Historia y Propiedades del Cemento: Tipos, Usos y Fabricación en el Perú, Esquemas y mapas conceptuales de Química

¡Descarga Historia y Propiedades del Cemento: Tipos, Usos y Fabricación en el Perú y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Química solo en Docsity! UNIVERSIDAD PERUANA UNION FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E. A. P. DE INGENIERIA CIVIL MONOGRAFIA CEMENTO CURSO Tecnología de Materiales PRESENTADO POR CHAVEZ CUSI Darío Jhenner DOCENTE Ing. CHULLUNQUIANI, 18 DE NOVIEMBRE DEL 2014 INDICE 1. OBJETIVOS. 2. MARCO TEORICO 3. PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL CEMENTO. 3.1.Fraguado y endurecido 3.2.Finura 3.3.Resistencia mecánica 3.4.Expansión 4. COMPONENTES QUIMICOS DEL CEMENTO. 5. TIPOS DE CEMENTO PORTLAND 5.1.Pórtland Tipo I 5.2.Pórtland Tipo II 5.3.Pórtland Tipo III 5.4.Pórtland Tipo IV 5.5.Pórtland Tipo V 6. TIPOS DE CEMENTO ESPECIALES. 6.1.Cemento Pórtland blanco 6.2.Cemento Pórtland de escoria de alto horno 6.3.Cemento siderúrgico súper sulfatado 6.4.Cemento Pórtland puzolánico 6.5.Cemento Pórtland adicionado 6.6.Cemento Aluminoso 7. PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO. 8. PRODUCCION DE CEMENTO POR EMPRESA:  Cemento Andino S.A.  Cementos Lima S.A.  Cementos Pacasmayo S.A.A.  Cementos Selva S.A.  Cemento Sur S.A.  Cemento Yura S.A.  Cementos Inca S.A. CONCLUSIONES. REFERENCIAS. ANEXOS. 9. 1. OBJETIVOS 1.1. Objetivos generales:  Conocer las características principales del cemento, sus tipos, para que sirva, así como su proceso de producción. 1.2. Objetivos específicos:  Conocer las propiedades fundamentales del cemento como el volumen, densidad, peso específico, etc.  Conocer y mostrar todos los usos que se le pueden dar en el área de la construcción civil y ver cómo es que esta beneficial al hombre  Conocer los tipos de cemento que existen, y las empresas que la distribuyen a nivel nacional como local 2. MARCO TEORICO 2.1. Historia del cemento: Desde la antigüedad se emplearon pastas y morteros elaborados con arcilla, yeso o cal para unir mampuestos pastas y morteros elaborados con arcilla, yeso o cal para unir mampuestos en las edificaciones morteros en las edificaciones. Fue en la Antigua Grecia cuando empezaron a usarse tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini, los primeros cementos naturales. En el siglo I a. C. se empezó a utilizar el cemento natural en la Antigua Roma, obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio. La bóveda del Panteón es un ejemplo de ello. En el siglo XVIII John Smeaton construye la cimentación de un faro en el acantilado de Edystone, en la costa Cornwall, empleando un mortero de cal calcinada. El siglo XIX, Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement, denominado así por su color gris verdoso oscuro similar a la piedra de Portland. Isaac Johnson, en 1845, obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura en el siglo XX surge el auge de la industria del cemento, debido a los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán Michaélis, que logran cemento de calidad homogénea; la invención del horno rotatorio para calcinación y el molino tubular y los métodos de transportar hormigón fresco ideados por Juergen Hinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907. 2.2. Historia del cemento en el Perú La introducción del cemento en el Perú se inicia en la década de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidráulicas desarrollado a inicios del siglo. En 1869 se efectuaron las obras de canalización de Lima, utilizando este tipo de cemento. En 1902 la importación de cemento fue de 4,500 T.M. Posteriormente, en 1904 el Ingeniero Michel Fort publicó sus estudios sobre los yacimientos calizos de Atocongo, ponderando las proyecciones de su utilización industrial para la fabricación de cemento. Las construcciones de concreto con cemento Pórtland se inician en la segunda década del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bóvedas y losas reforzadas de la Estación de desamparados y la antigua casa Oechsle. También, en algunos edificios del Jr. de la Unión y en el actual teatro Municipal a partir de 1920 se generaliza la construcción de edificaciones de concreto armado, entre ellos aun vigentes: Sociedad de Ingenieros, Club Nacional, el Banco de la Reserva y otros. Asimismo, se efectúan obras hidráulicas, la primera de ellas la Bocatoma del Imperial, construida en 1921, empleando 5,000 m 3 de concreto. En el período 1921 - 1925 se realizan importantes obras de pavimentación en Lima, dentro de las que debemos incluir la antigua Av. Progreso, aun en servicio con la denominación de Av. Venezuela. La Industria Peruana del Cemento, inicia su actividad productiva en el año 1924 con la puesta en marcha de la Planta Maravillas, propiedad de la Compañía Peruana de Cemento Pórtland. 3. Propiedades físicas y mecánicas del cemento 3.1. Fraguado y endurecido El fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre la pasta de cemento. La velocidad de fraguado viene limitado por las normas estableciendo un periodo de tiempo, a partir del amasado, dentro del cual debe producirse el principio y fin del fraguado. Este proceso es controlado por medio del ensayo de la aguja de Vicat (NB 063; ASTM C191), que mide el inicio y fin del fraguado en mediciones de penetraciones cada 15 min, de la siguiente manera: Algunos usuarios especifican un mínimo de finura, en un esfuerzo por minimizar la contracción por secado del hormigón. 3.3. Resistencia mecánica La velocidad de endurecimiento del cemento depende de las propiedades químicas y físicas del propio cemento y de las condiciones de curado, como son la temperatura y la humedad. La relación de agua y cemento (A/C) influye sobre el valor de la resistencia última, con base en el efecto del agua sobre la porosidad de la pasta. Una relación A/C elevada produce una pasta de alta porosidad y baja resistencia. La resistencia es medida a los 3, 7 y 28 días, teniendo estas que cumplir los valores mínimos. 3.4. Expansión El exceso de cal libre o de magnesia en el cemento da por resultado expansión y la desintegración del hormigón hecho con ese cemento. En el caso de la cal libre, se debe a partículas de esta que no llegan a combinarse con los demás componentes y que van aumentando de volumen hasta explotar. En el caso de la magnesia se debe a la formación de la periclasa, formada por el óxido de magnesio que se origina cuando el clinker no ha sido enfriado rápidamente al salir del horno. La expansión producida por el magnesio se presenta a largo plazo, produciendo fisuras, por lo cual la norma limita la cantidad de óxido de magnesio al 6.0%. 4. Componentes químicos del cemento El proceso de fabricación del cemento comienza con la obtención de las materias primas necesarias para conseguir la composición deseada para la producción del clinker. Los componentes básicos para el cemento Pórtland son: CaO, obtenida de materiales ricos en cal, como la piedra caliza rica en CaCO3, con impurezas de SiO2, Al2O3 y MgCO3, de Margas, que son calizas acompañadas de sílice y productos arcillosos, conchas marinas, arcilla calcárea, greda, etc. SiO2 y Al2O3, obtenidos de Arcilla, arcilla esquistosa, pizarra, ceniza muy fina o arena para proporcionar sílice y alúmina. Fe2O3, que se obtiene de mineral de hierro, costras de laminado o algún material semejante para suministrar el hierro o componente ferrífero. Con los dos primeros componentes se produce cemento Pórtland blanco, el tercero es un material fundente que reduce la temperatura de calcinación necesaria para la producción del cemento gris. Esta disminución en la temperatura, hace que sea más económico en su fabricación, en relación al cemento blanco, aunque ambos poseen las mismas propiedades aglomerantes. El número de materias primas requeridas en cualquier planta depende de la composición química de estos materiales y de los tipos de cemento que se produzcan. Para llevar a cabo una mezcla uniforme y adecuada, las materias primas se muestrean y analizan en forma continua, y se hacen ajustes a las proporciones mientras se realiza el mezclado.  Extracción.- El proceso industrial comienza con la extracción de las materias primas necesarias para la fabricación del cemento, tales como piedra caliza, yeso, óxido de hierro y puzolana. La extracción se realiza en canteras a cielo abierto mediante perforaciones y voladuras controladas, para luego ser transportadas para luego ser transportadas por palas y volquetas a la trituradora. Oxido componente Porcentaje típico Abreviatura Cal combinada CaO 62.5% C Sílice SiO2 21% S Alúmina Al2O3 6.5% A Hierro Fe2O3 2.5% F Cal libre CaO 0% Azufre SO3 2% Magnesio MgO 2% Álcalis Na2O y K2O 0.5% Perdida al fuego P.F 2% Residuo insoluble R.I 1% Tabla1. Porcentajes típicos de intervención de los óxidos 5. Tipos de cemento Pórtland 5.1. Pórtland Tipo I Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso de uso general en todas las obras de ingeniería donde no se requiera miembros especiales. De 1 a 28 días realiza 1 al 100% de su resistencia relativa. Tipos de cemento portland Resistencia a la compresión (%) 3 días 7 días 28 días 3 meses Usos generales 100 100 100 100 Modificado 85 89 96 100 Alta resistencia inicial 195 120 110 100 Bajo calor - 36 62 100 Resistente al sulfato 67 79 85 100 Tabla2. Resistencia de los cementos tipo I, II, III, IV y V 6. Tipos de cemento especiales 6.1. Cemento Pórtland blanco Es el mismo Pórtland regular, lo que defiere es el color, esto se obtiene por medio del color de la manufactura, obteniendo el menor número de materias primas que llevan hierro y oxido de magnesio, que son los que le dan la coloración gris al cemento. Este cemento se usa específicamente para acabados arquitectónicos tales como estuco, pisos y concretos decorativos. 6.2. Cemento Pórtland de escoria de alto horno Es obtenido por la pulverización conjunta del clinker portland y escoria granulada finamente molida con adición de sulfato de calcio. El contenido de la escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre el 15% y el 85% de la masa total. 6.3. Cemento siderúrgico súper sulfatado Obtenido mediante la pulverización de escoria granulada de alto horno, con pequeñas cantidades apreciables de sulfato de calcio. 6.4. Cemento Pórtland puzolánico Se obtiene con la molienda del clinker con la puzolana. Tiene resistencia parecida al cemento normal y resistente ataques al agua de mar, lo que lo hace aconsejable para construcciones costeras. Para que el cemento sea puzolánico debe contener entre el 15% y el 50% de la masa total. El cemento puzolánico se utiliza en construcciones que están en contactos directos con el agua, dada su resistencia tan alta en medios húmedos. 6.5. Cemento Pórtland adicionado Obtenido de la pulverización del clinker Pórtland conjuntamente con materiales arcillosos o calcáreos-sílicos-aluminosos. 6.6. Cemento Aluminoso Es el formado por el clinker aluminoso pulverizado el cual le da propiedad de tener alta resistencia inicial. Es también resistente a la acción de los sulfatos así como a las altas temperaturas. 7. Proceso de fabricación del cemento a. Explotación de materias primas Consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o canteras, las cuales dependiendo de sus condiciones físicas se hacen los diferentes sistemas de explotación, luego el material se transporta a la fábrica. b. Preparación y clasificación de las materias primas Una vez extraídos los materiales, en la fábrica se reduce el tamaño de la caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. Su tamaño se reduce con la trituración hasta que su tamaño oscile entre 5 a 10 mm. c. Homogenización Consiste en hacer mezcla de las arcillas y calizas, que ya han sido trituradas, se lleva por medio de bandas transportadoras o molinos, con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio milímetro. En ésta etapa se establece la primera gran diferencia de los sistemas de producción del cemento, (procesos húmedos y procesos secos). d. Clinkerización Consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a grandes temperaturas aproximadamente a 1450 °C, en la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de 1 a 3 cm. de diámetro, conocido con el nombre de clinker. e. Enfriamiento Después que ocurre el proceso de Clinkerización a altas temperaturas, viene el proceso de enfriamiento en la cual consiste en una disminución de la temperatura para poder trabajar con el material, éste enfriamiento se acelera con equipos especializados. f. Adiciones finales y molienda Una vez que el clinker se halla enfriado, se prosigue a obtener la finura del cemento, en la cual consiste en moler el clinker, después se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado. g. Empaque y distribución  Cemento Sur S.A. Cemento Sur S.A., empresa subsidiaria de Yura S.A., tiene como actividad principal la producción y comercialización de cemento así como de cal. Su planta está ubicada en el distrito de Caracoto, provincia de San Román, departamento de Puno. Abastece a la zona alto andina del sudeste del país así como a la zona de selva de la región sur oriental. Sus productos son:  Cemento Portland Tipo I - Marca "Rumi"  Cemento Portland Puzolánico Tipo IPM - Marca "Inti"  Cemento Portland Tipo II  Cemento Portland Tipo V  Cemento Yura S.A. Yura S.A., desde 1966 se ha constituido en un importante eje de desarrollo de la Macro Región Sur del Perú, cuenta con las Divisiones de Cemento y de Concretos. En Cementos es el cuarto productor nacional de cemento, liderando el abastecimiento del mercado costeño y andino del sur del Perú. Tiene consolidado el liderazgo y la aceptación en su mercado de influencia gracias a su cemento adicionado con puzolana natural. Su División de Concretos presta servicios a la Industria de la Construcción, produce: concreto premezclado, prefabricados de concreto, y es líder en el mercado de la zona sur del país. Los tipos de cemento que produce son:  Cemento Pórtland Tipo I  Cemento Pórtland Tipo IP  Cemento Pórtland Tipo IPM  Cementos Inca S.A. En el año 2007, después de más de 22 años que no se instalaban empresas cementeras en el mercado peruano. Caliza Cemento Inca S.A. ingresa en el mercado inaugurando una nueva planta con tecnología de punta y un riguroso sistema de calidad en cada una de las etapas productivas. Su producto es:  Cemento Pórtland Tipo I Co ecológico 9. CONCLUSIONES Al haber concluido este informe, estaremos en la capacidad de conocer que es el cemento y cuáles son sus propiedades de acuerdo a sus tipos, ya sean cementos Pórtland o especiales. También tendremos el conocimiento de la historia del cemento en el mundo y en el Perú