3.3 User Interfaces
3.3.3 Graphical User Interface
En el proceso de clínkerización del cemento se presenta una transformación de las materias primas a productos más complejos mediante diferentes reacciones en estado sólido. La química del cemento representa mediante abreviaturas las fórmulas químicas de los óxidos más frecuentes que se presentan, estos son: el calcio (Ca), silicio (Si), aluminio (Al) y hierro (Fe). El CaO (aportado por el componente calcáreo), el SiO2 y
Al2O3 (aportados por el componente arcilloso) y Fe2O3 aportado por el óxido de hierro.
Los óxidos, se detallan en la Tabla 1-1.
Tabla 1-1Óxidos presentes en el cemento.(F.W. Harold, 1990).
Fórmula
Química
Nombre del compuesto
químico Abreviatura
CaO
Óxido de Calcio (Cal)
C
SiO
2Dióxido de Sílice (Silicato)
S
Al
2O
3Óxido de Aluminio (Aluminato)
A
Fe
2O
3Óxido de Hierro (Hierro)
F
La función de cada uno de los óxidos se describe a continuación (F.W. Harold, 1990):
El óxido de calcio (CaO): controla la resistencia y la solidez de la pasta; si no hay suficiente, se reduce la resistencia y el tiempo de fraguado. Este componente se encuentra aproximadamente entre un 60 % y 65 %.
El dióxido de sílice (SiO2): le aporta fuerza al cemento, cuando se encuentra en
exceso, aumenta el tiempo de fraguado. Se encuentra entre un 17 % y 25 %.
El óxido de aluminio (Al2O3): es el responsable del rápido tiempo de fraguado; en
exceso reduce la resistencia. Está presente en el cemento entre un 3 % y un 8 %.
Óxido de hierro (Fe2O3): ayuda a la fusión entre los distintos elementos y le da el
También en la producción del cemento se forman otros óxidos y algunos residuos, entre lo que se tienen los siguientes (F.W. Harold, 1990):
Óxido de magnesio (MgO): Durante el proceso de fabricación del cemento, en el momento que el clínker sale del horno, este debe ser enfriado rápidamente para que el magnesio que se encuentra presente quede en estado amorfo (partículas en desorden). Si queda en estado cristalino (partículas ordenadas), se forma un mineral denominado periclasa, siendo nociva la presencia del magnesio, debido a que su hidratación para pasar a hidróxido de magnesio (Mg(OH2)) es lenta y es de
carácter expansivo, lo cual provocará grietas en el mortero y concreto, este óxido también le brinda el color gris característico del cemento. Aproximadamente se encuentra entre un 0,5 % y 4,0 %.
Álcalis Na2O + K2O: Proviene de las materias primas empleadas en la fabricación
del cemento, su presencia es indeseable porque en la elaboración de mortero o concreto puede reaccionar con agregados que contengan sílice reactiva o ciertos tipos de carbonatos, presentando fenómenos expansivos a largo plazo, generándose lo que se denomina reactividad álcali – agregado. Puede encontrarse entre el 0,5 % - 1,3 %.
Trióxido de azufre SO3: Se presenta por la adición del yeso como regulador de
fraguado en el proceso de molienda, o también puede provenir del combustible usado en el horno para el proceso de cocción; si este óxido se presenta en contenido elevado, puede causar el fenómeno de falso fraguado, consistente en el endurecimiento súbito de la mezcla de concreto, debido a la hidratación total del yeso semihidratado, se presenta dentro del cemento aproximadamente entre un 1,0 % - 2,0 %.
También se presentan los siguientes residuos, que en caso de estar en exceso generan agrietamientos y eflorescencia en los concretos:
El óxido de titanio TiO2 en una proporción del0,1 % - 0,4 % y
A partir de los óxidos se forman cuatro principales elementos químicos. Estos compuestos se forman dentro del horno, cuando la temperatura alcanza un punto tal que la mezcla cruda es transformada en un líquido pastoso, que después en el momento de ser enfriado da origen a sustancias cristalinas de estos compuestos, los cuales quedan rodeados de un material intersticial que contiene C4AF y otros elementos secundarios (F.W. Harold,
1990).
Estos compuestos no se presentan aislados, por lo tanto se habla de “fases” que los contienen en una gran proporción junto con algunas impurezas, por lo cual no son verdaderos compuestos en el sentido químico; pero al cuantificar sus proporciones, es posible obtener información de las propiedades del cemento (Taylor, 1967). De este modo se habla de las fases: alita con alto contenido de C3S, la belita a base de C2S, el
aluminato, rico en C3A y la ferrita, una solución sólida compuesta por ferritos y aluminatos
de calcio. En la Tabla 1-2, se presentan estos cuatro compuestos principales.
Tabla 1-2Compuestos principales del cemento.
Nombre Abreviatura
Silicato tricálcico
C
3S
Silicato dicálcico
C
2S
Aluminato tricálcico
C
3A
Ferroaluminato tetracálcico
C
4AF
El silicato tricálcico 3CaOSiO2, se simboliza como (C3S); la alita constituye entre el 50 % y
el 70 % del clínker, se hidrata y endurece rápidamente y en gran parte es responsable por el inicio del fraguado y la resistencia temprana, esta es mayor, cuando el porcentaje de C3S aumenta (Taylor, 1967)
El silicato dicálcico 2CaOSiO2, se simboliza como (C2S); la belita, es la segunda fase en
importancia del clínker, constituye entre el 15 % y el 30 %, se hidrata y endurece lentamente y es responsable del aumento de resistencia en edades más allá de una semana. Tiene un mejor comportamiento frente al ataque químico que el silicato
tricálcico, por lo tanto aparece en mayor proporción en los cementos de buen comportamiento frente a los sulfatos (Taylor, 1967).
La fase belita (C2S) y la alita (C3S), determinan decisivamente el desarrollo de la
resistencia, entre las dos suman aproximadamente el 75 % del cemento y la diferencia entre ellas es su tasa de endurecimiento y la liberación de calor de hidratación.
El aluminato tricálcico (C3A), constituye aproximadamente del 5 % al 10 % del clínker, no
es un compuesto puro, es una solución sólida de C3A con algo de impurezas de SiO2 y
MgO que reacciona de manera rápida con el agua y libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento. Contribuye en menor grado al desarrollo de las resistencias tempranas, tiene buen comportamiento frente al agua de mar, pero muy pobre frente a los sulfatos; por lo tanto se recomiendan cementos con bajos porcentajes de C3A ante suelos y aguas sulfatadas (Taylor, 1967).
Cuando se añade un regulador de fraguado (yeso) al clínker en su molienda, se hace con la intención de moderar la velocidad de reacción de este compuesto, formándose en este proceso el siguiente mecanismo, mostrado en la ecuación 1:
3 12 3 12 Ec. 1
Aluminato tricálcico + Agua + Hidróxido de calcio = Aluminato tetracálcico hidratado
Y el yeso reacciona con el C3A, como se muestra en la ecuación 2:
3 10 2 3 12 Ec. 2
Aluminato tricálcico + Agua + Yeso = Sulfoaluminato de calcio - Etringita
El sulfoaluminato de calcio rodea al C3A, retardando la reacción, esta continúa
lentamente, rompiendo el recubrimiento.
El ferro aluminato tetracálcico (C4AF), constituye aproximadamente del 5 % al 15 % del
clínker, su presencia en el cemento se debe a la necesidad que existe en su proceso de producción de utilizar fundentes que contengan hierro; es el producto resultante del uso
de las materias primas de hierro y aluminio para la reducción de la temperatura de clínkerización durante la producción del cemento. Este compuesto contribuye muy poco en la resistencia y es el responsable del color del cemento gris (Salas, 1981). En la Tabla 1-3 se presentan algunos valores típicos de la composición de los diferentes tipos de cemento.
Tabla 1-3 Composición de los diferentes tipos de cemento, (Salas, 1981).
Cemento
Portland
Composición química en %
C
3S C
2S C
3A C
4AF
Tipo I
48
27
12
8
Tipo II
40
35
5
13
Tipo III
62
13
9
8
Tipo IV
25
50
5
12
Tipo V
38
37
4
9
Al salir del horno el clínker es enfriado y luego es molido junto con yeso (CSH2) para
formar así el cemento Portland. En este proceso final de molienda, en ocasiones se agregan adiciones, como escorias de alto horno, puzolanas naturales, cenizas volantes, entre otras, que le confieren diferentes propiedades mecánicas y de durabilidad, obteniéndose un cemento Portland adicionado. (F.W. Harold, 1990).