La química del cemento es muy compleja, así que la notación del químico del cemento fue inventada para simplificar la fórmula de los óxidos comunes encontrados en el cemento. Esto refleja el hecho de que la mayor parte de los elementos están presentes en su estado de oxidación más alto, y los análisis químicos del cemento están expresados como por ciento total de estos óxidos teóricos.

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Las materias primas para la producción del cemento de Portland son una mezcla (como muy bien pulverizarse en el “proceso seco” o bajo la forma de mezcla en el “proceso mojado ") de minerales que contienen el óxido de calcio, el óxido de silicio, el óxido de aluminio, el óxido férrico, y el óxido de magnesio . Las materias primas se extraen generalmente de la roca local, que en algunos lugares es ya prácticamente la composición deseada y en otros lugares requiere la adición de la arcilla y de la piedra caliza, tan bien como el mineral de hierro, la bauxita o los materiales reciclados. Las materias primas individuales primero se machacan, típicamente a los 50 milímetros below. En muchas plantas, algunos o todas las materias primas entonces áspero se mezclan adentro un " pile" del prehomogenization;. Las materias primas son tierra siguiente juntas en un Rawmill . Los silos de materias primas individuales se arreglan sobre la banda transportadora de la alimentación. Las proporciones exactamente controladas de cada material son entregadas sobre la correa por los pesar-alimentadores. Pasando en el rawmill, la mezcla se muele al rawmix. La fineza del rawmix se especifica en términos de tamaño de las partículas más grandes, y es generalmente controlada de modo que haya menos de 5-15% al lado de la masa de las partículas que exceden el μm 90 en diámetro. Es importante que el rawmix no contiene ninguna partícula grande para terminar las reacciones químicas en el horno, y asegurar la mezcla es químicamente homogéneo. En el caso de un proceso seco, el rawmill también seca las materias primas, generalmente pasando los gas de escape calientes del horno a través del molino, de modo que el rawmix emerja como polvo fino. Esto es transportada al sistema de mezcla por la banda transportadora o por una bomba del polvo. En el caso de proceso mojado, el agua se agrega a la alimentación del rawmill, y el producto del molino es una mezcla con el contenido de agua generalmente en la gama 25-45% al lado de Massachusetts. Esta mezcla es transportada al sistema de mezcla por las bombas líquidas convencionales.

Mezcla de Rawmix

El rawmix se formula a una especificación química muy apretada. Típicamente, el contenido de componentes individuales en el rawmix debe ser controlado dentro de 0. El calcio y el silicio están presentes para formar los silicatos del calcio fuerza-que producen. El aluminio y el hierro se utilizan para producir el líquido (" flux") en la zona ardiente del horno. El líquido actúa como solvente para las reacciones de silicato-formación, y permite que éstos ocurran en una temperatura económicamente baja. El aluminio y el hierro escasos llevan al burning difícil de la escoria, mientras que las cantidades excesivas llevan a la fuerza baja debido a la dilusión de los silicatos por los aluminatos y las ferritas. Mismo los pequeños cambios en contenido del calcio llevan a los cambios grandes en el cociente de la alita al belite en la escoria, y a la correspondencia cambian en las características del fuerza-crecimiento del cemento. Las cantidades relativas de cada óxido son constante por lo tanto guardado para mantener condiciones constantes en el horno, y mantener características constantes del producto. En la práctica, el rawmix es controlado por análisis químico frecuente (cada hora por análisis de la fluorescencia de la radiografía, o cada 3 minutos por el análisis por activación gamma pronto de neutrón ). Los datos del análisis se utilizan para hacer ajustes automáticos a los niveles de entrada de la materia prima. La variación química restante es reducida al mínimo pasando la mezcla cruda a través de un sistema de mezcla que homogeneice hasta la fuente de un día del rawmix (15.000 toneladas en el caso de un horno grande).

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l horno de cemento

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La mezcla cruda se calienta en un horno de cemento, un cilindro lentamente giratorio e inclinado, con las temperaturas aumentando sobre la longitud del cilindro hasta una temperatura máxima del °C 1400-1450 . Una sucesión compleja de reacciones químicas ocurre (véase el horno de cemento ) como las subidas de temperatura. Se regula la temperatura máxima de modo que el producto contenga sinterizado pero terrones no fundidos. La sinterización consiste en la fusión de 25-30% de la masa del material. El líquido resultante dibuja las partículas sólidas restantes juntas por la tensión de superficie, y actúa como solvente para la reacción química final en la cual se forma la alita . Demasiado bajo una temperatura causa la sinterización escasa y la reacción incompleta, pero resultados demasiado altos de una temperatura en una masa o un vidrio fundida, la destrucción de la guarnición del horno, y la pérdida de combustible. Cuando todo va a planear, el material resultante es la escoria . En el enfriamiento, se transporta al almacenaje. Un cierto esfuerzo se hace generalmente para mezclar la escoria, porque aunque la química del rawmix pudo haber estado rigurosamente controlada, el proceso del horno potencialmente introduce nuevas fuentes de variabilidad química. La escoria se puede almacenar por un número de años antes de usar. La exposición prolongada al agua disminuye la reactividad del cemento producida de escoria resistida.

La entalpia de la formación de escoria de los minerales del carbonato y de la arcilla de calcio es ~1700 kJ/kg. Sin embargo, debido a pérdida de calor durante la producción, los valores reales pueden ser mucho más altos. Las altas necesidades energéticas y el lanzamiento de cantidades significativas de dióxido de carbono hace producción del cemento una preocupación por el calentamiento del planeta . Ver el " Effects" ambiental; debajo.

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l molino del cemento

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Para alcanzar las calidades de determinación deseadas en el producto final, una cantidad (2-8%, pero el típicamente 5%) de sulfato de calcio (generalmente yeso o de la anhidrita ) se agrega a la escoria y a la mezcla es molida finamente formar el polvo finished del cemento. Esto se alcanza en un molino del cemento. El proceso de pulido se controla para obtener un polvo con una gama amplia del tamaño de partícula, en la cual el típicamente 15% por la masa consiste en partículas debajo de diámetro de 5 μm, y el 5% de partículas sobre el μm 45. La medida de fineza usada generalmente es el " " de la superficie específica ;, que es la superficie de la partícula total de una masa de unidad del cemento. El índice de reacción inicial (hasta 24 horas) del cemento en la adición de agua es directo proporcional a la superficie específica. Los valores típicos son 320-380 m ² .kg^-1 para los cementos de fines generales, y 450-650 m ² .kg^-1 para el " hardening" rápido; cementos. El cemento es transportado por la correa o la bomba del polvo a un silo para el almacenaje. Las plantas del cemento tienen normalmente suficiente espacio del silo para la producción de las semanas 1-20, dependiendo de ciclos locales de la demanda. El cemento se entrega a los usuarios finales en bolsos o como polvo a granel soplado de un vehículo de la presión en el silo del cliente. En países desarrollados, el 80% o más de cemento se entrega en bulto, y muchas plantas del cemento no tienen ninguna facilidad del bolso-embalaje. En países en vías de desarrollo, los bolsos son el modo normal de entrega.

Uso

Determinación y endurecimiento

Cuando el agua se mezcla con el cemento de Portland, los sistemas de producto sobre algunas horas y endurecen durante semanas. Estos procesos pueden variar extensamente dependiendo de la mezcla usada y de las condiciones del curado del producto, pero los sistemas concretos típicos (es decir llega a ser rígido) en cerca de 6 horas, y desarrollan una fuerza compresiva de MPa 8~ sobre 24 horas. La fuerza se levanta a MPa 15~ en 3 días, a MPa MPa MPa 23~ en una semana, 35~ en 4 semanas, y 41~ en tres meses. En principio, la fuerza continúa levantándose lentamente mientras el agua esté disponible para la hidración continua, pero el concreto se permite generalmente desecar después de algunas semanas, y éste hace crecimiento de la fuerza parar.

Fijando y endureciendo del cemento de Portland es causado por la formación de compuestos con agua, formando como resultado de reacciones entre los componentes del cemento y el agua. Generalmente, el cemento reacciona en una mezcla plástica solamente en los cocientes del agua/cemento entre 0. La reacción y los productos de la reacción se refieren como la hidración e hidratos o fases del hidrato, respectivamente. Como resultado de las reacciones (que comienzan inmediatamente), el atiesarse puede ser observado que es muy pequeño en el principio, pero que aumenta con tiempo. El punto a tiempo en cuál alcanza cierto nivel se llama el comienzo del ajuste. La consolidación posterior consecutiva se llama ajuste, después de lo cual la fase de endurecimiento comienza.

El atiesarse, el ajuste y el endurecimiento son causados por la formación de una microestructura de los productos de la hidración de la rigidez diversa que llena los espacios intersticiales llenos de agua entre las partículas sólidas de la goma del cemento, el mortero o el concreto. El comportamiento con la época de atiesarse, del ajuste y del endurecimiento por lo tanto depende a un grado muy grande del tamaño de los espacios intersticiales, es decir del cociente del agua/cemento. Los productos de la hidración que afectan sobre todo a la fuerza son hidratos del silicato del calcio (" Phases" de C-S-H;). Productos más futuros de la hidración son hidróxido de calcio, hidratos sulfatic ( AFm y fases en popa), y compuestos, hydrogarnet, e hidrato relacionados del gehlenite. Los silicatos del calcio o los componentes del silicato componen sobre el 70% por la masa de cementos silicato-basados. La hidración de éstos los compuestos y las características de los hidratos del silicato del calcio producidos es por lo tanto particularmente importante. Los hidratos del silicato del calcio contienen menos CaO que los silicatos del calcio en escoria de cemento, así que el hidróxido de calcio se forma durante la hidración del cemento de Portland. Esto está disponible para la reacción con los materiales de cemento suplementarios tales como escoria de horno granulada tierra y pozzolans. La reacción simplificada de la alita con agua se puede expresar como:

→ 2Ca₃OSiO₄ + 6H₂O 3CaO.3H₂O + 3Ca (OH) ₂

Esto es una reacción relativamente rápida, causando el ajuste y el desarrollo de la fuerza en las primeras semanas. La reacción Belite es:

→ 2Ca₂SiO₄ + 4H₂O 3CaO.3H₂O + Ca (OH) ₂

Esta reacción es relativamente lenta, y es principalmente responsable de crecimiento de la fuerza después de una semana. La hidración tricálcica del aluminato es controlada por el sulfato de calcio agregado, que entra inmediatamente la solución cuando se agrega el agua. En primer lugar, el ettringite se forma rápido, causando una reducción de la hidración (véase el aluminato tricálcico ):

Ca₃ (AlO₃) ₂ + 3CaSO₄ + 32H₂O → Ca₆ (AlO₃) ₂ (SO₄) ₃.32H₂O

El ettringite reacciona posteriormente lentamente con aluminato tricálcico adicional al " de la forma; monosulfate" - un " Phase" del AFm;:

Ca₆ (AlO₃) ₂ (SO₄) ₃.32H₂O + Ca₃ (AlO₃) ₂ + 4H₂O → 3Ca₄ (AlO₃) ₂ (SO₄) .12H₂O

Esta reacción es completa después de 1-2 días. El calcio aluminoférrico reacciona lentamente debido a la precipitación del óxido de hierro hidratado :

2Ca₂AlFeO₅ + CaSO₄ + 16H₂O → Ca₄ (AlO₃) ₂ (SO₄) .12H₂O + Ca (OH) ₂ + 2Fe (OH) ₃

El pH-valor de la solución del poro alcanza comparable elevados valores y es de importancia para la mayor parte de las reacciones de la hidración.

Pronto después de que el cemento de Portland se mezcle con agua, un comienzo breve e intenso de la hidración (período de la preinducción). Los sulfatos de calcio disuelven totalmente y los sulfatos del álcali casi totalmente. Cortocircuito, forma de cristales acicular hexagonal del ettringite en la superficie de las partículas de la escoria como resultado de las reacciones entre los iones del calcio y del sulfato con el aluminato tricálcico. Además, originando del silicato tricálcico, los primeros hidratos del silicato del calcio (C-S-H) en forma coloidal pueden ser observados. Causado por la formación de una capa delgada de los productos de la hidración en la superficie de la escoria, este primer período de la hidración cesa y el período de inducción comienza durante cuál ocurre casi ninguna reacción. Los primeros productos de la hidración son demasiado pequeños llenar el vacío entre las partículas de la escoria y no forman una microestructura consolidada. Por lo tanto la movilidad de las partículas del cemento en lo referente a una otra es solamente levemente afectada, es decir la consistencia de las vueltas de la goma del cemento solamente levemente más densamente. La determinación comienza después de aproximadamente una a tres horas, cuando el primer silicato del calcio hidrata la forma en la superficie de las partículas de la escoria, que son muy de grano fino en el principio. Después de la terminación del período de inducción, otra hidración intensa de las fases de la escoria ocurre. Este tercer período (acelerado período) comienza después de aproximadamente cuatro horas y extremos después de 12 a 24 horas. Durante este período formas básicas de una microestructura, consistiendo en agujas de C-S-H y hojas de C-S-H, hidróxido de calcio del platy y growing de cristales del ettringite en forma longitudinal. Debido a los cristales growing, el vacío entre las partículas del cemento se llena cada vez más. Durante la hidración adicional, el endurecimiento constantemente de aumentos, pero con velocidad decreasing. La densidad de la microestructura se levanta y los poros llenan: el relleno del aumento de la fuerza de las causas de los poros.

Tipos de cemento de Portland

General

ASTM C150

El tipo cemento del de I Portland se conoce como cemento común o de fines generales. Se asume generalmente a menos que se especifique otro tipo. Es de uso general para la construcción general especialmente al hacer el concreto prefabricado y prefabricar-pretensado que no es estar en contacto con suelos o el agua subterránea. Las composiciones compuestas típicas de este tipo son:

el 55% (C₃S), el 19% (C₂S), el 10% (C₃A), el 7% (C₄AF), 2.9% (SO₃), pérdida 1.0% de ignición, y 1.

Una limitación en la composición es que (C₃A) no excederá el quince por ciento.

El tipo II se piensa para tener resistencia moderada del sulfato con o sin el calor de la hidración moderado. Este tipo de cemento cuesta casi como el tipo I. Su composición compuesta típica es:

el 51% (C₃S), el 24% (C₂S), el 6% (C₃A), el 11% (C₄AF), MgO 2.5% (SO₃), 0.8% pérdidas de ignición, y 1.

Una limitación en la composición es que (C₃A) no excederá el ocho por ciento que reduce su vulnerabilidad a los sulfatos. Este tipo está para la construcción general que se expone al ataque moderado del sulfato y se significa para el uso cuando el concreto está en contacto con suelos y el agua subterránea especialmente en los Estados Unidos occidentales debido al alto contenido de sulfuro del suelo. Debido a precio similar a el del tipo I, el tipo II se utiliza mucho como cemento de fines generales, y la mayoría de cemento de Portland vendida en Norteamérica resuelve esta especificación.

Nota: La reunión del cemento (entre otros) las especificaciones para el tipo I e II ha estado comúnmente disponible en el mercado mundial.

El tipo III es tiene fuerza temprana relativamente alta. Su composición compuesta típica es:

el 57% (C₃S), el 19% (C₂S), el 10% (C₃A), el 7% (C₄AF), MgO 3.1% (SO₃), 0.9% pérdidas de ignición, y 1.

Este cemento es similar al tipo I, pero a la tierra más fina. Algunos fabricantes hacen una escoria separada con un contenido más alto de C₃S y/o de C₃A, pero éste es cada vez más raro, y la escoria de fines generales se utiliza generalmente, tierra a una superficie específica típicamente 50-80% más alto. El nivel del yeso se puede también aumentar una pequeña cantidad. Esto da a concreto usar este tipo de cemento una fuerza compresiva de tres días igual a la fuerza compresiva de siete días de los tipos I e II. Su fuerza compresiva de siete días es casi igual a los tipos I e II 28 fuerzas compresivas del día. La única desventaja es que la fuerza de seis meses del tipo III es igual o levemente menos que el de tipos I e II. Por lo tanto la fuerza de largo plazo se sacrifica un poco. Se utiliza generalmente para la fabricación del concreto prefabricado, donde la alta fuerza de un día permite el volumen de ventas rápido de moldes. Puede también ser utilizada en la construcción y las reparaciones y construcción emergency de las bases de la máquina y de las instalaciones de la puerta.

El tipo cemento del de IV Portland se sabe generalmente para su de pocas calorías de la hidración. Su composición compuesta típica es:

el 28% (C₃S), el 49% (C₂S), el 4% (C₃A), el 12% (C₄AF), MgO 1.9% (SO₃), 0.9% pérdidas de ignición, y 0.

Los porcentajes de (C₂S) y (C₄AF) son relativamente colmo y (C₃S) y (C₃A) es relativamente bajo. Una limitación en este tipo es que el porcentaje máximo de (C₃A) es siete, y el porcentaje máximo de (C₃S) es treinta y cinco. Esto causa el calor emitido por la reacción de la hidración para convertirse a una tarifa más lenta. Sin embargo, por consiguiente la fuerza concreto se convierte lentamente. Después de uno o dos años la fuerza es más alta que los otros tipos después por completo de curar. Este cemento se utiliza para las estructuras concretas muy grandes, tales como presas, que tienen una superficie baja al cociente del volumen. Este tipo de cemento no es almacenado generalmente por los fabricantes pero algo pudo considerar una orden especial grande. Este tipo de cemento no se ha hecho durante muchos años, porque los cementos de Portland-pozzolan y la adición granulada tierra de la escoria de horno ofrecen una alternativa más barata y más confiable.

Se utiliza el tipo V donde está importante la resistencia del sulfato. Su composición compuesta típica es:

el 38% (C₃S), el 43% (C₂S), el 4% (C₃A), el 9% (C₄AF), MgO 1.8% (SO₃), 0.9% pérdidas de ignición, y 0.

Este cemento tiene un muy bajo (C₃A) la composición que explica su alta resistencia del sulfato. El contenido máximo de (C₃A) permitido es el cinco por ciento para el tipo cemento de V Portland. Otra limitación es que (C₄AF) los + 2 (C₃A) la composición no puede exceder el veinte por ciento. Este tipo se utiliza en el concreto que debe ser expuesto a los sulfatos del suelo del álcali y del agua subterránea con los cuales reaccionar (C₃A) causando la extensión quebrantadora. Es inasequible en muchos lugares aunque su uso sea común en los Estados Unidos y el Canadá occidentales. Como con el tipo IV, el tipo cemento de V Portland ha sido suplantado principalmente por el uso del cemento ordinario con la escoria de horno granulada tierra agregada o los cementos mezclados terciarios que contenían la escoria y las cenizas volantes.

El mecanografía Ia, IIa, e IIIa tiene la misma composición que tipos I, II, e III. La única diferencia está ésa en Ia, IIa, e IIIa un agente inclusor de aire se muele en la mezcla. El aire-arrastre debe resolver el mínimo y la especificación opcional máxima encontrados en el manual de ASTM. Estos tipos están solamente disponibles en los Estados Unidos del este y el Canadá pero se pueden encontrar solamente sobre una base limitada. Son un acercamiento pobre al aire-arrastre que mejora resistencia a la congelación bajo bajas temperaturas.

EN 197

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Seguridad y efectos ambientales

Seguridad

En el Escandinavia, el Francia y el Reino Unido, el nivel de cromo (VI), que es probablemente tóxico y un irritante importante de la piel, puede no exceder 2 el PPM (partes por millón).

Efectos ambientales

exposición epidemiológica del dióxido de sulfuro de las notas y de los informes del del

en las plantas del cemento de Portland, de los centros para el " de los estados del control de enfermedades; Los trabajadores en las instalaciones del cemento de Portland, particularmente ésas combustible ardiendo que contiene el sulfuro, deben ser conscientes de los efectos agudos y crónicos de la exposición al dióxido de SO₂, y enarbolan y las concentraciones full-shift de SO₂ deben ser periódico measured."

" El departamento de Arizona de calidad ambiental fue informado que esta semana esa el cemento Co. de Arizona Portland falló un segundo redondo de la prueba para las emisiones de los agentes contaminadores de aire peligrosos en la planta de Rillito de la compañía cerca de Tucson. El último redondo de la prueba, realizado en enero de 2003 por la compañía, se diseña para asegurarse de que la facilidad se conforma con los estándares federales que gobiernan las emisiones de las dioxinas y de los furanos, que son subproductos de la fabricación process." " de las revisiones del cemento; News" ambiental; el Web page detalla el caso después del caso de problemas ambientales con la fabricación del cemento.

Un esfuerzo de investigación independiente de la tecnología del AEA para identificar los asuntos críticos para la industria del cemento concluyó hoy el ambiente más importante, salud y las ediciones de funcionamiento de la seguridad que hacen frente a la industria del cemento son lanzamientos atmosféricos (emisiones de gases de efecto invernadero incluyendo, dioxina, NO_x, SO₂, y las macropartículas), accidentes y exposición del trabajador al polvo.

El CO₂ se asoció a caídas de la fabricación del cemento de Portland en 3 categorías:

(1) CO₂ derivó de la descarburación de la piedra caliza,

(2) CO₂ de la combustión del combustible del horno,

(3) CO₂ produjo en vehículos en plantas y la distribución del cemento.

La fuente 1 es bastante constante: mínimo alrededor de 0.47 kilogramos CO₂ por el kilogramo de cemento, máximo 0.54, valor típico alrededor de 0. La fuente 2 varía con eficacia de la planta: planta eficiente 0.24 kilogramo CO₂ del precalciner por el cemento del kilogramo, proceso mojado de la bajo-eficacia de hasta 0.65, proactice moderno típico (e.g Reino Unido) que hace un promedio de alrededor 0. La fuente 3 es casi insignificante en 0. El total tan típico CO₂ es alrededor 0.80 kilogramos CO₂ por el cemento acabado kilogramo. Esto deja a un lado el CO₂ asociado a la consumición de la energía eléctrica, puesto que éste varía según el tipo y la eficacia locales de la generación. El consumo de energía eléctrica típico está de la orden de 90-150 KVH por el cemento de la tonelada, equivalente a 0.15 kilogramos CO₂ por el cemento acabado kilogramo si carbón-se genera la electricidad.

Total, con energía nuclear o hidroeléctrica y la fabricación eficiente, la generación de CO₂ puede ser tan poco como 0.7 kilogramos por el cemento del kilogramo, pero pueden ser tan altos como dos veces esta cantidad. El empuje de la innovación para el futuro es reducir las fuentes 1 y 2 por la modificación de la química del cemento, por el uso de basuras, y adoptando procesos más eficientes. Aunque la fabricación del cemento sea claramente un emisor muy grande de CO₂, el concreto (cuyo el cemento compone el cerca de 15%) compara absolutamente favorable con otros sistemas del edificio a este respecto. Ver también las emisiones del horno de cemento del .

Plantas del cemento como alternativas a la disposición inútil o al proceso convencional

Debido a las temperaturas altas dentro de los hornos de cemento combinó con la atmósfera (oxígeno-rica) oxidante y los tiempos de residencia largos, hornos de cemento se han utilizado como opción de proceso para los varios tipos de corrientes inútiles. Las corrientes inútiles contienen a menudo el material combustible que permite la substitución de la parte del combustible fósil usado normalmente en el proceso.

Materiales de desecho usados en hornos de cemento como suplemento del combustible: # neumáticos del coche y del carro; las correas de acero se toleran fácilmente en el de los hornos Solventes y lubricantes inútiles.

La fabricación del cemento de Portland también tiene el potencial para quitar subproductos industriales de la perder-corriente, secuestrando con eficacia algunas basuras ambientalmente dañinas. Éstos incluyen:

Ver también