiende entre
el final de la desoxhidrilación y el inicio de la recristalización, fenómenos que
delimitan, desde el punto de vista estructural, el intervalo dentro del cual una fase
arcillosa puede ser convertida en un material puzolánico mediante activación
térmica. (Figura 1.2)
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
31
Figura 1.10 Comportamiento térmico de los minerales arcillosos (Snellings, 2010).
1.3.3 Reacción puzolánica
Las bases para el empleo de los materiales puzolánicos como sustitutos
parciales del clínquer en el CPO o como materiales mezclados con el propio
CPO, se fundamentan en la reacción ácido-base en su concepción más general.
El ataque químico de los iones OH- que provienen de la disolución del Ca (OH)2
y de los iones alcalinos liberados en la hidratación del CPO (componentes
básicos) a las redes aluminosilíceas (componentes ácidos) que se encuentran
en un estado de alto desorden estructural dentro de las puzolanas, provoca la
ruptura de los enlaces Si-O y Al-O y la liberación de oxianiones a la solución. Ya
que la solución de poros del cemento es esencialmente alcalina, el producto
inmediato de la reacción es un gel amorfo donde el K+ y el Na+ son los cationes
dominantes. Sin embargo, la abundante presencia de Ca2+ y la baja solubilidad
de los CSH y de las fases AFt y AFm aseguran que este gel sea solo un producto
intermedio. Los nuevos productos de hidratación, formados a partir de la reacción
de las puzolanas con la CH generada durante la hidratación del CPO, son los
responsables de la mejora en las propiedades mecánicas y de durabilidad del
hormigón (Taylor, 1990).
La composición de los CSH formados durante la reacción puzolánica es similar
a la de los CSH formados durante la reacción de hidratación del cemento, pero
con una relación Ca/Si generalmente más baja. Si existen apreciables
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
32
cantidades de alúmina reactiva en la puzolana, tal y como es el caso de las
arcillas calcinadas, esta tiende a favorecer no solo la formación de fases de
aluminato de calcio, sino también la sustitución parcial del Si por Al en la
estructura de los CSH, incrementando así la relación Al/Ca en los CSH, en cuyo
caso se refiere a estas fases como CASH (Taylor, 1990) (Fernández, 2009). Al
igual que las principales reacciones de hidratación del CPO, las reacciones
puzolánicas son exotérmicas, pero como se verifican bajo una cinética más lenta,
su aporte al calor de hidratación para un instante determinado es menor, aunque
la contribución al calor total acumulado puede llegar a ser significativa
(Ramachandran, 2001).
Para el caso particular de las arcillas calcinadas, tres reacciones químicas
pueden ser planteadas de forma hipotética para describir la interacción entre el
Ca (OH)2 y la sílice y la alúmina que se encuentran en un estado de alto desorden
estructural. En este caso, las reacciones son planteadas tomando como base el
Metacaolín (MK) (Baronio, 1997).
AS2 + 5CH + 3H → C4AH13 + 2CSH
(Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tetracalcioaluminato hidratado) (Silicato de calcio hidratado)
AS2 + 6CH + 9H → C3AH6 + 2CSH
(Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Tricalcioaluminato hidratado) (Silicato de calcio hidratado)
AS2 + 3CH + 6H → C2AH8 + CSH
(Metacaolín) (Portlandita) (Agua) (Stratlingita o gehhelenita) (Silicato de calcio hidratado)
Los productos predominantes de esta reacción son los silicatos de calcio
hidratados (CSH), acompañados de las fases ricas en alúmina como la
Stratlingita (C2ASH8) y los hidroaluminatos de calcio (C3AH6) (Fernández, 2009).
En los cementos modernos, el contenido de sulfatos o carbonatos puede ser
relativamente alto formando preferencialmente ettringita, monosulfatos y
carboaluminatos, inhibiendo de esta manera la precipitación de las fases
mencionadas (Cabrera, 2015).
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
33
1.3.4 Métodos para determinar de reactividad puzolánica
Son varias las técnicas para evaluar la reactividad puzolánica, la mayoría
basadas en la medición, durante un intervalo de tiempo, de distintas propiedades
físicas o químicas relacionadas con la reacción puzolánica. En dependencia de
las propiedades a evaluar o de los tiempos de ensayo requeridos, pueden ser
empleados sistemas CPO-Puzolana, o Ca(OH)2-Puzolana, bajo la forma de
pastas, morteros u hormigones (Alujas, 2010). Se han hecho intentos para
comparar la puzolanidad y los índices de actividad puzolánicas medidos por
varios métodos. En la mayoría de los casos, la relación entre los resultados
obtenidos en las técnicas químicas y mecánicas ha sido pobres, por lo cual, ha
sido necesario el uso combinado de varias técnicas para poder comprender los
fenómenos de actividad puzolánica.
La mayoría de los métodos utilizados para la evaluación de la actividad
puzolánica se basan en la determinación del consumo de cal (Tironi A., 2013).
Sin embargo, las propiedades mecánicas de los nuevos sistemas cementicios
donde hay combinación de arcilla calcinada y caliza no correlacionan
generalmente con los resultados de los métodos comunes de evaluación de la
actividad puzolánica (Avet, 2015).
Los ensayos de resistencia mecánica aportan valiosos datos directamente
relacionados con el desempeño del material en la práctica y representan el
aporte de todos los factores relacionados con la reacción puzolánica. Sin
embargo, por sí solos ofrecen poca información sobre los procesos responsables
de la reactividad puzolánica y no pueden ser utilizados como única vía para
entender el comportamiento de nuevos materiales puzolánicos. Con este
propósito, modernas técnicas de caracterización han ido ganando creciente
importancia en el estudio de la reacción puzolánica.
La Calorimetría Isotérmica, técnica de análisis térmico que ha ganado creciente
importancia en los estudios de la hidratación del CPO, se basa en la medición
de la velocidad de liberación de calor en función del tiempo bajo un régimen
isotérmico y aprovecha el carácter altamente exotérmico de las reacciones de
hidratación del CPO y de las reacciones puzolánicas y su cinética relativamente
lenta (Pane, 2005). De esta forma, la cantidad de calor total acumulado es
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
34
directamente proporcional a la cantidad de productos de hidratación generados
y puede tomarse como una medida del grado de reacción alcanzado por el
sistema. La medida de la velocidad o flujo de liberación de calor provee
información acerca de la cinética y los mecanismos de hidratación (Alonso,
2001).
Una técnica más sencilla de implementar, pero que brinda una información
semejante a la Calorimetría Isotérmica es la Contracción Química, tiene su
fundamento en los cambios que ocurren en el volumen total del sistema durante
las reacciones de hidratación (Ramachandran, 2001). Teniendo en cuenta que
el volumen específico del agua es menor cuando está enlazada químicamente
que cuando está en estado no asociado, las reacciones de hidratación van
acompañadas generalmente de una reducción en el volumen total del sistema.
Como ejemplo del principio de esta técnica puede observarse cómo, durante la
reacción de hidratación del CPO, el volumen del sólido aumenta por la formación
de los productos de hidratación, pero el volumen total decrece (Taylor, 1990)).
1 V 3CaO SiO2 + 1.318 V H2O____ 1.570 V xCaO ySiO2 zH2O + 0.597 V Ca(OH)2
Vt = 2.318 Vt = 2.167
Los estudios por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) son muy útiles
para identificar y evaluar la estructura de los hidratos formados en las pastas de
CPO y de CPO con adiciones puzolánicas (Andersen, 2003) (Sagar Naya, 2007).
Los recientes avances reportados por Scrivener en el estudio de la
microestructura de pastas y morteros mediante MEB en su modo de electrones
de retrodispersión permiten no solo la identificación y descripción de los
productos de hidratación, sino también su cuantificación, haciendo uso de
modernos software para el análisis y procesamiento estadísticos de las
imágenes (Scrivener, 2004).
Reciente se ha reportado la aplicación de un nuevo protocolo experimental para
la evaluación de la actividad puzolánicas de arcillas calcinadas, denominado
Ensayo R3 (Rapid, Relevant and Reliable) (Avet, 2015), desarrollado de conjunto
por investigadores del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA) de la
UCLV “Marta Abreu” de las Villas y el Laboratorio de Materiales de Construcción
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
35
del Instituto Federal Suizo de Investigaciones de Lausana, Suiza, que evalúa la
reactividad puzolánica monitoreando el calor liberado durante la reacción
puzolánica en sistemas hidróxido de calcio - arcilla calcinada - caliza. Este
ensayo, que ha sido validado a escala de laboratorio para varias arcillas
calcinadas, se basa en medir el calor total liberado por una pasta cal-puzolana,
a la cual se le adicionan también álcalis y sulfatos, de manera que se simulan las
condiciones que existen en un sistema mezclado cemento – puzolana. El calor
liberado durante un periodo de tiempo determinado es directamente proporcional
a la reactividad puzolánica de los productos de calcinación y los ensayos a escala
de laboratorio para varias arcillas calcinadas han demostrado que los resultados
guardan una correlación lineal con los ensayos normados de resistencia a la
compresión.
1.4 Perspectivas del empleo de las arcillas calcinadas como MCS en Cuba
Cuba no cuenta con grandes reservas de caolines de alta pureza. Sin embargo,
investigaciones precedentes han demostrado que, si se conocen y aprovechan
las características estructurales, químicas y mineralógicas de una fracción
arcillosa multicomponente, esta puede, aun para contenidos moderados de
arcillas caoliníticas, ser convertidas mediante activación térmica en un material
puzolánico capaz de ser empleado en la sustitución parcial del CPO en mezclas
aglomerantes, con reactividades tales que le permiten mantener e incluso
incrementar las propiedades mecánicas y de durabilidad (Alujas, 2010).
En nuestro país existen 45 yacimientos donde hay presencia de arcillas
caoliníticas con bajo grado de caolín que poseen grandes reservas distribuidas
en todo el territorio nacional. De esta reserva 14 millones se encuentran
concesionados para su explotación a diferentes industrias. La mayor cantidad de
depósitos de caolín se encuentran en el occidente del país, particularmente en
la isla de la Juventud y Pinar del Río; también se ubican depósitos con diferente
grado de interés en Villa Clara, Ciego de Ávila, Sancti Spíritus y Camagüey (IGP,
2010), de igual forma en la zona oriental, Las Tunas, Holguín y Santiago de
Cuba. En el resto del territorio nacional, según la Oficina Nacional de Recursos
Minerales, aparecen manifestaciones de forma diseminada, los de mayor interés
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
36
para la producción de puzolanas de alta reactividad son las de composición rica
en caolín como mineral arcilloso (Méndez, 2015).
Las condiciones actuales posibilitan y requieren que las puzolanas naturales
cubanas, sean evaluadas con más profundidad debido a varios factores como
son: el aumento considerable del precio de los combustibles fósiles (con precios
para el barril de crudo por encima de los 80 USD), el auge de planes de desarrollo
constructivo a corto y mediano plazo, las medidas de protección ambiental
(disminución de las emisiones de CO2).
Actualmente a partir de los trabajos e investigaciones desarrollados como parte
de proyectos del Centro de Investigaciones y Desarrollo de Materiales (CIDEM)
de la Universidad Central ¨Marta Abreu de las Villas¨ se han demostrado las
potencialidades de activación térmica de arcillas cubanas de bajo grado para la
obtención de materiales puzolánicos de alta reactividad y con ella producir
materiales puzolánicos con altas potencialidades de empleo como MCS (Alujas,
2010). El empleo de estos ha sido avalado a escala industrial para el caso del
yacimiento Pontezuela en la obtención de cementos base de Clínquer- Arcilla
Calcinada – Yeso, que alcanzaron en morteros normalizados resistencias a la
compresión superiores a la serie de control (CPO), con una reducción en el
contenido de casi un 50% en masa (Andrés, 2014).
Es necesario señalar que la ubicación actual de las fábricas de cemento en
nuestro país responde a estudios de prospección geológica donde no se
consideró el empleo de arcillas calcinadas como fuente de materiales
puzolánicos (Gallo, 2010). Esto trae consigo que la posible explotación de un
yacimiento arcilloso no está concesionada solo por sus características químicas
y mineralógicas, sino también por las reservas calculadas y su ubicación
geográfica, relativamente cercana a algunas de las fábricas de cemento
existentes en el país (Nazco, 2014). Tomando en cuenta lo expuesto
anteriormente el depósito el Yigre posee una gran perspectiva para la producción
de materiales cementicios suplementarios.
CAPÍTULO I. ¨ARCILLAS CALCINADAS COMO MATERIALES CEMENTICIOS SUPLEMENTARIOS¨
37
1.5 Conclusiones parciales del capítulo.
Como consecuencia de las particulares características químicas y
estructurales, que permiten su transformación en materiales de carácter
puzolánico a partir de su activación térmica, y a su amplia disponibilidad, los
minerales arcillosos constituyen una atractiva alternativa como fuente de
materiales puzolánicos.
Al sustituir el factor clínquer por materiales puzolánicos, se mantienen y/o
mejoran las propiedades físicas y de durabilidad, ya que minimiza la
expansión volumétrica, lo que reduce las grietas y a su vez aumenta la
resistencia mecánica. De igual forma constituye un menor costo de
producción.
El empleo de los productos de calcinación de arcillas multicomponentes con
bajos contenidos de caolinita es la mejor alternativa para la producción de
materiales puzolánicos en nuestro país, ya que no contamos con grandes
reservas de caolínitas de alta pureza en el territorio nacional.
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
38
Capítulo II: ``Materiales y métodos´´
2.1 Caracterización del yacimiento
En nuestro país no existen grandes reservas de arcillas caoliníticas de alta
pureza, sin embargo, cuenta con numerosos depósitos con diferentes contenidos
de caolinita y otras fases arcillosas que podrían ser aprovechadas para la
obtención de puzolanas de alta reactividad (IGP, 2010). Estos depósitos
presentan diferentes grados de estudio desde el punto de vista geológico y en la
mayoría de los caso no se ha presentado su evaluación como fuente de materia
prima.
El yacimiento seleccionado para este estudio se identifica como Manifestación
Yaguajay, y forma parte de la secuencia arcillosa denominada como Arcillas
Bamburanao (Figura 2.1) que se distribuye en la zona Norte de los municipios
Remedios, Yaguajay y Chambas. Los primeros estudios que se realizaron de
esta secuencia arcillosa datan de la década de 1980, específicamente entre 1985
y 1990 cuando se realiza el Levantamiento Geológico 1:50000 Las Villas II y
Búsquedas acompañantes en coordinación Cuba-Bulgaria, ellos reportaron la
presencia de arcillas caoliníticas en una franja de 120 Km de largo en la porción
norte de las hojas 1:25000 Remedios, Dolores, Yaguajay y Chambas. En este
trabajo se realizaron 32 pozos de perforación que atravesaron todo el corte de
las arcillas, estimando una potencia de 20m (Figura 2.2) e indicando la presencia
del mineral Halloysita, clasificando las arcillas como caoliníticas con un contenido
promedio de Al2O3 de 27,14%.
Figura 2.1 Secuencia arcillosa Arcillas Bamburanao
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
39
Figura 2.2 Cortes Litológicos Esquemáticos (Arcial, 2015)
El relieve del yacimiento es del tipo ondulado a colinoso suave con diferencia de
alturas en las elevaciones de los llanos con relación a las alturas propiamente
dichas de 30-400m, con pendientes abruptas en las alturas mayor que 30º y
pendientes más suaves en las elevaciones de los llanos y presencia de
carsificación en ambas. En general los suelos son fértiles del tipo Ferrosialíticos
de color rojizo con perdigones de hierro.
Los sedimentos pertenecen a la Plataforma Neogénico-Cuaternario, clasificados
como Sedimentos Marinos Redepositados, que estuvieron en estrecha relación
con las transgresiones y regresiones del nivel del mar, formando la Unidad
Informal Arcillas Bamburanao, de edad Cuaternario. La geología de este sector
está marcada por su ubicación en la porción norte de la región central de Cuba
donde se establecieron lagunas interiores producto de la repetidas
transgresiones y regresiones del mar ocasionadas por los períodos de glaciación
depositando grandes volúmenes de sedimentos terrígenos, calcáreos y
arcillosos en capas horizontales de espesores hasta las primeras decenas de
metros, tal como se observa en la actualidad. Los sedimentos provenientes de
una fuente rica en minerales aluminosilicatados formaron las Arcillas
Bamburanao, en ellas se diferencian dos tipos por su coloración y composición:
a) Arcillas de color amarillento ocre a pardo hasta rojizo de oxidación, con
perdigones de óxido de hierro y de Mn, de diámetro hasta 1 cm. De estratificación
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
40
masiva y fragmentos aislados de silicita y calizas en toda su masa, plásticas, se
disuelven fácilmente en presencia del agua.
b) Arcillas de color gris, gris verdoso y verdoso, de estructura muy fina, de
estratificación incipiente y en ocasiones bien estratificadas. Presentan
intercalaciones de CaCO3 y por toda su masa cristalitos de yeso de 0.5 a 1.5 cm
confirmando su origen marino. Son muy plásticas y se disuelven fácilmente en
agua.
El grado de accesibilidad al yacimiento es satisfactorio por su cercana ubicación
a Yaguajay, y red vial bien desarrollada y en buen estado. Por la porción
occidental del área atraviesa la llamada Carretera Sancti Spíritus-Yaguajay y por
la porción norte el denominado Circuito Norte, con dirección a Chambas. La
industria minera está representada por la Cantera El Yigre perteneciente a la
Industria de Materiales de la Construcción, localizada 1.5Km al sur del área.
2.2 Muestreo
En el yacimiento se realizó un muestreo exploratorio, el cual fue supervisado por
especialistas de la empresa Geominera del Centro. Este tuvo como objetivo
conocer el comportamiento que posee en toda su extensión, ya que este
yacimiento está compuesto por sedimentos marinos provenientes de una fuente
rica en minerales aluminosilicatados, que estuvieron en estrecha relación con las
transgresiones y regresiones del nivel del mar. La existencia de datos de
muestreo de un estudio geológico realizado en 1985 permitió definir los 9 puntos
de muestreo (Figura 2.3), en los cuales se excavó una trinchera de 0.9 m de
ancho, 5 m de largo y 1.2 m de profundidad, auxiliándose de una
retroexcavadora. El material de los puntos desde el 1 hasta el 3, se mezcló y
homogeneizó para formar la muestra compósito 1 (YG-C1), los puntos desde el
8 hasta el 10 se homogeneizaron para formar la muestra compósito 3 (YG-C3) y
los puntos 6, 7 y 14 se homogeneizaron para formar la muestra compósito 2 (YG-
C2).
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
41
Figura 2.3 Ubicación de los puntos de muestreo
2.3 Caracterización de la materia prima
La determinación de la humedad natural de las muestras se realizó en los
laboratorios del (CEQA) Centro de Estudios de Química Aplicada de la UCLV
``Marta Abreu´´. Para ello se utilizaron muestras que fueron extraídas de la pared
de cada trinchera y embolsadas de forma independiente en bolsas selladas para
evitar que estas perdieran la humedad natural con que se encontraban en el
terreno. Es de destacar que el muestreo se realizó a mediados del mes de Enero,
durante el llamado periodo seco, aunque una semana después de varios días de
lluvias y chubascos en la región. Para este ensayo se tomaron aproximadamente
90 g de cada muestra, se colocaron en un crisol de porcelana y se colocaron en
una estufa a 200ºC durante 24 horas. Al ser extraídas se pusieron
inmediatamente en una desecadora hasta que alcanzaran la temperatura
ambiente y evitar que estas adsorbieran humedad. Después de
aproximadamente 30 minutos ya habían alcanzado la temperatura ambiente y
fueron pesadas nuevamente ya secas. Para una mayor representatividad se
realizaron 3 réplicas del ensayo para cada una de las muestras.
En el análisis químico de las muestras compósito se aplicaron los procedimientos
exigidos en las Instrucciones técnicas normativas elaboradas por LACEMI, 1986.
Los resultados de control se elaborarán según las normas NC 505:2007, NC
507:2007, NC 44-16:1970, NC 44-18-5:1984 y NR-MG-5-04 Trabajos Analíticos:
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
42
Control Geológico de la Calidad y la NRIB-269: Control Interno de la
Reproducibilidad de los Resultados de los Análisis Básicos Cuantitativos de
materia prima minerales, para el área geológica. Los análisis químicos de las
muestras compósito se realizaron en los Laboratorios de la Empresa Geominera
Centro, por los métodos de Absorción Atómica, Gravimétrico y Volumétrico, en
dependencia de las recomendaciones establecidas para cada uno de los
elementos analizados.
El análisis termogravimétrico de las materias primas, en la forma de sus
muestras compósito, se realizó en el Laboratorio de Materiales de Construcción
de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. Para el análisis del
comportamiento térmico mediante Análisis Termogravimétrico (ATG) se utilizó
un instrumento Mettler-Toledo TGA/SDTA 851, a una velocidad de calentamiento
de 10 °C/min desde los 30°C hasta los 1000°C. Las pérdidas de masa fueron
calculadas utilizando el método de integración del área de pico.
Adicionalmente, para la muestra compósito 1 (YG_C1), representativa del
material seleccionado para realizar una prueba a escala piloto, se profundizó en
su caracterización mineralógica. La identificación y cuantificación de las fases
arcillosas se realizó por Difracción de Rayos X (DRX), empleando un
difractómetro Panalytical Xpert Pro MPD, con radiación CuKα y una rejilla de
divergencia de 0,5°. Las muestras fueron escaneadas entre los 4 y los 70° (2θ),
a un paso angular de 0,017° y un tiempo por paso de 80 segundos. Los
difractogramas fueron procesados empleando el software X Pert High Score Plus
(2011).
2.4 Activación térmica y procesamiento de la materia prima
Para el tratamiento térmico se contó con una mufla de laboratorio de marca
Nabertherm. Se calcinaron aproximadamente 6 kg de cada compósito durante 2
horas para lograr una adecuada activación térmica de la fase arcillosa (Poll L.,
2016) utilizando temperaturas de activación 750, 800 y 850 °C (Tabla 2.1). Al
extraerse de la mufla las muestras calcinadas se esparcieron sobre una
superficie metálica para que alcanzara rápidamente la temperatura ambiente,
con el objetivo de lograr un mayor desorden estructural (Tironi A., 2013) (Castillo,
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
43
2010). Posteriormente a la activación térmica se procedió a la molienda de los
productos de calcinación utilizando un molino planetario con bolas de ágata
hasta alcanzar un porciento de pasado por el tamiz de 90 µm de
aproximadamente 90%.
Tabla 2.1 Denominación de la serie producto de la calcinación
2.5 Caracterización granulométrica de los productos de calcinación
El análisis granulométrico de la arcilla calcinada y del cemento se llevó a cabo
en un analizador de tamaño de partículas HORIBA LA – 910, con una velocidad
de circulación de 6 ml/s y agitación de 6 rps y forma de distribución estándar.
Todos los datos quedaron registrados en el sistema instalado en la computadora
acoplada al analizador de tamaño de partículas, del cual se obtuvieron las curvas
características de tamaño de los materiales. Este análisis permite obtener la
distribución sumaria por clases en las muestras analizadas y el tamaño de
partículas predominantes en la muestra.
2.6 Evaluación de la reactividad puzolánica de los productos de
calcinación
2.6.1 Evaluación de la reactividad puzolánica mediante Calorimetría
Isotérmica (Protocolo R3)
Para determinar la reactividad puzolánica de los productos de calcinación de las
arcillas calcinadas a 750, 800 y 850 0C se empleó un ensayo experimental
denominado protocolo R3, el cual fue desarrollado por investigadores del
Laboratorio de Materiales de Construcción del Instituto Federal Suizo de
Investigaciones de Lausana, Suiza, en colaboración con el Centro de Estudios
Origen de la materia prima
Temperatura de calcinación
Denominación de la serie
Compósito 1 750ºC YG-C1-75
Compósito 1 800ºC YG-C1-80
Compósito 1 850ºC YG-C1-85
Compósito 2 750ºC YG-C2-75
Compósito 2 800ºC YG-C2-80
Compósito 2 850ºC YG-C2-85
Compósito 3 750ºC YG-C3-75
Compósito 3 800ºC YG-C3-80
Compósito 3 850ºC YG-C3-85
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
44
de Química Aplicada de la UCLV ``Marta Abreu´´ de las Villas. Este ensayo ha
sido validado para un alto número de arcillas calcinadas y se basa en medir el
calor total liberado por la reacción puzolánica en una pasta cal-puzolana, a la
cual se le adicionan también álcalis y sulfatos, de manera que se simulan las
condiciones que existen en un sistema mezclado cemento-puzolana. El calor
liberado durante un período de tiempo determinado es directamente proporcional
a la reactividad puzolánica de los productos de calcinación. Los ensayos a escala
de laboratorio para varias arcillas calcinadas han demostrado que los resultados
guardan una correlación lineal con los ensayos normalizados de resistencia
mecánica.
Para este ensayo se contó con un calorímetro TamAir de la firma Thermometric
con 8 canales de capacidad. Inicialmente el equipo se calibró para una escala
máxima de 60mW con el fin de incrementar la resolución y hallar las ecuaciones
de conversión de mV a mW para cada canal empleado. Se prepararon pastas
Ca(OH)2 / Puzolana utilizando un 30 % de sustitución del Ca(OH)2 por arcilla
calcinada y una relación agua / sólido = 1,2 para asegurar en cada sistema un
exceso de agua para la reacción de hidratación, y obtener además una buena
operabilidad de las pastas. Se utilizó agua destilada como referencia. Para
preparar 110g de pasta se realizó el siguiente procedimiento:
1. Mezclar 37.5g de CaOH y 12.5g de arcilla.
2. Disolver álcalis (0.31g de KOH) y sulfatos (1.47g de KSO4) en 60g de agua
destilada.
3. Se mezclaron ambos a 1300 rpm durante 2 minutos, se extrajeron 15g de
esta pasta resultante en pequeños envases destinados para este tipo de
ensayo y se colocaron en el calorímetro
Todos los ensayos se realizaron a 30 ºC con lecturas cada 10 segundos durante
120 horas utilizando un ordenador conectado al equipo. Las curvas de flujo de
calor registradas fueron normalizadas a la masa de la muestra e integradas para
convertirlas en curvas de calor total liberado en el tiempo.
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
45
2.6.2 Evaluación de la reactividad puzolánica mediante ensayos de
resistencia a la compresión en morteros normalizados
Este ensayo de resistencia a la compresión permite evaluar la reactividad
puzolánica de los productos de calcinación de las arcillas y a su vez el
comportamiento físico-mecánico de morteros con un 30% de sustitución del CPO
por arcillas calcinadas. La preparación de los morteros 70-30 y los ensayos de
resistencia mecánica se realizaron en el Centro de Investigación y Desarrollo de
la Construcción del MICONS, siguiendo las especificaciones de la NC 527: 2007.
Además se preparó una serie de referencia con un 100% de CPO. Para las series
de los morteros 70-30 se utilizó un cemento P-35 elaborado con clínquer de
Siguaney con una finura de 89.16% pasado por el tamiz de 90 µm y una
superficie específica de 2601.17 cm2/g determinada mediante el ensayo Blaine
(Tabla 2.2).
Tabla 2.2 Resultados de los ensayos de Superficie específica, Finura y Minicono
Peso específico
(g/cm3)
Finura (% pasado
por 90 µ)
Superficie
específica (Blaine)
(cm2/g)
Minicono
3.14 89.16 2601.17 11.806
La composición química del cemento utilizado se reporta en la Tabla 2.3. Los
morteros fueron preparados con una relación agua / cemento de 0.5, y se les
adicionó entre 2 y 3 ml de aditivo para obtener una fluidez semejante a la de la
mezcla control,. Los morteros se mantuvieron en una cámara de curado durante
las primeras 24 horas a una temperatura de 25 ºC. Luego las muestras fueron
desmoldadas y colocadas en una piscina de curado a una temperatura de 27± 1
ºC. La resistencia a la compresión se evaluó a las edades de 3, 7 y 28 días.
Tabla 2.3 Composición química del cemento P35 producido
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 RI PPI CaOlibre
18.88 3.14 5.09 61.07 1.27 3.32 4.09 3.42 1.54
CAPÍTULO II. ¨MATERIALES Y MÉTODOS¨
46
Concusiones parciales del capítulo
Las técnicas empleadas para la caracterización química y mineralógica, y
la evaluación de la actividad puzolánica de las muestras se sustentan en
una base sólida que contribuye a la obtención de resultados confiables en
la investigación.
Las características geotecnológicas del depósito analizado resalta el
potencial para su empleo como material puzolánico, que no ha sido
utilizado con ningún fin práctico.
La metodología empleada para la investigación permite conocer la
posibilidad de empleo de las arcillas del yacimiento el Yigre como fuente
de material cementicio suplementario.
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
47
Capítulo III: ¨Análisis y discusión de los resultados¨
3.1 Caracterización de la materia prima
La Tabla 3.1 muestra los resultados para el ensayo de humedad natural
resultado de exponer muestras de la arcilla del yacimiento estudiado hasta una
temperatura en la que se considera pierde humedad (200ºC). De manera general
los resultados obtenidos son un tanto altos a pesar de que el muestreo se realizó
en época seca; la humedad natural se mueve entre un 26,21 y 49,8% de la masa
de la muestra. Dentro de la tabla se ubicaron en la parte superior de cada
compósito las trincheras que se encuentran en la zona norte del yacimiento, y en
la inferior las que se encuentran en la zona sur, las cuales a su vez son las que
mayor contenido de humedad poseen por su cercanía al canal y a la zona baja
del yacimiento. Estos altos contenidos de humedad en las muestras constituyen
un factor fundamental a considerar en una futura utilización del yacimiento a
escala industrial, sugiriendo la necesidad de utilizar una estrategia de secado in
situ, lo cual evitaría el transporte de material con altos % de humedad hasta la
fábrica de cementos Siguaney, con los consiguientes costos de transportación.
Tabla 3.1. Humedad natural de las muestras del depósito El Yigre.
Trinchera Humedad (%) Desviación Estándar.
Compósito YG1
YG1 35,92 1,13
YG2 34,99 2,01
YG3 49,80 0,43
Compósito YG2
YG7 44,41 3,73
YG14 26,21 1,76
YG6 44,47 0,51
Compósito YG3
YG8 37,00 1,36
YG9 35,21 0,64
YG10 41,75 1,08
La Figura 3.1 muestra los resultados obtenidos mediante ATG para cada una de
las muestras compósito, donde se muestran los principales cambios
estructurales que ocurren en el sistema con el aumento de la temperatura. Para
todas las muestras se observa a temperaturas por debajo de 200ºC un primer
efecto de pérdida de peso asociado a la deshidratación del sistema. El efecto
que ocurre entre los 200 y 350ºC está asociado fundamentalmente a la
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
48
descomposición de los hidróxidos de hierro. Entre los 350 y 600ºC se manifiesta
la desoxhidrilación de los minerales arcillosos, este efecto está asociado a la
pérdida de los OH- estructurales de la caolinita. La muestra compósito YG-C3
manifiesta un efecto relativamente intenso enmarcado entre los 650 y los 800ºC,
que pudiera asociarse a la descomposición de la calcita (Tabla 3.2),
posiblemente de baja cristalinidad. Aunque el máximo efecto térmico de
descomposición de la calcita normalmente se reporta para temperaturas
alrededor de 900ºC, cuando esta se encuentra en bajas proporciones o existe
una mezcla de otros compuestos (ejemplo carbonatos de magnesio), este efecto
puede manifestarse a temperaturas más bajas, con un máximo cercano a los
800ºC (Todor, 1976, Habert, 2009).
Figura 3.1 Análisis Termogravimétrico de las muestras compósito.
Tabla 3.2 Contenido (%) de Caolinita y calcita de las muestras compósito.
YG_C1 YG_C2 YG_ C3
% Caolinita 43,34 38,70 33,82
% Calcita 5,10 13,70 30,45
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
49
Los resultados del análisis químico en los Laboratorios de la Empresa Geominera del Centro de las muestras compósito se muestran en la Tabla 3.3. Tabla 3.3 Composición química de las muestras compósito
Determinaciones UM Método YG-C1 YG-C2 YG-C3
Al2O3 % Volumétrico 23,94 24,24 16,92
Fe2O3 % Ab. Atómica 12,6 12,6 7,6
CaO % Volumétrico 4,54 6,94 24,29
MgO % Ab. Atómica 0,38 0,38 0,38
Na2O % Ab. Atómica 1,3 1,02 1,46
K2O % Ab. Atómica 0,54 0,35 0,6
TiO2 % Colorimétrico 1,22 1,18 0,79
MnO % Ab. Atómica 0,82 0,88 0,38
P2O5 Colorimétrico <0,2 <0,2 <0,2
CaCO3 % Volumétrico 8,1 12,39 43,36
Los altos contenidos de Fe2O3 reportados se asocian en primer lugar a la
presencia de óxidos e hidróxidos de hierro, que se evidencia en el color pardo-
rojizo de las muestras, aunque no se descarta cierto grado de sustitución
isomórfica del Al por el Fe en la capa octaédrica de los minerales arcillosos. La
arcilla también presenta un contenido de elementos alcalino-térreos
relativamente alto, asociado a la presencia de calcita o minerales similares.
Existe una correspondencia entre el contenido de caolinita y calcita
determinadas mediante análisis termogravimétrico y los contenidos de Al2O3 y
CaO determinados mediante análisis químico. De manera general los contenidos
de caolinita y calcita para una misma muestra son inversamente proporcionales,
y el contenido de caolinita disminuye en el orden YG_C1 > YG_C2 > YG_C3
(Tabla 3.2), lo que hace a la región centro-este del yacimiento la más adecuada
para su explotación como fuente de arcillas para la obtención de materiales
puzolánicos. Debe recordarse que los resultados de esta investigación
corresponden a un muestreo exploratorio del yacimiento, por lo que deben
tomarse como criterios indicativos, pero no definitivos, acerca de la calidad de la
materia prima.
Las principales fases minerales en la muestra compósito YG-C1 se identificaron
mediante DRX y los resultados se muestran en la Tabla 3.4. Se determinó que
los minerales arcillosos predominantes pertenecen al grupo de la caolinita
(nacrita, caolinita), acompañados en la mayoría de los casos por la presencia de
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
50
cuarzo y fases minerales ricas en hierro como hematita (Fe2O3) y la goethita (α-
FeO(OH)). También se detecta la presencia de minerales del tipo 2:1 como
Vermiculita.
Tabla 3.4 Composición mineralógica de las arcillas
Origen Minerales Arcillosos
1:1
Minerales Arcillosos
2:1
Otras
Redeposición Nacrita
Caolinita
Vermiculita +Calcita
La presencia identificada de calcita como mineral acompañante en la muestra se
corresponde con el contenido de CaO determinado mediante el análisis químico.
En la Figura 3.2 se muestra el difractograma correspondiente a la fase arcillosa
de la muestra compósito 1 (YG-C1), donde se puede apreciar que existe un
predominio de minerales arcillosos de la familia de las caolinitas.
Figura 3.2 Difractograma de Rayos X de la muestra compósito YG-C1.
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
51
3.2 Caracterización granulométrica de los productos de
calcinación.
La distribución de tamaño de partículas para las diferentes muestras compósito,
calcinadas a temperaturas entre 750 y 850°C se presenta en la Figura 3.3. De
manera general los sistemas se caracterizan por una distribución trimodal, donde
las partículas de cuarzo, calcita y otros minerales acompañantes deben ubicarse
dentro de la fracción más gruesa, mientras que los minerales arcillosos y los
hidróxidos de hierro, producto de los procesos de intemperismo, deben ubicarse
dentro de la fracción más fina. En este gráfico se puede apreciar que, de forma
general, existe una tendencia al desplazamiento del tamaño de partículas hacia
las fracciones más gruesas con el incremento de la temperatura desde 750 a
850ºC. Estos cambios son apreciables fundamentalmente en la disminución de
las partículas dentro de la fracción fina, donde se concentran los minerales
arcillosos, mientras que la fracción gruesa permanece relativamente inalterada.
Figura 3.3 Distribución de frecuencia de las muestras de arcillas calcinadas
Los valores de diámetro medio (DM) y superficie específica (SP), estimada esta
última a partir del tamaño de partícula asumiendo una simetría esférica, se
muestran en la Tabla 3.5 y en la Figura 3.4 para cada muestra de material
arcilloso calcinado. El efecto de la temperatura de calcinación en el diámetro
medio de las partículas y en la superficie específica es claramente perceptible a
partir del aumento del diámetro medio con el incremento de la temperatura de
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
52
calcinación, probablemente asociado al incremento de los procesos de
aglomeración de partículas, y en el correspondiente decrecimiento del área
superficial. El diámetro tiene una tendencia gradual al aumento hasta los 850 °C,
mientras que el área superficial tiende a disminuir, con un cambio de pendiente
entre los 800 y 850 ºC, más acentuado para la muestra YG-C1. Para esta
muestra compósito, los menores valores de diámetro medio a las temperaturas
de 750 y 800 ºC, y la brusca disminución de la superficie específica a partir de
los 800 ºC pueden estar asociados a su mayor contenido de minerales arcillosos
y los fenómenos de aglomeración asociados a estos con el incremento de la
temperatura.
Figura 3.4 Influencia de la temperatura de calcinación en la superficie específica (SP) y el diámetro medio (DM) de la partícula
Tabla 3.5 Tamaño de partículas y superficie específica.
YG-C1-75
YG-C1-80
YG-C1-85
YG-C2-75
YG-C2-80
YG-C2-85
YG-C3-75
YG-C3-80
YG-C3-85
Superficie específica, (cm2/cm3)
12087 12190 6714 12993 11396 10754 12697 11991 11352
Diámetro medio (µm)
78,17 77,54 203,34 93,67 96,90 125,88 118,04 123,25 140,45
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
53
3.3 Evaluación de la reactividad puzolánica de los productos de
calcinación.
3.3.1 Calorimetría Isotérmica (Protocolo R3).
Las curvas de calor total acumulado normalizado a la masa de puzolana se
muestran en la Figura 3.5. Debido a que la reacción puzolánica es una reacción
exotérmica, el calor total acumulado está directamente relacionado con la
cantidad de productos de hidratación que se generan, por lo que un incremento
en el calor acumulado indica una mayor formación de productos de hidratación y
por tanto una mayor reactividad puzolánica.
Figura 3.5 Curvas de calor total acumulado
Todos los sistemas analizados evolucionan de similar manera en el tiempo, y solo
se diferencian en los valores totales de calor total acumulado, que se muestran
en la Figura 3.6 para un período de 5 días (120 horas). De manera general se
puede apreciar que los mayores valores de reactividad puzolánica para cada uno
de los compósitos se alcanzan al calcinarlos entre los 750ºC y los 800ºC y existe
una tendencia generalizada a la disminución de la reactividad al aumentar la
temperatura de calcinación por encima de los 800ºC. Esta disminución de la
reactividad al calcinar la materia prima a 850ºC puede estar asociada a la
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
54
presencia de calcita y también a la disminución de la superficie específica
producto de la calcinación, especialmente para la muestra YG-C1 calcinada a
850ºC. Por lo tanto, para las arcillas de este yacimiento se recomiendan
temperaturas de calcinación en el rango entre los 750 y los 800ºC. La reactividad
puzolánica de los productos de calcinación se corresponde con el contenido de
minerales arcillosos en las materias primas.
Figura 3.6 Valores totales de calor acumulado
3.3.2 Comportamiento físico-mecánico en morteros estandarizados.
El comportamiento de los morteros con sustituciones de un 30% de los
productos de calcinación a tres temperaturas de los diferentes compósitos en
los ensayos de resistencia a compresión se muestra en la Figura 3.7. Se
utilizaron como valores de referencia los resultados de la serie con 100% de
CPO (P 35). La desviación estándar de los resultados de resistencia a la
compresión fue inferior al 5% en todos los casos, para un 95% de confianza.
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
55
Figura 3.7 Resistencia a la compresión de los morteros con 30% de sustitución de
CPO por arcillas calcinadas.
Los mejores resultados de resistencia mecánica a tanto a los 7 como a los 28
días se alcanzaron al utilizar las muestras calcinadas entre 750 y 800ºC, , lo cual
está en correspondencia con los resultados de la calorimetría isotérmica (R3), y
con los valores de superficie específica obtenidos de la caracterización del
material calcinado. Los valores de resistencia a los 28 días de las muestras
calcinadas entre 750 y 800ºC superan en todos los casos los valores de la serie
de control elaborada con P-35. Es necesario señalar que aunque los valores de
resistencia mecánica de las muestras calcinadas a 850ºC se encuentren por
debajo de los de la serie de referencia, estas alcanzan buenos resultados con un
mínimo de 25,8 Mpa. La reactividad de los diferentes compósitos a temperaturas
de calcinación de 850ºC puede estar limitada por la presencia de calcita, que en
el proceso de calcinación se combina con fases activas de la arcilla, y puede
formar compuestos vítreos no estequeométricos, de baja superficie específica y
que limitan la disponibilidad de fases reactivas para la reacción puzolánica. La
formación de estos compuestos ocurre en presencia de fuentes de calcio (caliza)
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
56
y fuentes de sílice y alúmina (arcillas y feldespatos) y es termodinámicamente
probable a la temperatura de calcinación (Taylor, 1990). Los mejores resultados
se obtienen para las muestras calcinadas a 750 y 800 0C ya que se evita la
formación de fases ricas en calcio y el efecto fundente del CaCO3, y a su vez no
disminuiría la superficie específica ni la reactividad puzolánica.
CAPÍTULO III. ¨ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE LOS RESULTADOS¨
57
3.4 Conclusiones parciales del capítulo.
La disminución de la reactividad al calcinar la materia prima a 850ºC
puede estar asociada a la presencia de calcita y también a la disminución
de la superficie específica producto de la calcinación, lo cual se evidencia
especialmente para la muestra YG-C1-85.
Los productos de calcinación de las muestras compósito del depósito
Yaguajay presentan una buena correlación entre el calor liberado y la
resistencia a la compresión. De forma general existe una tendencia lineal
de la resistencia a la compresión a los tanto a los 7 como a los 28 días y
el calor liberado determinado por R3.
Las trincheras que se encuentran en la zona sur del yacimiento son las
muestran un mayor contenido de humedad poseen por su cercanía al
canal y a la zona baja del yacimiento.
CONCLUSIONES GENERALES
58
CONCLUCIONES GENERALES
De forma general los contenidos de caolinita y calcita para una misma
muestra son inversamente proporcionales, y el contenido de caolinita
disminuye en el orden YG_C1 > YG_C2 > YG_C3, lo que hace a la región
centro-este del yacimiento la más adecuada para su explotación como
fuente de arcillas para la obtención de materiales puzolánicos.
Los altos contenidos de humedad en las muestras constituyen un factor
fundamental a considerar en una futura utilización del yacimiento a escala
industrial, sugiriendo la necesidad de utilizar una estrategia de secado in
situ.
Para las arcillas de este yacimiento se recomiendan temperaturas de
calcinación en el rango entre los 750 y los 800ºC, ya que los mayores
valores de reactividad puzolánica para cada uno de los compósitos se
alcanzan en este intervalo y existe una tendencia generalizada a la
disminución de la reactividad al aumentar la temperatura de calcinación
por encimas de los 800ºC.
Los resultados de la calorimetría isotérmica (R3) y los valores obtenidos
en los ensayos de resistencia mecánica en morteros guardan una
estrecha relación, pues en todos los casos se alcanzaron los mejores
resultados con las muestras calcinadas entre 750 y 800ºC pertenecientes
a las muestras compósitos YG-C1 y YG-C2 lo cual a su vez está en
correlación con el % de caolinita de estas.
El efecto de la temperatura de calcinación en la superficie específica es
claramente perceptible a partir del aumento del diámetro medio con el
incremento de la temperatura de calcinación, probablemente asociado al
incremento de los procesos de aglomeración de partículas, y en el
correspondiente decrecimiento del área superficial.
RECOMENDACIONES
59
RECOMENDACIONES
Extender el estudio realizado a otros yacimientos que presenten
potencialidades para su empleo como fuente de materiales puzolánicos
pertenecientes a la secuencia arcillosa denominada Arcillas Bamburanao.
Evaluar estrategias de secado in situ que permitan evitar el transporte de
material con altos % de humedad hasta la fábrica de cementos Siguaney.
Realizar un estudio a mayor profundidad, que abarque dentro de lo posible
todo el corte de las arcillas para conocer cuáles son realmente sus
potencialidades para la producción de materiales puzolánicos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
60
Referencias Bibliográficas AITCIN, P. C. 2000. Cements of yesterday and today. Concrete of tomorrow. Cement &
Concrete Research 30, 1349-1359. ALONSO, S. P., A. 2001. Calorimetric study of alkaline activation of calcium
hydroxidemetakaolin solid mixtures. Cement and Concrete Research, 31, 25 - 230. ALUJAS, A. 2010. Obtención de un material puzolánico de alta reactividad a partir de la
activación térmica de una fracción arcillosa multicomponentes. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, UCLV: Marta Abreu de Las Villas. .
ANDERSEN, M. D., H.J. JAKOBSEN, AND J. SKIBSTED 2003. Incorporation of Aluminum in the Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) of Hydrated Portland Cements: A High-Field 27Al and 29Si MAS NMR Investigation. Inorganic Chemistry, 42.
ANDRÉS, L. M. V. 2014. Cemento de bajo carbono a partir del sistema cementicio ternario clínquer-arcilla calcinada-caliza. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas., Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de las Villas.
ARCIAL, F., ALUJAS, A. 2015. Identificación de arcillas caoliníticas, calizas y arcillas para la fabricación de Cemento de Bajo Carbono (LCC) en los alrededores de Gaspar Provincia. Ciego de Ávila y Siguaney Provincia. Sancti Spíritus. Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de las Villas.
AVET, F. A. S., K 2015. Influence of calcite on the reactivity of El Yigre calcined clay (Cuba). Lausanne, Suiza.: EPFL.
BARONIO, G. B., L 1997. Study of the pozzolanicity of some bricks and clays. Construction and Building Materials, 11.
BATISTA, R. 2007. Valoración del potencial de los recursos minerales para la Industria del Cemento en Cuba. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, UCLV: Marta Abreu de Las Villas. .
BETANCOURT, S. 2012. Cemento Portland Ordinario. Aglomerantes. BROWN, G. E. 1961. The X-ray Identification and Clay Structures of Clay Minerals London:
Jarrold&Sons Ltd. CABRERA, E. 2015. Influencia de las características químico-mineralógicas de arcillas
caoliníticas cubanas en la reactividad puzolánica de sus productos de calcinación. Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de las Villas
CASTILLO, R., FERNÁNDEZ, R., ANTONI, M., ALUJAS, A., SCRIVENER, K. & MARTIRENA, J. F. 2010. Activación de arcillas de bajo grado a altas temperaturas. . Revista Ingeniería de Construcción. .
CEMBUREAU. 2014. Activity Report [Online]. www.cembureau.eu. CSI. 2010. Cement Industry Energy and CO2 Performance "Getting the Numbers Right" [Online].
www.wbcsdcement.org: World Business Council for Sustainable Development. DEER, W. A., R.A. HOWIE, AND J. ZUSSMAN 1992. An introduction to the rock-forming
minerals. Harlow: Longman: London. DRITS, V. A. 2003. Structural and chemical heterogeneity of layer silicates and clay minerals. .
Clay Minerals, 38, 403-432. FERNÁNDEZ, L. R. 2009. Calcined Clayey Soils as a Potential Replacement for Cement in
Developing Countries, in Faculté Sciences et Techniques de L'Ingeniur. École Polytechnique Federale de Lausanne: Lausanne., 178.
GALLO, R. 2010. Valoración del potencial de los recursos minerales para la industria del cemento en Cuba. IGP, Instituto de reactivos y materiales, CEMVID.
GUERRA, I. 2013. Evaluación de la mineralogía y composición química en la reactividad puzolánica de arcillas caoliníticas cubanas. Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de las Villas.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
61
HABERT, G., CHOUPAY, N., ESCADEILLAS, G., GUILLAUME, D. & MONTEL, J. M. 2009. Clay content of argillites: Influence on cement based mortars. Applied Clay Science, 43, 322-330.
HE, C., E. MAKOVICKY, AND B. OSBAECK 1995. Thermal stability and pozzolanic activity of calcined illite. Applied Clay Science, 9(5), 337-354.
HELLER-KALLAI, L. 2006. Hanbook of clay science. Elsevier Ltd. HENDRIKS, C. A. 1998. Emission reduction of greenhouse gases from the cement industry.
Fourth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies. IEA-WBSCD. 2009. Cement Roadmap targets [Online]. http://www.iea.org/. IGP, C. 2010. Arcillas caoliníticas cubanas. Estado Actual. JUVENTUD REBELDE. 2016. Zeolita: ¿Dónde está el mineral del siglo? Juventud Rebelde. MACPHEE D. E., S. S., LODEIRO I. G. 2010. Alternative Cementicious binders chemical
perspectives. MARTIRENA, J. F. 2003. Una alternativa ambientalmente compatible para disminuir el
consumo de aglomerantes de clínker de cemento Pórtland: el aglomerante cal-puzolana como adición mineral activa.
MARTIRENA, J. F. 2010. El Metakaolin. Producción y usos. Potencial para Cuba. MÉNDEZ, I. 2015. Evaluación de yacimientos arcillosos cubanos como fuente de materia prima
para la producción de aglomerantes con altos volúmenes de sustitución de clínquer. Universidad Central ¨Marta Abreu¨de las Villas.
MURRAY, H. H. 2000. Traditional and new applications for kaolin, smectite, and playgorskite: a general overview. Applied Clay Science, 17, 207- 221.
NAZCO, K. 2014. Evaluación de arcillas multicomponentes cubanas como fuente de materia prima para la producción de materiales cementicios suplementarios. Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de las Villas.
ONEI. 2012. INDUSTRIA MANUFACTURERA [Online]. 11]. PANE, I. A. W. H. 2005. Investigation of blended cement hydration by isothermal calorimetry
and thermal analysis. Cement and Concrete Research, 35(6), 1155-1164. POLL L., A. R. S., ROMERO Y., ALUJAS A., LEYVA C.A., MARTIRENA J.F., 2016. Evaluación de la
actividad puzolánica del material arcilloso del depósito La Delta Moa, Cuba. Minería y Geología, 32 (1), 15-27.
POON, C. S., ET AL., 2001. Rate of pozzolanicreaction of metacaolin in high-performance cement pastes. Cement and Concrete Research, 31, 1301-1306.
RABILERO, A. 1993. Una contribución al estudio del aglomerante cal-puzolana. Reporte al IX Fórum de Ciencia y Técnica. Habana. Cuba. .
RAMACHANDRAN, V. S., ED. 2001. Handbook of analytical techniques in concrete science and technology. .
SABIR B.B., S. W., J. BAI, 2001. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review. Cement and Concrete Composites, 23, 441 -454.
SAGAR NAYA, P. A. B. K. S. 2007. Instrumental characterization of clay by XRF, XRD and FTIR. . Bulletin of Materials. Science, 30(3), 235-238.
SAMET, B., T. MNIF, AND M. CHAABOUNI 2007. Use of a kaolinitic clay as a pozzolanic material for cements: Formulation of blended cement.
SCRIVENER, K. L. 2014. Options for the future of cement. The Indian Concrete 88, 11- 15. SCRIVENER, K. L., ET AL. 2004. Quantitative study of Portland cement hydration by X-ray
diffraction/Rietveld analysis and independent methods. Cement and Concrete Research, 34(9), 1541-1547.
SHI, C., & DAY, R. L 2001. Comparison of different methods for enhancing reactivity of pozzolans. . Cement and Concrete Research, 31, 813-818.
SOUZA, P. S. L. D. M., D. C. C. 2005. Viability of using calcined clays, from industrial by-products, as pozzolans of high reactivity. Cement and Concrete Research, 35, 1993 - 1998.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
62
TAYLOR, H. F. W., ED. 1990. Cement Chemistry. TAYLOR, M., TAM, C. & GIELEN, D. 2006. Energy Efficiency and CO2 Emissions from the Global
Cement Industry Energy Efficiency and CO2 Emission Reduction Potentials and Policies in the Cement Industry. . IEA, Paris: Energy Technology Policy Division International Energy Agency. .
TIRONI A., T. M. A., SCIAN A. N. & IRASSAR, E. F. 2013. Assessment of pozzolanic activity of different calcined clays. Cement and Concrete Composites, 37, 319-327.
TODOR, D. N. 1976. Thermal Analysis of Minerals. . Kent: Abacuss Press., 256. VANDERLEY, M. J. 2002. On the sustainability of the Concrete. UNEP Journal Industry and
Environment. VIZCAÍNO, L. M. 2014. Cemento de bajo carbono a partir del sistema cementicio ternario
clínquer – arcilla calcinada - caliza. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. .
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