Cemento PortlandEl Cemento es un conglomerante hidráulico que, amasado en agua forma una pasta que fragua y endurece, una pasta que fragua y endurece,y, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

De todos los conglomerantes hidráulicos el cemento portland y sus derivados son los más empleados en la construcción debido a estar formados, básicamente, por mezclas de caliza, arcilla y yeso que son minerales muy abundantes en la naturaleza, ser su precio relativamente bajo en comparación con otros materiales y tener unas propiedades muy adecuadas para las metas que deben alcanzar. Dentro de los conglomerantes hidráulicos entran también los cementos de horno alto, los puzolánicos y los mixtos, teniendo todos éstos un campo muy grande de empleo en hormigones para determinados medios, así como los cementos aluminosos "cementos de aluminato de calcio", que se aplican en casos especiales. Los cementos se emplean para producir morteros y hormigones cuando se mezclan con agua y áridos, naturales o artificiales, obteniéndose con ellos elementos constructivos prefabricados o construidos "in situ".

Origen del cemento portland

Aunque ciertos tipos de cementos que se fraguan y endurecen con agua de origen mineral eran conocidos desde la antigüedad, sólo han sido empleados como cementos hidráulicos a partir de mediados del siglo XVIII. El término cemento Portland se empleó por primera vez en 1824 por el fabricante inglés de cemento Joseph Aspdin, debido a su parecido con la piedra de Portland, que era muy utilizada para la construcción en Inglaterra. El primer cemento Portland moderno, hecho de piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en carbonilla (o escorias) y después trituradas, fue producido en Gran Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se fabricaba en hornos verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de coque a las que se prendía fuego

Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los yesos y las cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los cementos. John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro de Eddystone en la costa de Cornish, se encuentra con que los morteros formados por

la adición de una puzolana a una caliza con alta proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la acción de las aguas marinas y que la presencia de arcilla en las cales, no sólo las perjudicaba sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas cales fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella.

Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el sistema de fabricación que se sigue empleando en la actualidad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 publicó su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la pauta a seguir en la fabricación del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y con él marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en 1853 empieza a estudiar la acción destructiva del agua de mar sobre el mortero y hormigón.

En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la cocción. En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había logrado una parcial sinterización por elección de una temperatura adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la construcción de un túnel bajo el río Támesis en Londres.

Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima. El intenso desarrollo de la construcción de ferrocarriles, puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las fábricas de éste, especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por doquier. Es a partir de 1900 cuando los cementos portland se imponen en las obras de ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos naturales.

Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material

Industrializado de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, yendo destinada, prácticamente, toda su producción a en lazar piedras sueltas para crear el material pétreo que conocemos como hormigón. Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le Chatelier, en 1870 y 1880, fueron fundamentales y muy meritorias para el desarrollo de este material. En ellas se apoya toda la investigación actual que emplea técnicas de análisis muy sofisticadas y rápidas.

Actualidad

De la misma forma que la Revolución Industrial supuso la progresiva desaparición de los procesos de producción artesanales, el desarrollo de las nuevas tecnologías actuales han permitido la evolución y mejora del cemento y de su proceso de fabricación.

Actualmente, la investigación sobre el cemento ha ido de la mano del desarrollo de nuevas propiedades del mismo, mientras que la referida a las instalaciones ha optado por la implantación de las mejores técnicas disponibles como garantía de la apuesta de la industria por la sostenibilidad.

En relación al producto, la investigación se ha centrado fomentar las adiciones al cemento para mejorar algunas de sus propiedades y minimizar la huella ambiental de su producción. Además, el uso de algunos residuos industriales, como materia prima del cemento, es una vía de reciclado de desechos que suponían un grave problema ambiental, permitiendo a la industria ser más eficaces medioambientalmente tanto por la utilización del residuo como por la menor emisión de CO2 que su uso supone.

De otra parte, el creciente nivel de tecnificación de los usuarios ha provocado una mayor exigencia en las prestaciones del cemento, lo que ha favorecido la diferenciación del producto y el aumento de la competencia. Por ello, el

cemento fabricado en nuestro país es un producto de alto nivel tecnológico, cada vez más ecológico y con una amplia gama de variedades.

Así, por ejemplo, la industria ha desarrollado nuevos principios activos que aplicados al cemento portland y sus derivados producen que los cementos con los que se utiliza sean capaces de oxidar y eliminar las sustancias contaminantes que se depositan sobre la superficie de las construcciones, mediante el uso de la luz y el oxígeno.

Igualmente, se ha avanzado en el desarrollo de conglomerantes inorgánicos fabricados con cemento, como el cemento geo polimérico, que posee unas propiedades únicas y un importante potencial en el campo de los materiales sostenibles.

Con todo, una de las tecnologías que más posibilidades de futuro ofrece a los cementos es la nanotecnología, que mediante el control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas, permite mejorar las propiedades de los materiales.

En el caso de la industria cementera, la creación de nano estructuras hace posible controlar propiedades fundamentales de los productos, sin cambiar su composición química. Así, esta tecnología puede suponer el desarrollo de unos procesos productivos completamente nuevos, de gran eficiencia energética, gran rendimiento y con un mínimo consumo de recursos naturales.

Obtención del cemento

El proceso de obtención del cemento Portland por vía seca se divide en tres grandes fases: operaciones previas, fabricación del clínquer, y molienda y acabado del cemento.· Operaciones previas. Incluye las operaciones de secado, molienda y dosificación. El secado previo elimina el exceso de humedad que puedan contener. Para esta operación pueden emplearse los gases procedentes del horno de calcinación. En la molienda se obtienen fragmentos no superiores a

los 10 cm. Finalmente, se produce a la dosificación de componentes en la proporción adecuada.· Fabricación del clínquer. Esta operación se lleva a cabo en hornos rotativos que alcanzan más de 120 m de longitud. En él se produce una serie de fenómenos físicos y químicos.- El secado, hasta una temperatura próxima a los 150 ºC- La deshidratación de la arcilla, cuando alcanzan los 500 ºC- La descarbonatación o eliminación de carbonatos, hacia los 1100 ºC- La clinquerización u obtención del clínquer propiamente dicha, que se produce entre los 1250 y los 1475 ºC· Molienda y acabado

Las materias primas son piedras calizas y arcillas. En un principio se buscaron canteras de piedras calizas arcillosas, con 20-40% de arcillas. En la actualidad se explotan por separado calizas y arcillas, mezcladas luego en la proporción adecuada. Las sucesivas etapas de la fabricación son: Mezcla y molienda de las materias primas: Ambos procesos se cumplen conjuntamente dentro del molino de bolas, gran tambor horizontal giratorio dentro del cual hay bolas metálicas. Los choques, durante su rotación, pulverizan las materias primas, convertidas en pasta cruda. Se puede trabajar de dos maneras: por vía seca, en la que la mezcla y molienda se efectúan con las materias primas solamente, o por vía húmeda, en la que se mezcla y muele en presencia de agua.

Cocción de la pasta cruda: De los molinos de bolas la pasta cruda pasa a los hornos rotatorios continuos, semejantes a los de cal viva, pero de 200 metros de longitud y 10 metros de diámetro. El tubo tiene su chapa interiormente

revestida de ladrillos refractarios. Giran lentamente: 1 vuelta por minuto. Debido a la pendiente, la pasta cruda desciende del extremo superior al inferior. Un quemador, de fuel oil y aire primario a presión, o bien de gas natural, genera una larga llama, cuya temperatura se eleva a 1500º C. Primero se deseca la pasta cruda. Después los carbonatos se calcinan. Por último, reaccionan los distintos óxidos. El producto obtenido, llamado clinquer, es negro, duro y granulado. Cae caliente dentro de un sistema enfriador; por ejemplo, otro cilindro rotatorio por el que circula aire frío a contracorriente. El aire así calentado actúa como aire secundario en la combustión. Los hornos de cemento funcionan ininterrumpidamente con rendimientos de varios miles de toneladas diarias de clinquer.

Transformación del clinquer en cemento portland: El clinquer se estaciona un mínimo de 15 a 30 días. Luego se muele finalmente en el molino de bolas. Durante la molienda se incorpora un 3% de yeso crudo. Este aditivo regula el tiempo de fraguado. El cemento portlan no enyesado fragua velozmente: a los 5 minutos de empastado con agua endurece, en cambio cuando contiene yeso, se inicia el fraguado a los 45 minutos de agregada el agua. El cemento molido se conserva dentro de enormes silos, protegido de la humedad ambiente.

 

BIBLIOGRAFIA

- Agrupación de fabricantes de cemento de España – Oficemen