FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL-UNICA

EL CEMENTO

DEFINICION:

Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava, más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, denominado hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil, siendo su principal función la de aglutinante.

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1. OBTENCION:

El cemento no es un material natural y se obtiene de la siguiente forma mediante procesos industriales:

La piedra caliza en una proporción del 75% en peso, triturada y desecada, junto a la arcilla en una proporción del 25% se muele y mezclan homogéneamente en molinos giratorios de bolas. El polvo así obtenido es almacenado en silos a la espera de ser introducidos en un horno cilíndrico con el eje ligeramente inclinado, calentado a 1600º C por ignición de carbón pulverizado, donde la mezcla caliza arcilla, sufre sucesivamente un proceso de deshidratación, otro de calcinación y por último el de vitrificación. El producto vitrificado es conducido, a la salida del horno a un molino-refrigerador en el que se obtiene un producto sólido y pétreo conocido con el nombre de Clinker, que junto a una pequeña proporción o pequeña cantidad de yeso blanco o escayola es reducido a un polvo muy fino, homogéneo y de tacto muy suave en molinos de bolas giratorias, como es el cemento, que es almacenado en silos para su posterior envasado y transporte.

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2. TRANSFORMACIÓN:

El cemento, al no ser un material natural el medio (obtenido por un proceso industrial antes citado), no se transforma como tal en un material directo para el uso después de la obtención.

Para que se convierta en un material útil, se utiliza un proceso artesanal ayudado con máquinas giratorias en las que se introduce el cemento en forma de polvo mezclado con agua, arena y gravilla o graba (dependiendo de las propiedades del material que se quieran obtener) y se mezcla hasta que queda una mezcla pastosa que es maleable y plástica que se utilizara para la unión de otros materiales, aislante, etc.

3. USOS DEL CEMENTO:

El uso más común del cemento es en el ámbito de la construcción como aglomerante:

el cemento si mezclar con gravillas se utiliza para suelos donde se necesita una superficie lisa y sin obstáculos (pistas de patinaje, parkings, pistas deportivas, etc.).

El cemento también se usa en las carreteras o autopistas, en forma de muros o barreras, en zonas de viviendas para aislar de la contaminación acústica que crean las grandes carreteras ya que es un material aislante del calor, electricidad y sonido. También se utiliza el cemento para la fabricación de vallas que se colocan a los laterales de la carretera con el fin de que un coche no se salga de la vía.

Al cemento también se le puede dar un uso en el ámbito de la medicina. Los dentistas utilizan este material (no el cemento de la construcción) para pegar empastes, prótesis dentales, etc.

El cemento también puede ser utilizado para la fabricación de baldosas con múltiples formas y relieves.

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4. HISTORIA DEL CEMENTO:

Hacia el año 700 antes J.C. los etruscos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer un mortero. Ya en el año 100 antes J.C. los romanos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer hormigón de resistencias a compresión de 5 Mpa.

Hasta el año 1750 sólo se utilizaban los morteros de cal y materiales puzolánicos (tierra de diatomeas, harina de ladrillos, etc.).Hacia 1750-1800 se investigaron mezclas calcinadas de arcilla y caliza. Smeaton comparó en el año 1756 el aspecto y dureza con la piedra de Portland al sur de Inglaterra. 40 años más tarde, Parker fabricó cemento natural aplicándose entonces el vocablo "cemento" (anteriormente se interpretaba como "caement" a toda sustancia capaz de mejorar las propiedades de otras).

En 1824, Aspdin patentó el cemento portland dándole este nombre por motivos comerciales, en razón de su color y dureza que le recordaban a las piedras de Portland. Hasta la aparición del mortero hidráulico que auto endurecía, el mortero era preparado en un mortarium (sartén para mortero) por percusión y rotura, tal como se hace en la industria química y farmacéutica. Entre los años 1825-1872 aparecieron las primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania .En el año 1880 se estudió las propiedades hidráulicas de la escoria de alto horno. En el año 1890 aparecieron las primeras fábricas de cemento en España. En el año 1980 habían 1.500 fábricas que producían cerca de 800 millones de toneladas/año.

Hoy en día el cemento es la cola o "conglomerante" más barato que se conoce. Mezclado adecuadamente con los áridos y el agua forma el hormigón, una roca amorfa artificial capaz de tomar las más variadas formas con unas prestaciones mecánicas a compresión muy importantes. Las resistencias a tracción pueden mejorarse con la utilización de armaduras (hormigón armado).

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5.TIPOS DE CEMENTO

TIPO I, cemento común, para usos generales,

Es el que más se emplea para fines estructurales cuando no se requieren de las propiedades especiales especificadas para los   otros cuatro tipos de cemento.

TIPO II, cemento modificado para usos generales 

Se emplea cuando se prevé una exposición moderada al ataque por sulfatos o cuando se requiere un moderado calor de hidratación. Estas características se logran al imponer limitaciones en el contenido de  C3A  y  C3S  del  cemento.  El cemento tipo II adquiere resistencia con más lentitud que el tipo I; pero a final de cuentas, alcanza la misma resistencia. Este tipo de cemento se usa en el hormigón expuesto al agua de mar.

TIPO  III,  cemento  de  alta  resistencia  inicial,

Recomendable  cuando  se  necesita  una  resistencia temprana en una situación particular de construcción. Este cemento se obtiene por un molido más fino y un porcentaje más elevado de C3A y C3S. El hormigón tiene una resistencia a la compresión a los 3 días aproximadamente igual a la resistencia a la compresión a los 7 días para los tipos I y II y una resistencia a la compresión a los 7 días casi igual a la resistencia a la compresión a los 28 días para los tipos I y II. Sin embargo, la resistencia última es más o menos la misma o menor que la de los tipos I y II.

Dado que el cemento tipo III tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en hormigones masivos.  Con  un  15%  de  C3A  presenta  una  mala resistencia  a  los  sulfatos.  El  contenido  de  C3A puede  limitarse  al  8%  para obtener  una  resistencia  moderada  a  los  sulfatos  o  a  5%  cuando  se requiere alta resistencia.

TIPO IV. Cemento de bajo calor de hidratación.

Los porcentajes de C2S y C4AF son relativamente altos; El bajo calor de hidratación en el cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que más influyen  en  la  formación  de  calor  por  hidratación,  o  sea,  C3A  y  C3S.  Dado que  estos  compuestos también aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. Este

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cemento se usa para estructuras de hormigón masivo, con bajas relaciones superficie/volumen. Requiere mucho más tiempo de curado que los otros tipos.

TIPO  V.  Cemento  resistente  a  los  sulfatos.

 La  resistencia  al  sulfato  se  logra  minimizando  el contenido de C3A (≤5%), pues este compuesto es el más susceptible al ataque por sulfatos.

Este  tipo  se  usa  en  las  estructuras  expuestas  a  los  sulfatos  alcalinos  del suelo  o  del  agua,  a  los sulfatos de las aguas freáticas y para exposición al agua de mar.Las resistencias relativas de los hormigones preparados con cada uno de los cinco tipos de cemento se comparan  en  la  tabla  1.9,  a  cuatro  edades  diferentes;  en cada  edad,  se  han  normalizado  los valores de resistencia para comparación con el hormigón de cemento tipo I.

5. SOCIEDAD INDUSTRIAL Y TERCER MUNDO:

El cemento, de cual gran parte del compuesto es la piedra caliza, repercute en países en desarrollo como México, de donde se saca la mayor parte caliza debido a que es una zona repleta de esta, no afecta mucho al país ya que ganan económicamente con la exportación del material. Existen muchas minas de explotación de piedra caliza en México.

En la sociedad industrial, el cemento es uno de los materiales más utilizados y que más reclamo tiene ya que se utiliza para todo tipo de construcciones. El cemento no es un material muy caro y es de fácil adquisición por el predominio de los materiales que lo conforman.

6. ELIMINACION, REUTILIZACION O RECICLAJE DEL CEMENTO:

El cemento no tiene muchas posibilidades de ser reciclado ni eliminado ya que se utiliza, mayormente, para el sector de la construcción y este requiere su estancia por largos periodos de tiempo.

El cemento que se quiera eliminar se tratara como si fuera un tipo de escombro más:

Los escombros de la demolición, construcción, etc., Son recogidos y llevados a las plantas de reciclaje habilitadas para ello. Para el cemento no hay ningún tipo concreto de proceso de reciclaje.

7. IMPACTO MEDIO AMBIENTAL:

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La industria del cemento tiene un impacto ambiental negativo importante para la salud, en función de su localización con relación a centros poblados:

La industria del cemento incluye las instalaciones con hornos que emplean el proceso húmedo o seco para producir cemento de piedra caliza, y las que emplean agregado liviano para producirlo a partir de esquisto o pizarra. Se utilizan hornos giratorios que elevan los materiales a temperaturas de 1400 ºC. Las materias primas principales son piedra caliza, arena de sílice, arcilla, esquisto, marga y óxidos de tiza. Se agrega sílice, aluminio y hierro en forma de arena, arcilla, bauxita, esquisto, mineral de hierro y escoria de alto horno. Se introduce yeso durante la fase final del proceso. La tecnología de hornos de cemento se emplea en todo el mundo. Usualmente, las plantas de cemento se ubican cerca de las canteras de piedra caliza a fin de reducir los costos de transporte de materia prima.

Impactos ambientales potenciales:

Las plantas de cemento pueden tener impactos ambientales positivos en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la tecnología y el proceso son muy apropiados para la reutilización o destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.

Los impactos ambientales negativos de las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos, cetonas, y óxidos de azufre y nitrógeno). Los contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, principalmente potasio y sulfato), y el agua de enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales y freáticas.

El polvo, especialmente la sílice libre, constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si se escoge el sitio de la planta con cuidado.

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Uso de los hornos de cemento para reciclar o eliminar los desechos:

Los desechos de aceite, solventes, residuos de pintura y otros desperdicios inflamables, han sido utilizados como combustibles suplementarios para los hornos de cemento. Esta práctica comenzó en los Estados Unidos en 1979, para conservar energía y reducir los costos de combustible, y ha sido satisfactorio en términos, tanto de la calidad del producto, como el impacto ambiental. Además, algunos desechos sólidos pueden ser utilizados como combustibles, tal como las llantas gastadas. Los requerimientos de materia prima pueden ser satisfechos, parcialmente, con los desperdicios (rutinariamente usados) de otras industrias: yeso de las plantas de ácido fosfórico, piritas tostadas de la producción de ácido sulfúrico, escoria de los altos hornos, y ceniza de las plantas termoeléctricas a carbón.

La alta temperatura de la llama y la naturaleza del producto hacen que los hornos de cemento sean atractivos para destruir una variedad de materiales orgánicos peligrosos. Manejados correctamente, los hornos constituyen una alternativa mucho menos costosa que los incineradores de desechos. Las pruebas realizadas por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. y otros, han demostrado que la destrucción de los compuestos orgánicos, incluyendo PCB y los pesticidas órgano cloruros y órgano fósforos, iguala o supera los resultados logrados por los incineradores de desperdicios peligrosos que operan a temperaturas más bajas. Muchos compuestos metálicos tóxicos pueden ser quemados en los hornos de cemento en cantidades que sean suficientemente pequeñas, y que no afecten negativamente la calidad del producto, ni la seguridad, porque se vinculan a la escoria y llegan a formar parte del producto. El plomo, sin embargo, requiere

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atención especial; hasta la mitad de la cantidad introducida sale del horno y se precipita con el polvo del horno. El reciclaje del polvo aumenta la concentración del plomo hasta el punto en que éste, también, se vincula a la escoria, pero una cantidad pequeña (0.2 a 1.0 por ciento) se escapa con los gases de la chimenea. Talium se emite con el humo del horno, es decir, no se liga a los sólidos. Los estudios del comportamiento del mercurio, hasta la década de los 90, han sido inconcluyentes.

Manejo y almacenamiento del CementoEl cemento necesita un manejo y almacenamiento adecuado para obtener una mejor calidad en los concretos y morteros.

El cemento es sensible a la humedad. Si se mantiene seco, mantendrá indefinidamente su calidad.

La humedad relativa dentro del almacén o cobertizo empleado para almacenar los sacos de cemento debe ser la menor posible.

Se deben cerrar todas las grietas y aberturas en techos y paredes. Los sacos de cemento no deben almacenarse sobre pisos húmedos, sino sobre

tarimas. Los sacos se deben apilar juntos para reducir la circulación de aire, pero nunca

apilar contra las paredes exteriores. Los sacos se deben cubrir con mantas o con alguna cubierta impermeable. Los sacos se deben apilar de manera tal que los primeros sacos en entrar sean

los primeros en salir. El cemento que ha sido almacenado durante períodos prolongados puede sufrir lo

que se ha denominado "compactación de bodega". Se debe evitar sobreponer más de 12 sacos si el período de almacenamiento es

menor a 60 días. Si el período es mayor, no se deben sobreponer más de 7 sacos

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