Normalizacion y Aglomerantes
LECTURA_CEMENTO_PCA.pdf
Materiales-aglomerantes
231479000-04-Aglomerantes
AGLOMERATES.docx
1. Introducción y Fabricación de Cemento
CANTERA DE CALIZAS PARA CEMENTO.doc
AGLOMERANTES 1.docx
91_100jun11
CAPITULO III AGLOMERANTES
IV.- DEFINICIÓN Material que puede contener a otro, sin necesidad que exista reacción entre ellos y que pasan a formar un conjunto. También se puede afirmar que es un compuesto (de una o varias sustancias), y que tiene la capacidad de endurecimiento en presencia de agua y que actúan uniendo materiales heterogéneos. Tienen por lo tanto la propiedad de adherir diferentes materiales sueltos hasta originar nuevos. En la construcción necesitamos utilizar estos materiales a fin de permitirnos aglomerar diferentes materiales de construcción a fin de lograr la edificación 4.1 CLASIFICACIÓN De acuerdo a su composición Química: • • Orgánicos: Resinas, polímeros en general Inorgánicos: Yesos, cales, cementos, puzolanas etc.
De acuerdo a su forma de reacción: • • • Térmicos: Cuando adquiere resistencia por enfriamiento Poliméricos: Cuando adquiere resistencia por reacciones de polimerización Hidráulicos: Cuando adquieren resistencias en presencia de agua.
De acuerdo a su fragua: • Aéreos: Aquellos que fraguan y adquieren cohesión y dureza en un medio seco ejemplo: el barro, yeso, la cal aérea, etc. Dentro de los aglomerantes a base de barro se tienen : adobe, tapial Quincha etc. • Hidráulicos: Además de fraguar en un ambiente seco también pueden hacerlo en un medio húmedo e incluso sumergido en el agua Ejemplo: Cemento, cal hidráulica. De acuerdo a su procedencia: • Naturales:
Provenientes de la calcinación de rocas naturales ejemplo: De la calcinación de las rocas calizas se obtienen las cales ,los cementos naturales obtenidos de la cocción de las rocas margas ( arcilla y caliza ),el yeso etc. • Artificiales:
Obtenidos a partir de la cocción de piedras de composición conocida y dosificada ejemplo: cementos artificiales obtenidos de la caliza, arcilla y yeso. • Hidrocarbonados:
Aquellos que endurecen cuando se calientan ejemplo: el betún, el alquitrán etc.
3.-CEMENTOS
3.1 Antecedentes Históricos El uso de los cementos empezó en la más remota antigüedad y ha sufrido una evolución errática para llegar al presente estado de técnica. Los antiguos egipcios usaban un cemento que se fabricaba por un proceso de calcinación, siendo de esta manera la primera contribución a esta industria. Los romanos aumentaron el conocimiento y las técnicas adquiridas por los pueblos anteriores llevando los trabajos de ingeniería civil, incluyendo el uso del hormigón, a un nivel relativamente complicado. Los primeros morteros consistían en cal hidráulica a la que agregaban ceniza volcánica. En el siglo 18, un ingeniero inglés John Smeaton, quizá el primer hombre al que se le pudiera llamar ingeniero civil, estudió los cementos. Hizo este estudio cuando fue comisionado para reconstruir el faro de Eddystone , encontrando que unas calizas arcillosas parecían producir el mejor cemento hidráulico. En realidad el primer cemento portland, un pariente lejano del portland que conocemos ahora, se le acredita con mayor frecuencia a Joseph Aspdin. En 1824 Aspdin ,obtuvo una patente británica para fabricar un producto al que llamó específicamente cemento portland. La importancia del trabajo de Aspdin, es que las temperatura usadas para la calcinación, fueron sobre el punto de fusión, combinando de esta forma casi toda la cal (CaO) libre y llegando a un producto superior. Otros investigadores, a fines del siglo 19 empezaron a estudiar la composición química del cemento, Le Chatelier descubrió que, el silicato de tricálcico era el principal componente del cemento. Otras investigaciones, en el campo de la aplicación del cemento, publicada en 1917 por Duff Abrams, conocida como efectos de la relación agua-cemento en la resistencia, es la más valiosa de las contribuciones, a la tecnología del hormigón. Cronológicamente se pueden mencionar algunos hitos importantes: En 1824, Joseph Aspdin; patento el cemento Pórtland (vía húmeda). En 1840, primera fabricación del cemento en el mundo. En 1845, Isaac Jonson; clinkerizacion (calcinación de la caliza mas arcilla) En 1867; se hacen las primeras losas con acero embebido en el concreto (concreto armado) En 1868, se inicia la exportación de cemento de Inglaterra a Estados Unidos En 1871, se empieza la producción de cemento en Estados Unidos. En 1886, se inicia el uso de hornos rotatorios en la producción del clinker. En 1890, se adiciona yeso para retardar la fragua.
Pasta: está compuesta de: cemento, agua y aire = C + Agua+ aire Mortero: se obtiene agregando arena a la pasta = C + Agua + Arena + aire Concreto (Hormigón): mezcla de mortero con grava = C + Agua + Arena + piedra + aire Aditivo: sustancia que se agrega al hormigón, para modificar sus propiedades, tanto en estado fresco como endurecido.
Según la Norma Técnica Peruana, el cemento Portland es un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clinker compuesto esencialmente por silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas sulfato de calcio como adición durante la molienda, Es decir:
Cemento Portland = Clinker Portland + Yeso El Clinker Portland es un producto semiacabado de forma de piedras negruzcas de tamaños de ¾” aproximadamente, obtenido de la calcinación de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos en proporciones convenientes, hasta llegar a una fusión incipiente (Clinkerizacion) a 1450 °C. Está compuesto químicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de calcio, ferro aluminatos de calcio y otros en pequeñas cantidades, los cuales se forman por la combinación del Óxido de Calcio (CaO) con los otros óxidos: dióxido de silicio (S1O2), óxido de aluminio (AI2O3) y óxido férrico (Fe2C>3). El Clinker Portland se enfría rápidamente y se almacena en canchas al aire libre. El cemento Portland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y durabilidad.
3.3 Materias primas del cemento Portland Las principales materias primas necesarias para la fabricación de un cemento Portland son: a. Materiales calcáreos: Deben tener un adecuado contenido de carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a 80%, y no deberá tener mas de 1.5% de magnesia. Aquí tenemos a las margas, cretas v calizas en general estos materiales suministran el óxido de calcio o cal. b. Materiales arcillosos: Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. Estos materiales proveen el dióxido de silicio o sílice y también el óxido de aluminio o alúmina, aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general. c. Minerales de fierro: Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades. En algunos casos éstos vienen con la arcilla. d. Yeso: Aporta el sulfato de calcio.
Nota: El yeso se añade al Clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento fraguaría muy rápidamente debido a la hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tetra cálcico.
3.4 Composición Química a. Componentes Químicos Los componentes químicos del cemento Portland se expresan por el contenido de óxidos, en porcentajes. Los principales óxidos son: la cal, sílice, alúmina y el óxido férrico, siendo el total de éstos del 95% al 97%. En pequeñas cantidades también se presentan otros óxidos: la magnesia, el anhídrido sulfúrico, los álcalis y otros de menor importancia. Así tenemos:
Oxido Componente CaO Si02 A1203 Fe203 S03 MgO K20 y Na20 Mn203 Ti02 P205 Pérdida x Calcinación
Porcentaje Típico 58% - 67% 16%-26% 4% - 8% 2% - 5% 0.1%-2.5% l%-5% 0%-l% 0% - 3% 0% - 0.5% 0%- 1.5% 0.5% - 3%
Abreviatura C s A F
b. Compuestos Químicos Los compuestos químicos formados por la combinación de los óxidos entre si por la cocción a altas temperaturas. Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el 95% del cemento, también se presentan en menores cantidades, otros compuestos secundarios. Designación Silicato tricálcico Silicato dicálcico Aluminato tricálcico Ferro aluminato tetracálcico Cal libre Magnesia libre (Periclasa) Fórmula 3CaO.Si02 2CaO.Si02 3CaO.Al203 4CaO.Al203.Fe203 CaO MgO Abreviatura C3S C2S C3A C4AF Porcentaje 30% a 50% 15% a 30% 4% a 12% 8% a 13%
3.5 Propiedades de los compuestos principales a. • • • Silicato Tricálcico (C3S) Es el más importante de los compuestos del cemento Determina la rapidez o velocidad de fraguado Determina la resistencia inicial del cemento
• El calor de hidratación es equivalente a 120 cal/gr. Este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos • • b. • • Contribuye una buena estabilidad de volumen Contribuye a la resistencia al intemperismo Silicato Di cálcico (C2S) Es el segundo en importancia Endurece con lentitud
• Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de prolongado endurecimiento) • • • El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3S Su contribución a la estabilidad de volumen es regular
Aluminato Tricálcico (C3A) Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación violenta) Tiene poca resistencia mecánica (no incide en la resistencia a la compresión) Tiene baja resistencia al intemperismo (acción del hielo y deshielo) Tiene mala estabilidad de volumen Escasa resistencia a la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos Calor de hidratación equivalente a 207 cal /gr
d. Ferro Aluminato Tetra cálcico (C4AF) • • • • Tiene relativa trascendencia en la velocidad de hidratación (es relativamente rápida) El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado) En la resistencia mecánica no esta definida su influencia La estabilidad de volumen es mala
Nota: El Silicato Tricálcico (C3S) y el Silicato Di cálcico (C2S) constituye el 75% del cemento. Por eso la resistencia mecánica se debe a éstos dos compuestos.
3.6 Propiedades del cemento a. Finura o Fineza Referida al grado de molienda del polvo, se expresa por la superficie específica, en m /kg. En el laboratorio existen 2 ensayos para determinarlo • • Permeabilimetro de Blaine Turbidimetro de Wagner Tipo de cemento 1 II III IV V FINEZA ASTMC115 2 cm /GR 1790 1890 2030 1910 1910 Calor de Hidratación 370 370 540 380 380
Importancia: A mayor finura, crece la resistencia, pero aumenta el calor de hidratación y cambios de volumen. b. Peso Específico
Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gr/cm . En el laboratorio se determina por medio de: • Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005) Importancia:
Usado en diseño de mezclas
La mezcla de un aglomerante con el agua genera una pasta dependiendo del aglomerante y de las condiciones ambientales se observan dos fenómenos:
1. Aumento de viscosidad y elevación de temperaturas (inicio de fraguado) 2. Transformación de la pasta en un material sólido, con desaparición de la plasticidad (final del fraguado ) .Se trata de un proceso irreversible una vez pérdida la plasticidad ,el proceso de endurecimiento se ha iniciado . Es el tiempo transcurrido desde el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta; se denomina tiempo de fragua . Se expresa en minutos. En el laboratorio existen 2 métodos para calcularlo • • Agujas de Vicat Agujas de Gillmore : NTP 334.006 : NTP 334.056
Importancia: Fija la puesta correcta en obra y endurecimiento de los concretos y morteros. d. Estabilidad de Volumen
Representa la verificación de los cambios volumétricos por presencia de agentes expansivos, se expresa en %. En el laboratorio se determina mediante: • e. Ensayo en Autoclave: NTP 334.004 (99) Resistencia a la Compresión
Mide la capacidad mecánica del cemento. Es una de las más importantes propiedades, se 2 expresa en Kg/cm . En el laboratorio se determina mediante: • Ensayo de compresión en probetas cúbicas de 5 cm (con mortero cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98) Se prueba a diferentes edades: 1,3,7, 28 días. Importancia: Propiedad que decide la calidad de los cementos f. Contenido de aire
Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total. En el laboratorio se determina mediante: • Pesos y volúmenes absolutos de mortero C-A en molde cilíndrico estándar: NTP 334.048 (97) Importancia: Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% por cada 1 %) g. Calor de Hidratación
Mide el calor desarrollado por la reacción exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/gr. En el laboratorio se determina mediante: • Ensayo del Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea morteros estándar: NTP 334.064
3.7 Tipos de cementos a. Cementos Portland sin adición Constituidos por Clinker Portland y la inclusión solamente de un determinado porcentaje de sulfato de calcio (yeso). Aquí tenemos según las Normas Técnicas: • Tipo I : Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo
• Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratación • • • Tipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias iniciales Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación Tipo V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfatos.
b. Cementos Portland Adicionados Contienen además de Clinker Portland y Yeso, 2 o más constituyentes inorgánicos que contribuyen a mejorar las propiedades del cemento. (Ejm: puzolanas, escorias granuladas de altos hornos, componentes calizos, sulfato de calcio, incorpora dores de aire). Aquí tenemos según Normas técnicas: • Cementos Portland Puzolánicos (NTP 334.044) ■ ■ Cemento Portland Puzolánico Tipo IP: Contenido de puzolana entre 15% y 40%. Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo I (PM): Contenido de puzolana menos de 15%.
Cementos Portland de Escoria (NTP 334.049) ■ ■ Cemento Portland de Escoria Tipo IS : Contenido de escoria entre 25% y 70% Cemento Portland de Escoria Modificado Tipo I (SM) : Contenido de escoria menor a 25%
Cementos Portland Compuesto:
Tipo 1 (Co) (NTP 334.073): Cemento adicionado obtenido por la pulverización c conjunta de Clinker Portland y materiales calizos (travertinos), hasta un 30% de peso. • Cemento de Albañilería (A) (NTP 334.069): Cemento obtenido por la pulverización de Clinker Portland y materiales que mejoran la plasticidad y la retención de agua. • Cementos de Especificaciones de la Performance (NTP 334.082): Cemento adicionado para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en la composición del cemento o sus constituyentes. Se clasifican por tipos basados en requerimientos específicos: Alta resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos, calor de hidratación. Sus tipos son:
GU: De uso general. Se usa para cuando no se requiera propiedades especiales HH : De alta resistencia inicial
MS : De moderada resistencia a los sulfatos HS : De alta resistencia a los sulfatos MH: De moderado calor de hidratación LH : De bajo calor de hidratación
3.8 Los Cementos en el Perú En el Perú, actualmente tenemos las siguientes empresas cementeras: NOMBRE Cementos Lima S A Cementos Pacasmayo SAA Cemento Andino S A Yura SA Cemento Sur S A Cemento Rioja UBICACIÓN Atocongo - Lima Pacasmayo - La Libertad Condorcocha - Tarma ( Junín ) Yura - Arequipa Caracote - Juliaca ( Puno ) Pucallpa - Ucayali
Nota: El cemento en el Perú se comercializa en bolsas de 42.5 kg. Las bolsas son de papel tipo Klupac, entre 2 a 4 según el caso. La capacidad instalada (Tn/Año), así como los mercados de cada uno de estas fábricas de cemento se muestra a continuación: EMPRESA CAP. INST. MERCADO Cementos Lima S A 4'300,000 Lima, Callao, lea, Ancash Cementos Pacasmayo SAA Cemento Andino S A 2'300,000 La Libertad, Amazonas, Cajamarca, Lambayeque, Piura, Tumbes, Ancash Lima, Callao, Junín, Huancavelica, Cerro de Pasco, Loreto, Ucayali, San Martín, Ayacucho Arequipa, Moquegua, Tacna, Apurímac Puno, Cusco, Apurímac, Madre de Dios, Moquegua, Tacna
1´060,000
Yura SA Cemento Sur S A
600,000 155,000
En relación a los tipos cementos por empresa producidos actualmente en el Perú, tenemos: EMPRESA Cementos Lima S A Cementos Pacasmayo S A A Cemento Andino S A Yura SA Cemento Sur S A Cemento Rioja S.A. TIPOS DE CEMENTO QUE PRODUCE Sol I, Sol II, Atlas IP Pacasmayo I, Pacasmayo II, Pacasmayo V, Pacasmayo MS, Pacasmayo IP, Pacasmayo ICo Andino I, Andino II, Andino V, Andino IPM Yura I, Yura IP, Yura IPM, Cemento de Albañilería Rumi I, Rumi II, Rumi V, Rumi IPM Cemento Portland Tipo IPM
3.9 Requisitos Técnicos de los cementos De acuerdo a las Normas Técnica Peruanas NTP 339.009, los requisitos físicos y químicos de algunos cementos Portland, se muestran a continuación:
a. Requisitos físicos obligatorios
Requisitos Físicos Resistencia la Compresión mín. Kg/cm 3 días 7 días 28 días Tiempo de fraguado, minutos Inicial, mínimo Final, máximo Expansión en autoclave, % máximo Resistencia a los Sulfatos % máximo de expansión Calor de Hidratación máx., KJ/Kg 7 días 28 días
Tipo I 120 190 280* 45 375 0.80 --II 100 170 280* 45 375 0.80 -290* V 80 150 210 45 375 0.80 0.04* 14 días -IMS 100 170 280* 45 420 0.80 IP 130 200 250 • 45 420 0.80 ICo 130 200 250 45 420 0.80
0.10 0.10* -6meses 6meses -290* 330* ---
b. Requisitos químicos obligatorios
Tipo I II 6.0 3.0 3.0 V 6.0 2.3 3.0 0.75 5 MS -----IP 6.0 4.0 5.0 --ICo 6.0 4.0 8.0 ---
Óxido de Magnesio (MgO), máx., % Trióxido de Azufre (S03), máx., % Pérdida por Ignición, máx., % Residuo Insoluble, máx., % Aluminato tricálcico (C3A), máx., % Álcalis equivalentes (Na20 + 0.658 K20), máx., %
6.0 3.5 3.0
0.75 0.75 -8
c. Requisitos físicos opcionales Características Físicas Opcionales Tipo I Falso Fraguado, % ( P. Fin ) mínimo Calor de Hidratación, máx., Cal/gr 7 días 28 días Resistencia la Compresión (MPa) 28 días Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx 50 II 50 III 50 IV 50 60 70 V 50
--280 --
70 -280 --
---0.04
d. Requisitos químicos opcionales Características Químicas Opcionales Tipo I Aluminato tricálcico (C3A), máx., % Suma ( C3S + C3A ), máx. % Álcalis equivalentes (Na20 + 0.658 K20),máx., % -0.6 II -58 0.6 III 5-8 -0.6 IV ---V ---
Los tipos de cemento cuyo requisitos para concretos expuestos a soluciones que contienen sulfatos se muestran a continuación: Exposición a sulfatos Sulfatos Sulfatos (SO4) Tipo solubles en en el agua, Cemento agua (S04) ppm en el suelo Concreto con agregado de peso normal reí. a/c máx en peso Concreto con agregado de peso normal y ligero Resist. Comp. mínima MPa --
Insignificante 0<SO4<0.1
0<SO4<150
0.1<SO4<0.2
150<SO4<1500
II, IP, MS, IPM V
Severa Muy severa
0.2<SO4<2.0 SO4>2.0
1500<SO4< 10,000 S04> 10,000
V más 0.45 puzolana
Usos y aplicaciones de los cementos Portland
a. Cementos Portland estándar (Sin adición) Tipo I Para construcciones de concreto y mortero en general, donde no se requiera propiedades especificas. Tipo II En obras donde se requiera resistencia moderada a la acción de los sulfatos y/o moderado Calor de hidratación y reducción de agrietamientos (consecuencia de la hidratación del cemento). Se recomienda en edificaciones, estructuras industriales, puentes, obras portuarias, perforaciones y en general a todas aquellas obras que soportan la acción de suelos ácidos y/o aguas subterráneas. Tipo III Para obras que requiera alta resistencia inicial (adelanto de la puesta en servicio) y también en obras de zonas frías. Tipo IV Para obras donde se requiera bajo Calor de Hidratación, caso de represas, centrales hidroeléctricas y obras de grandes masas de concreto. Tipo V Además de las cualidades del Tipo II, es recomendado para obras donde se requiera elevada resistencia a los sulfatos. Es el caso de obras portuarias expuesta al agua de mar También en canales, alcantarillas, túneles, suelos con alto contenido de sulfatos. b.- Cementos Pórtland Adicionados • Tipo IP y IPM : En general, para uso similar al del Tipo I, especialmente en obras de masivas y en donde se recibe ataques de aguas agresivas, aguas negras, en cimentaciones en todo terreno, en obras sanitarias, trabajos de albañilería, pre-fabricados, baldosas y adoquines, fabricación de bloques de albañilería. • Tipo MS: Más resistente a la agresión química, se puede utilizar en estructuras en ambientes y suelos húmedos-salitrosos, para estructuras en cimientos y pisos. • Tipo ICo: Corresponde al cemento tipo I mejorado con mayor plasticidad, se puede utilizar en obras de concreto y de concreto armado en general, morteros en general, especialmente para tarrajeo y asentado de unidades de albañílería, pavimentos y cimentaciones.
5.1 Reseña Histórica Desde épocas antiguas el yeso ha convivido con la humanidad y constituye uno de los más antiguos materiales de construcción. Durante el período neolítico se usó para realizar cimientos y muros. Los asirios empleaban un yeso conocido como alabastro. Hace 6000 años los egipcios preparaban argamasas de yeso y 1500 años después utilizaron estuco de yeso en el revestimiento interior de las pirámides. La civilización griega lo denominó gypsos (yeso) y la romana generalizó su uso en Europa. Posteriormente, los españoles lo introdujeron en América Latina. El yeso empleado como material de construcción se obtiene mediante un proceso de deshidratación de la piedra yesera. El yeso es uno de los aglomerantes mas antiguos conocidos por la humanidad. Se le empleo en Egipto, en la construcción de las Pirámides. Fue usado por los griegos, los romanos y los árabes. Los antiguos peruanos lo llamaban pachach. Se obtenía pulverizando groseramente las piedras yeseras cocidas, y cerniéndolo en trozos. No se empleaba en empastados de muros o techos; sino mezclados con grava formando una especie de concreto que les servía para rellenar muros formados por dos paredes de adobe. En nuestro medio en la década del 40 su aplicación fue muy extendida , fue uno de los materiales más usados ; hasta la actualidad se pueden ver casas con muros y techos revestidos de yeso. Orígenes, El yeso se originó hace 200 millones de años como resultado de depósitos marinos cuando parte de lo que ahora son nuestros continentes eran inmensas extensiones oceánicas. Durante este período algunos mares se secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para ser descubiertos posteriormente por el hombre. El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o Rosado. Se denomina sulfato de calcio dihídratado y su estructura cristalina esta constituida por dos moléculas de agua y por una de sulfato de calcio: CaSO4 – 2H2O
El yeso es el producto resultante de la deshidratación de la piedra de yeso finamente triturada y que en presencia del agua forma una pasta en la naturaleza podemos encontrarlo en dos formas: • Anhidrita
Incolora o blanca a veces la presencia de impurezas le otorgan tonos azules ,grises o rojizos ,su estructura es compacta de alta capacidad de absorción convirtiéndose en piedra de yeso o algez y aumentando su volumen. • Piedra de Yeso
Contiene 2 moléculas de agua ,se suele encontrar en la naturaleza cristalizado, los yesos para la construcción son obtenidos a partir de este material .Según su estructura tenemos yeso fibroso, yeso laminar, yeso alabastro
5.2.- PROPIEDADES
Como ya se menciono el yeso es un sulfato de calcio di hidratado (CaSO4 .2H20), se presenta en cristales tubulares exfoliables en láminas, generalmente incoloros. Tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs y una gravedad específica de 2.32. Su color generalmente varía de blanco a blanco grisáceo, sin embargo, puede tener diversas tonalidades como amarillas, rojizas, castaño, azul grisáceo, rosa o amarillo como consecuencia de las impurezas que contenga. Suave y plástico; a altas temperaturas de calcinación pierde toda el agua y se desgrana con facilidad para ser luego triturado. No es abrasivo El yeso es un material con resistencia al fuego. Tiene baja temperatura de calcinación Funciona como agente oxidante, es usado como material de acabado en construcción, mejora la estructura o condiciones físicas del suelo. En función de su temperatura de cocción se pueden obtener yesos de diferentes características, los empleados en la construcción son los semihidratados que son los obtenidos a temperaturas entre 120 a 180°. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS a) Regulación Higrométrica Por sus excelentes cualidades higrométricas el yeso es el más eficaz y natural regulador de la humedad ambiental en los interiores de las edificaciones. Absorbe la humedad excesiva y la libera cuando hay sequedad. No es apto utilizarlo con elementos de hierro o acero porque los oxida en cambio puede utilizarse con elementos de aluminio , no es recomendable su utilización en exteriores por su fácil degradación a los agentes atmosféricos. b) Aislamiento Térmico La utilización de yeso en los revestimientos interiores aumenta hasta en un 35% la capacidad de aislamiento térmico de las edificaciones. c) Absorción Acústica Debido a su elasticidad y estructura finamente porosa, el yeso ofrece una excelente capacidad de insonorización. Disminuye ecos mejorando las condiciones acústicas de las edificaciones. d) Protección Contra el Fuego El yeso es incombustible y resistente al fuego. Al exponerse al calor se produce una gradual liberación del agua de cristalización en forma de vapor que retrasa la elevación de temperatura absorbiendo el calor, sin emanar gases tóxicos que son la principal causa de accidentes fatales en la mayoría de incendios. e) Compatibilidad Decorativa El yeso, debido a su excelente plasticidad y moldeo, posee infinidad de posibilidades en decoración. Es compatible con casi todos los elementos de decoración: papel, tapiz, madera, pintura, texturizados, etc. f) Blancura La blancura natural del yeso conforma el soporte más adecuado para aplicar cualquier tipo de acabado posterior, tanto en blanco como en otros colores.la blancura esta asociada a la pureza del material.
g) Trabajabilidad El yeso en estado plástico es muy manejable, moldeable y liviano y se adhiere fácilmente a las superficies. Cuanta menos agua se utilice más rápidamente fraguara, el agua actúa como retardante de fragua. h) Durabilidad El yeso, una vez formada la red cristalina en el fraguado, es estable en el tiempo e inalterable ante las variaciones ambientales. i) Finura El grado de finura del grano de yeso influirá en la mayor rapidez del fraguado asimismo cuanta menos agua se utilice más rápidamente fragua. j) Adherencia Tiene baja adherencia a las piedras y a las maderas, se suele utilizar para unir provisionalmente elementos diversos. k) Almacenamiento Debe ser almacenado donde no haya humedad , si llega a absorber puede no fraguar ,por ello se recomienda almacenarlo en silos elevados o en bolsas de papel que se depositan en zonas ventiladas
5.3.- CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS
5.3.1 Protección Contra Incendios Ante un incendio, la placa absorbe una cantidad apreciable de calor por deshidratación: 4034 2 cal/m . Mientras no ocurre la deshidratación total, el yeso permanece entre los 100°C y los 160°C, evitando el choque térmico y la transmisión de calor, retardando así la propagación del fuego durante una hora. Al ser incombustible y con prolongada resistencia al fuego, el yeso limita la dilatación de las estructuras, especialmente las metálicas, permitiendo que el flujo térmico se distribuya uniformemente evitando puntos de concentración. 5.3.2 Aislamiento Acústico
Las placas de yeso forman una superficie continua, aunque no sean de densidad y espesor elevados. Además, el hecho de que el yeso sea de estructura interior porosa, unido a una elasticidad bastante significativa, le confiere características de buen absorbente y amortiguador acústico 5.3.3 Aislamiento Térmico Una casa mal aislada térmicamente exige un mayor consumo de energía para proporcionar ambientes confortables. Sin embargo, el hecho de que existan poderosas fuentes de calefacción no garantiza un ambiente cómodo, ya que el aire se calienta en las inmediaciones de la fuente de calor pero permanece frío junto a las paredes. Las placas de yeso, de apenas 13 mm, al tener una estructura continua y un bajo coeficiente de conductibilidad térmica (0,26 Kcal/h/m °C), garantizan un ambiente uniformemente confortable, pues tienen un poder aislante tres veces mayor que el ladrillo y cuatro veces y media mayor que el hormigón. 5.3.4 Equilibrio de la Humedad Ambiente
Cuando un determinado volumen de aire alcanza el 100% de humedad relativa, el vapor existente se condensa originando agua especialmente en las superficies más frías. Dado que el yeso es un material poroso, puede absorber el exceso de humedad para después devolverlo al ambiente cuando éste se 2 encuentre más seco. Así, un único cuarto de 12 m (4 m x 3 m), forrado con 2 48 m de placas de yeso encartonado, tiene la posibilidad de absorber en un día aproximadamente 24 Kg de vapor de agua, o sea, el equivalente al producido en la casa entera durante el mismo periodo. Al tratarse de un material aislante, evita la condensación de vapor de agua, tal como sucede en las frías paredes corrientes, lo que impedirá la formación de hongos que ennegrecen las paredes y los techos. Material considerado no inflamable y de difícil combustión, clasificado como MI. Para situaciones más exigentes pueden emplearse placas con fibra de vidrio incorporada, con lo que aumenta su resistencia a la combustión El coeficiente de resistencia térmica de un material es el valor de la resistencia al paso del calor, y viene determinado por la densidad y espesor del material.
5.4 VARIEDADES COMERCIALES
a) Yeso sin calcinar: Es un mineral constituido principalmente por sulfato de calcio dihidratado, tal como se encuentra en los yacimientos. Actividades consumidoras:
1 Cementeras 2 Agroquímicos 3 Pinturas
1 Obras Mineras 2 Tratamiento del agua
b) Yeso Calcinado: Es el Sulfato de Calcio Semihidratado, obtenido del yeso natural a través de deshidratación parcial por calentamiento.
5.5 PRINCIPALES USOS
5.5.1CONSTRUCCIÓN En productos prefabricados como bases de revestimiento, plafones, lienzos (tabla roca) y planchas de yeso y fieltro; láminas de yeso, placas acústicas, cartón enyesado para revestir casas y tablas de fibra prensada para paredes. En fabricación de tabiques, para aislar mezclas usadas para resanes en tuberías, calderas, techos y como absorbente de aceites de pisos en fábricas, como relleno. Como material para divisiones y techos. Puede ser usado como roca de construcción. Al mezclarse con resinas sintéticas suele utilizarse como aislante. Y Como retardante del cemento portland.
5.6 PRODUCCIÓN
5.6.1.- PRODUCTORES En la provincia de Azángaro se encuentra 1770,680 TM. de reserva de yeso probada y
probable. Se tiene también en el Distrito de Platería provincia de Puno 22,080 TM. de yeso a nivel del departamento de Puno, existen muchos yacimientos denunciados de yeso, siendo las siguientes: PROVINCIA DE AZANGARO: - Paloma Blanca (Samán) con: 25 hectáreas de denuncio. - Esmeralda I (Samán) con: 300 hectáreas de denuncio. - San Sebastián Moropaco con: 30 hectáreas de denuncio. Total denuncio = 355 hectáreas PROVINCIA DE PUNO: En el distrito de Capachica, se esta actualmente explotando yeso, lo cual no se dispone de cifras de volúmenes de producción, ya que estas no están registradas el MITINCI-Puno. A nivel de denuncios se tiene: Blanquita (Acora) con : 102 Has de denuncio Península Capachica con : 3 Has de denuncio San Antonio de Capachica : 3 Has de denuncio
5.7 MERCADO
PANORAMA DEL MERCADO INTERNACIONAL Los principales productores de yeso en el mundo son, en orden de importancia: Estados Unidos, China, Irán, Tailandia, Canadá, España, México, Japón y Francia. La producción mundial de yeso por regiones se distribuye de la siguiente manera: Norteamérica (Estados Unidos, Canadá y México) con el 32.0%. Asia 32.0% y Europa 16.0%. Se estima que menos del 20% de la producción mundial entra al comercio internacional y pocos países son exportadores, entre los que destacan Canadá y México, quienes exportan gran parte de su producción a Estados Unidos. De los aspectos más relevantes por regiones, destacan los siguientes: Estados Unidos. El principal uso en este país es el de productos prefabricados, cuyas exportaciones cubren Asia, Europa y Latinoamérica. En este país la industria del yeso es favorecida por las altas tasas de construcción y la autorización del gobierno para mejorar el sistema carretero en los próximos años. Sudamérica. Los principales países productores son Brasil, Chile y Argentina. Europa. España es el principal país productor y exportador de yeso en Europa, vende principalmente a Estados Unidos, Inglaterra y Escandinava. En Francia el yeso es consumido de manera interna principalmente para: pasta de yeso, productos de cartón de yeso, cemento y acondicionadores de suelo. Asia. En China gran parte de la producción de yeso es consumido internamente por la industria del cemento, el resto por las industrias ligera, cerámica y productos de construcción, sin embargo, la magnitud de la construcción de una planta para fabricar tablas de fibra prensada para pared indica que podría llegar a ser uno de los principales líderes mundiales en este mercado. En Japón las principales industrias consumidoras son el cemento y cartones de yeso. Sus importaciones de yeso provienen principalmente de Tailandia, país que exporta la mayor parte de su yeso a los países vecinos.
Se produce a partir de la calcinación de la roca caliza carbonato de calcio, mineral que se encuentra en la naturaleza combinado o asociado con otras sales constituyentes de las arcillas. Se distinguen las cales aéreas y las hidráulicas, las primeras endurecen con el C02 del aire y el resto lo hace con agua. Actualmente la cal se usa en la preparación de mortero de cemento para albañilería de bloques y ladrillos y para estucos especiales. Los morteros con adición de cal tienen mayor retentividad de agua, cualidad que evita su intercambio con los elementos secos que se están uniendo y mantiene la humedad necesaria para el desarrollo de su capacidad resistente. 6.1 Reseña histórica La cal es el producto resultante de la descomposición, por el calor de las rocas calizas acompaña al hombre desde hace milenios es un material antiguo, los primeros indicios de utilización de la cal datan del V mileno A.C., en Mesopotamia (actual Irak) . Entonces era empleada como material para el blanqueo de superficies. Fueron los Griegos y posteriormente los Romanos, quienes utilizaron abundantemente y con éxito este material en forma de mortero para construir y decorar, y tratar los suelos. Entre algunas obras que aún se pueden apreciar tenemos a los templos griegos, vías romanas, al célebre Pont du Gard, obras realizadas con cal. En la Antigüedad, durante la edad media y hasta la Revolución Industrial, fue el material de construcción más utilizado. En el siglo XIX, las investigaciones en los materiales se orientan hacia los aglomerantes de fraguado rápido. En el siglo XX las destrucciones y construcciones urgentes prefieren los aglomerantes artificiales, como el cemento. Hoy en día, la cal utilizada pura o en productos nuevos listos para su utilización, regresa de nuevo. Sus cualidades físicas y estéticas demostradas son irremplazables para la construcción y la decoración. La cal hidráulica fue descubierta a principios del siglo XIX. En el Perú a la piedra de cal se le llama Iscu, y los peruanos la obtenían quemando las calizas por el método de montón y huayronas. Los antiguos peruanos mezclaban la cal con arena o con arcilla para obtener morteros que se empleaban en revestimientos y tarrajeos.
6.2 Definición El carbonato de calcio, en las distintas formas en que se encuentra en la naturaleza (piedra caliza), una vez calcinado (900°C) da lugar al oxido de calcio mas el anhídrido carbónico
CaC03+ calor -------------------------------------------------------- ► Ca 0+C02 Recién salida del horno la cal es amorfa ,terrosa, blanca y se encuentra ávida de agua con quien reaccionara para formar la cal apagada . CaO +H20 ---------------------------------------- ► Ca(OH)2+calor
La cal apagada tiene la propiedad de endurecer lentamente en contacto con el aire y por ello se utiliza como aglomerante . Con presencia de agua aglomera bien formando una pasta que endurece contacto con el CO2 del medio ambiente obteniéndose un aglomerante que químicamente vuelve a ser roca caliza .es decir primero se produce desecación por evaporación del agua de amasado y después una carbonatación por absorción del anhídrido carbónico C02 del aire : Ca (OH)2+C02 ---------------------------------------------------- ► CaC03+H20
Hidróxido de cálcico +anhídrido carbónico
Carbonato cálcico +agua
Esta reacción es muy lenta puede iniciarse 24 horas después del amasado y solidificar hasta seis meses después observándose inestabilidades volumétricas importantes que se pueden observar incluso fisuras y grietas. Si la piedra caliza que se calcina es muy rica en calcio, o sea casi pura, se obtiene cal gruesa. Si tiene algo de arcilla se obtiene cal hidráulica. Si la piedra caliza es totalmente pura, una vez calcinada toma el nombre de cal viva (oxido de calcio). 6.3 Clasificación. Las piedras calizas naturales son raras como especies químicamente puras (carbonato de calcio CaCÜ3), generalmente las acompañan otros materiales como el carbonato de magnesia MgCC>3, la arcilla, hierro, azufre, álcalis y materias orgánicas; éstas que al calcinarse con la piedra, de no volatilizarse, comunican a la cal propiedades que dependen de la proporción en que entran como constituyentes de la piedra caliza. Las clases de cales dependen de la mayor o menor cantidad de arcilla, siendo las denominaciones típicas: cal hidráulica; cal grasa; cal viva y cal dolomítica (Magra). 6.3.1 Cal Viva Material obtenido de la calcinación de la piedra caliza que al desprender anhídrido carbónico, se transforma en óxido de calcio (CaO), se le llama también cal en terrón y cal en polvo, y con ello se verifican idénticas operaciones que en el producto logrado con la cal grasa para realizar su apagado. 6.3.2 Cal aérea o grasa Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla y menos del 3%, MgCÜ3 y otras materias no mas de 4% ; el 90% deben ser Óxidos de calcio y magnesio para el caso de cales aéreas que suele utilizarse como morteros de enlucidos , la cal obtiene al calcinarse se le denomina cal aérea o grasa y al apagarse da una pasta fina y untuosa de ahí la denominación de grasa. La cal aérea debe reposar unos seis días para usos en morteros 6.3.3 Cal Magra o dolomítica Es una cal aérea, también llamada cal gris procedente de mezclas de rocas calizas y dolomíticas (menos de 5% arcillas y oxido de magnesio mayor a 10%) ,Cuando la caliza primitiva contiene impurezas tales como arena u otras sustancias extrañas que no producen acción química alguna en el producto resultante, sino que obran como simples adulterantes, y si la cal así obtenida contiene solamente de un 50 a 80% de óxido de calcio se le denomina magra , árida o dolomítica,. Esta cal se apaga mas lentamente que la grasa, desprendiendo menor calor, la pasta es menos untuosa y no es recomendable su uso en la construcción. Al apagarse la cal se forma una pasta gris poco aglomerada, cuanto mas grande es la proporción del oxido de magnesio peores son las cualidades de la cal resultante. Principalmente se usa como pintura.
6.3.4 Cal hidráulica Es la que proviene de la calcinación de calizas que tienen más del 5% de arcilla y que da un producto que además de los caracteres que poseen las cales grasas, pueden endurecer y solidificarse bajo el agua o en un medio húmedo. (A todos los materiales que poseen esta última propiedad se les denomina hidráulica, para distinguirlos de los otros que se llaman aéreas). Lo que diferencia una cal de otra, es que la hidráulica se obtiene a mayor temperatura y
además, como condición indispensable, es que las calizas que se emplean para fabricar la cal hidráulica contienen apreciable porcentaje de arcilla. Es una cal en polvo parcialmente apagada además de fraguar y endurecer en el aire también lo hace bajo el agua obtenido a partir de rocas calizas con altos contenidos de arcilla de hasta 20% y que por cocción a elevadas temperaturas se forma el oxido calcico libre necesario para que se pueda apagar y al mismo tiempo para que queden silicatos y aluminatos de calcio anhidros ( que no contienen agua) .Estas proporcionaran a la cal en polvo sus propiedades hidráulicas .Las cales hidráulicas tienen poco resistencia mecánica , el tiempo de fragua puede variar desde los dos días hasta los 36 días. 6.4 PROPIEDADES 6.4.1 PROPIEDADES MECÁNICAS - FÍSICO – QUÍMICAS
• Buena flexibilidad; lo que no ocurre con los aglomerantes artificiales. • Se adhiere muy bien a los soportes debido a la finura de su grano. • Aérea o hidráulica; la cal deja respirar los muros, favoreciendo los intercambios higrométricos. • Capta y arroja el agua, evitando las subidas de humedad. • Permeable al aire e impermeable al agua. • Excelente aislante térmico y acústico, contribuye a la comodidad de las viviendas. • Comportamiento al fuego bueno. • Propiedades desinfectantes. • Se utiliza cal viva para sanear establos y sótanos. • De una manera general la cal apagada combate las bacterias. • Su trabajabilidad es una cualidad esencial, particularmente en la restauración de edificios antiguos. • Peso especifico entre 3.08 y 3.3. • Reacciona exotéricamente 6.4.2 PROPIEDADES PLÁSTICAS
• La Untuosidad y la flexibilidad de los morteros a base de cal son muy apreciados por albañiles y decoradores. • Sus cualidades hacen que sea un producto tácil de usar, aplicable tanto mecánicamente como manualmente. • La lentitud de endurecimiento de los morteros a base de cal les permite ser flexibles y trabajables más tiempo. 3.4.3 PROPIEDADES ÓPTICAS • La blancura de algunas cales permite relevar y dar valor a arenas y óxidos que intervienen en la decoración, tanto se trate de un enlucido rústico como de un estuco italiano. • Brinda luminosidad, aspecto aterciopelado incomparable, es una cualidad indispensable para la decoración, que se puede obtener con la cal más que con otro material.
6.5 PROCESO DE FABRICACIÓN
La caliza en su estado natural constituye la materia prima para la producción de la cal. Una vez extraída, se lleva a una instalación de chancado primario donde se reduce hasta un tamaño máximo de entre 80 y 200 mm. La obtención de unas u otras granulometrías está en función del tipo y diseño del horno empleado (vertical, horizontal o rotativo). Mediante transportes adecuados, la cal viva obtenida se lleva a silos de almacenamiento, desde donde puede ser distribuida en sacos o a granel. Otra etapa del proceso es la producción de cal hidratada o apagada. En las instalaciones donde se fabrica la cal viva se lleva al hidratador, donde se mezcla con la cantidad adecuada de agua.
3.5 MATERIAS PRIMAS: • • Calizas Caliza dolomítica
Si una piedra caliza es pura y se somete a la acción de temperatura entre 800 y 900°C, se verifica la siguiente reacción: CaC03 + CALOR = C02 + CaO (CAL VIVA) (Piedra caliza) 880-900°C El Procedimiento anterior recibe el nombre de calcinación y encierra las tres operaciones siguientes: a) La piedra caliza pierde primeramente su agua de cantera entre 120 y 150°C. b) Se provoca en la caliza su disociación en oxido de calcio (CaO) y bióxido de carbono (CO2)
a una temperatura de 880y 900°C. ■ c) El bióxido de carbono en forma de gas, se pierde en la atmósfera, quedando como producto aprovechable el óxido de calcio (CaO), conocido como Cal Viva. Esta secuencia representa industrialmente el proceso a seguir, pero puede hacerse incompleto o modificarse según el medio y el objeto que persigue la industria rural o rústica no reclama una verdadera instalación y se vale de sus propios medios para satisfacer la necesidad que persigue. 3.6.1 Extracción La extracción de las calizas debe hacerse a cielo abierto para lograr el menor costo y se practica preferentemente por medio de voladuras para evitar, en cuanto sea posible, costo adicional para fragmentarla a tamaños convenientes.
6.2 Calcinación al aire libre de acuerdo al tipo de horno • La calcinación que se hace en hornos con forma de tronco de cono invertido. carga de estos hornos se hace por arriba en capas sucesivas de piedra caliza y carbón a medida que se saca la cal por debajo. La primera carga de caliza se dispone en forma de bóveda sobre las barras de hierro o parrilla y en el hogar que forma esta bóveda se hace lumbre de leña que enciende una primera capa de carbón de 5 a7 cm. de espesor, cual es cubierta con una capa de 20 a 22cm, y sucesivamente echando nuevas capas hasta que no se eleve el fuego. :
• Calcinación en hornos continuos.- estos hornos son de tipos diversos y han sufrido tantas transformaciones que seria materialmente imposible describirlos aquí. Como su nombre lo indica, son de producción continua, es decir permiten la descarga en su parte inferior, del material ya calcinado, recibiendo en su parte superior o tragante material frío o crudo, continuando este proceso
6.6.3 HIDRATACIÓN O APAGADO DE LA CAL
Proceso en el que el oxido de calcio o cal viva se transforma en hidróxido de calcio Ca(HO)2, mediante la reacción química exotérmica que experimenta la cal viva en presencia del agua, es decir: CaO + H20 =Ca(HO)2 + Calor
De esta operación depende la ausencia de elementos de cal viva que, posteriormente pueden hidratarse, provocando trastornos en los muros ñeque fue empleada la cal como aglutinante, puesto que, según hemos asentado, la cal viva al absorber el agua es capaz de incrementar de 3 a 3½ veces su volumen.
Durante la hidratación o apagado de la cal, las rocas de cal viva absorben agua desintegrándose y obteniéndose un polvo fino de color blanco.
6.6.4 Molienda Para este objeto se utiliza dos tipos de molinos: el de bolsas y el pulverizador de martillos, el primero, se ha ido suprimiendo gradualmente, debido a la potencia o energía que consume, pues, adelfas de la masa a moler hay necesidad de mover un peso elevado de bolsas de metal, lo que redunda en un elevado costo de molienda. El segundo, que muele por efecto de impacto entre los martillos y la cámara de molienda es mas utilizada actualmente. Su aplicación principal es parta casos de material de poca dureza, como lo es la cal de buena calidad. Para completar el ciclo industrial de la cal, es exigencia actual hacer pasar el producto molido por un separador tipo ciclón en el que, por medio de una corriente de aire se para un mejor producto.
6.6.5 Almacenado y envasado El producto final se almacena en silos con mecanismo adecuado en su parte inferior para el envasado automático, este hace en sacos de papel de doble forro de 25kg y 40kg de peso
6.7 USOS EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN Como material de construcción, ya sea como piedra ornamental o para la fabricación de cemento. Importantes cantidades se utilizan como agregado para concretos, y en la construcción de carreteras, en la industria química; como relleno de asfalto, fertilizantes, en la industria del vidrio, como fundente en la metalurgia y en la refinación del azúcar principalmente. - Contrapisos interiores y exteriores Colocación de mosaicos y baldosas - Manipostería - La cal apagada se emplea, principalmente, como material aglomerante en las construcciones. - La cal viva, para ser empleada en la construcción, debe ser "apagada" en la obra, o sea tratada con agua. - La cal se usa en la elaboración de modernos materiales de construcción como el concreto aireado y ladrillos de silicato de calcio. Estos materiales son apreciados porque poseen excelentes propiedades aislantes térmicas y acústicas, además de facilitar el
trabajo. - La cal se usa para estabilizar suelos arcillosos, para dar calidad durable, cohesión, dureza y resistencia a los caminos con el cemento y concreto, para producir acero, vidrio, plástico, hierro, aluminio, cristal, cables, de fibra óptica, papel, ladrillo, recubrimiento para techo, fibra de vidrio, pintura, espuma, alfombras; para la purificación del cobre, oro, plata, etc. - La cal se utiliza para preparar cemento y argamasa, y para neutralizar los suelos ácidos en la agricultura. - La cal viva y la cal hidratada son ampliamente usadas en la extracción de muchos minerales no ferrosos. En el proceso de flotación del cobre, la cal actúa como agente estabilizador y mantiene la alcalinidad en niveles adecuados. En la extracción del mercurio, la cal se usa para eliminar el azufre. Durante la extracción de zinc, níquel y plomo entre otros minerales, también se emplea cal. 6.7.1 Otras aplicaciones de la Cal Se usa también en la fabricación del carburo de calcio, de la soda cáustica, de la soda, del amoníaco, del vidrio, etc. - La lechada de cal se emplea, principalmente, para blanquear - También se usa como desinfectante para evitar el sarro de las tuberías, corrige la acidez del agua residual, como tratamiento de la materia orgánica y fertilizante. - También se emplea para fabricar papel y vidrio, para lavar la ropa blanca, para curtir las pieles o el cuero, en el refinado de azúcar y para ablandar el agua. - El agua de cal, que es una disolución alcalina de cal apagada en agua, se utiliza principalmente en medicina como antiácido, como neutralizador de un ácido venenoso o para el tratamiento de las quemaduras. - El agua de cal se emplea en farmacias (linimiento óleo-calcáreo) para quemaduras (agua de cal y aceite). 6.8 FÁBRICAS EN EL PERÚ Los yacimientos en la Costa son las más accesibles, cerca de Lima se explotan las calizas cretáceas de las formaciones Atocongo y Chilca para la fabricación de cemento y otros usos. En la costa de Ancash, se han encontrado relativamente pequeños e irregulares yacimientos de las calizas Santa del Cretáceo inferior. La ciudad de Trujillo se abastece de calizas muy puras de la Formación Simbal. En el departamento de Lambayeque se explotan calizas cretáceas que se presentan en pequeños yacimientos. En el departamento de Piura para obtener carbonato de calcio se recurre a la explotación de conchuelas. A lo largo de toda la costa peruana se encuentran depósitos de coquina o conchuela; las más abundantes se encuentran entre Pisco y Tacna. En el norte, las calizas de mayor interés son las del cretáceo Formación Cajamarca, utilizadas para la fabricación de cemento y cal; por ejemplo el yacimiento de la cantera Tembladera. En el centro del Perú, las calizas Jurásicas son las de mejores características, se utilizan para la fabricación de cemento. En cambio, las calizas cretáceas se emplean para la obtención de cal.
6.9 PRODUCCIÓN DE ALGUNOS MATERIALES EN EL PERÚ
6.10 IMPACTO AMBIENTAL Toda empresa debe ser consciente que toda producción genera impacto al medio ambiente; por ello debe implementar tecnología que conlleven a disminuir esas tendencias de contaminar el medio ambiente. El beneficio de minerales de piedra caliza requiere de un conjunto de actividades MineroMetalúrgicas que conllevan a obtener dos tipos de productos, la primera de ellas la cal viva y la segunda la cal apagada. El primer producto que se obtiene es la Cal Viva con un contenido de 90% de CaO, además de este producto se produce también Materiales de Desperdicio que aun contienen importantes cantidades de cal y que pueden recuperarse. Medio Físico b.l. Agua.- El agua es afectada por el cambio de uso, originalmente destinado al agro y ahora para uso industrial, este impacto cesará cuando el Proyecto culmine con su Plan de Cierre. b.2. Aire.- La calidad del aire es fuertemente afectada por la presencia de material suspendido. Estudios de monitoreo indican que la sensibilidad del material particulado puede alcanzar los 300 metros a partir del foco de producción y en la dirección del viento. La presencia de polvo en el aire se debe principalmente a dos factores: producción de polvos y corrientes de vientos. Para el caso de producción de polvos, los focos más importantes son: Fabricación de cal apagada, especialmente en las etapas de clasificación del producto utilizando ciclones. Áreas de clasificación de la cal obtenida de los hornos. • Áreas de depósitos de los residuos industriales. • Áreas de almacenamiento de productos. • Área de chancado y almacenamiento de insumos de procesos. • Vías de acceso a las diferentes áreas del Proyecto. • En general todos los sedimentables que no han sido recogidos oportunamente. 6.9.2 PROBLEMÁTICA MEDIO AMBIENTAL La producción de cal es una fuente potencial de contaminación del aire. En este apartado se expone de forma esquemática para cada una de las etapas del proceso, la problemática medioambiental y las correspondientes afecciones. AFECCIÓN PROBLEMÁTICA MEDIOAMBIENT AL ACOPIO Y C. PREPARACIÓN DE ATMOSFÉRICA MATERIAS PRIMAS C. RESIDUOS C. RUIDO C. CALCINACIÓN ATMOSFÉRICA C. RESIDUOS C. RUIDO C. CLASIFICACIÓN ATMOSFÉRICA Y MOLIENDA C. RESIDUOS C. RUIDO C. HIDRATACIÓN ATMOSFÉRICA C. RESIDUOS C. RUIDO MANTENIMIENTO, C. ENVASADO ATMOSFÉRICA Y ALMACENAMIENTO C. RESIDUOS C. RUIDO ETAPA AFECCIÓN Polvo arcilloso y calizo. Gases Polvo, lodos arcillosos y calizos .aceites Molesta CO, C02, NOx, S02 e Polvo, inquemados Polvo, partículas de materiales y fungibles no aptos Molesta Polvo y partículas Aceites usados Vapor Molesta de agua y polvos en suspensión Hidróxidos de cal (recuperables) Molesta Polvo Inertes y aceites usados Molesta
7.1 HISTORIA Los griegos descubrieron las mezclas de puzolana - cal, entre el 600 y 700 A.C., se ha identificado que el material utilizado como aglomerante en aquella época era una combinación de cal, tierra de santorín ,arena fina menor de 2 mm y agregado silíceo entre 10 y 20 mm, tenían una composición de 6 volúmenes de tierra de santorin ,2 volúmenes de cal y 1 volumen de arena fina . se utilizaron en los acueductos ,puentes desagües etc. algunas de las cuales actualmente se encuentran funcionando, tal es el caso del acueducto y del panteón construido por Adriano. La puzolana esta compuesta por cerca del 80 % de vidrios volcánicos Todas estas estructuras proporciona evidencias de la durabilidad de los morteros puzolana- cal bajo condiciones de exposición a climas templados o fríos 7.2 DEFINICIÓN El ASTM, define: "Las puzolanas son materiales silíceos o alúmina-si liceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes". También se puede decir que la puzolana es una adición mineral, polvo muy fino que mejora mucho el comportamiento del concreto en el estado fresco, actúa con el hidróxido de calcio resultante de la hidratación del cemento produciendo silicato de calcio hidratado en forma de tobermorita incrementando su impermeabilidad y resistencia a los sulfatos. Todas estas estructuras evidencian mayor durabilidad de los morteros puzolana - cal bajo condiciones de exposición a climas templados o fríos.
7.3COMPOSICIÓN QUÍMICA 7.3.1 PROPIEDADES DE LAS PUZOLANAS Las propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales óxidos (Si02, A1203, Fe2C>3) sea mayor del 70%.
Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa. En el caso de las puzolanas obtenidas como desechos de la agricultura (Cenizas de la Caña de Azúcar y el Arroz), la forma más viable de mejorar sus propiedades es realizar una quema controlada en incineradores rústicos, donde se controla la temperatura de combustión, y el tiempo de residencia del material. Si la temperatura de combustión está en el rango entre 400-760 °C, hay garantía de que la sílice se forma en fases amorfas, de mucha reactividad. Para temperaturas superiores comienzan a formarse fases cristalinas de sílice, poco aglomerantes.
7.5 CLASIFICACIÓN 7.5.1 LAS PUZOLANAS NATURALES Se clasifican en cuatro categorías: vidrios volcánicos no alterados, tufas volcánicas, arcillas o esquistos calcinados, y sílices opalinas crudas o calcinadas. 7.5.2PUZOLANASARTIFICIALES:
Cenizas volantes: Las cenizas que se producen en la combustión de carbón mineral (lignito) fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad. Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: Por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 °C. Escorias de fundición: Principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa. Las cenizas de residuos agrícolas: La ceniza de cascarilla de arroz y las cenizas del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión.. 7.6 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS El reemplazo parcial del cemento por puzolana incrementa la resistencia del concreto a los sulfatos y los ataques por agua de mar. Ello se debería a la remoción de hidróxido libre que se forma en la forma en la hidratación del cemento. El resultado es que la pasta endurecida contiene menos hidróxido de calcio, más Silicato de calcio hidratado, y otros productos de baja porosidad .la hidratación de mezclas de cemento hecho con puzolanas naturales de origen volcánico indican que el refinamiento de los poros resultante de la reacción puzolanica es importante para garantizar la durabilidad química y la resistencia mecánica. 7.7 USOS Las puzolanas de origen natural han sido empleadas en concretos masivos, así como en construcciones de concreto y fabricación de productos de concreto. Pueden ser empleadas como reemplazo parcial del cemento Portland o como una adición al mismo. Algunas puzolanas naturales han sido empleadas en la misma forma que las cenizas Hoy los cementos adicionados, consistentes de cemento Portland y puzolana, se encuentran especificados por las normas ASTM C 595 y C 1157. Son empleados en construcciones de
concreto por razones económicas para ayudar a reducir el consumo de energía y alcanzar los beneficios técnicos especificados.
7.8 EFECTOS SOBRE LAS PROPORCIONES DE MEZCLA Las proporciones óptimas para una combinación dada de puzolana cemento. Portland no pueden ser predichas. Cuando es emplea como reemplazo en igual volumen o igual masa al cemento. Siendo la densidad de las puzolanas menor que la del cemento el reemplazo por volumen es empleado en un porcentaje dado. La masa de la puzolana puede ser mayor que la del cemento reemplazado si el concreto es dosificado para óptimas propiedades y máxima economía. La cantidad de puzolana natural empleada varia significativamente en función de la actividad puzolanas. Algunas se emplean en un rango del 15% al 35% sobre la base de la masa del material cementante total en el concreto .las puzolanas naturales mas reactivas pueden ser empleadas en bajas concentraciones de 5% al 15% por masa del material cementante total.
7.9 EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO • Las puzolanas producen una mezcla cohesiva que mantiene una consistencia plástica, mejorando la trabajabilidad • Absorben el agua de la mezcla y la mantienen en el sistema, mejorando el acabado. • Su empleo reduce la segregación y exudación, e incrementa la resistencia. • No requiere incremento en el contenido total de agua para la consistencia deseada. • La contracción por secado y la absorción del concreto endurecido no son afectadas por su empleo. permite beneficios económicos al permitir una reducción del contenido de cemento Portland en la mezcla. • Son partículas suaves y redondeadas a fin de reducir la demanda de agua, permitiendo máximas proporciones de materia sólida y mínimas de agua. • Las características de tiempo de fraguado son influenciadas por la temperatura ambiente y del concreto, el tipo, fuente, contenido y fineza del cemento, contenido de agua de la pasta, los álcalis solubles en agua, el uso de otros aditivos, la cantidad de puzolana y la fineza de esta.
EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO
• Contribuyen a la resistencia debido a su composición química y a sus características físicas en términos al acomodo de partículas. • Cuando se emplean puzolanas de baja actividad química para reemplazar al cemento sobre la base de iguales volúmenes, la resistencia inicial puede reducirse.
8.- ESCORIAS DE ALTOS HORNOS
Las escorias de alto horno son el producto no metálico consistente esencialmente de silicatos y aluminosilicatos de calcio y de otras bases, que es desarrollado en condición de ñinción en forma simultánea con el hierro en hornos de función. las escorias de alto horno enfriadas al aire son el material resultante de la solidificación de las escorias de alto homo liquidas bajo condiciones atmosféricas , el subsecuente enfriamiento puede ser acelerado por aplicación de agua a la superficie solidificada .las escorias de alto homo un cemento hidráulico consiste esencialmente en una mezcla intima y uniforme cemento Portland y escoria de alto homo finamente granulada , cemento Pórtland y puzolana, o cemento Pórtland con escoria de alto homo y puzoíana, producida por la molienda intima de clinker de cemento Pórtland con los otros materiales o por la mezcla de cemento Pórtland con los otros materiales , o una combinación de molienda y mezcla . En la actualidad se utilizan en la planta de cemento Pacasmayo, provenientes de la siderúrgica de chimbóte. 8.2 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS • La sílice, calcio, aluminio, magnesio y oxigeno constituyen el 95% o mas de la escoria de alto homo. • Las escorias enfriadas lentamente son predominante cristalinas y por tanto no poseen propiedades cementantes significativas. 8.3 ESPECIFICACIONES La norma ASTM C989 proporciona tres grados de resistencia de las escorias, dependiendo de su respectiva resistencia de mortero cuando son mezcladas con una masa igual de cemento Portland. la clasificación son los grados :120, lOOy 80 basados sobre el índice de actividad de la escoria. 8.4 ACTIVIDAD HIDRÁULICA El principal producto de hidratación que se forma cuando las escorias son mezcladas con cemento Portland y agua es silicato de calcio hidratado. Cuando las escorias son mezcladas con agua, estas reaccionan con los álcalis y el hidróxido de calcio para producir Silicato de calcio hidratado adicional. La reacción inicial es limitada , hasta la disponibilidad de álcalis, hidróxido de calcio o sulfatos . 8.5 FACTORES QUE DETERMINAN LAS PROPIEDADES CEMENTANTES Los principales factores que deberán influir en la efectividad del uso de las escorias cementantes hidráulicos son: a) b) c) d) e) Composición química de las escorias. Concentración de álcalis del sistema Contenido de vidrio de las escorias Fineza de las escorias y del cemento Pórtland. Temperatura en la fase inicial del proceso de hidratación.
8.6 ALMACENAMIENTO, MANEJO Y DOSIFICACIÓN Las escorias deberán ser almacenadas en silos para proporcionar protección contra daños y contaminación. Cuando se emplea silos con compartimentos, deberá efectuarse chequeos periódicos para evitar la contaminación del material almacenado las escorias son manejadas con la misma clase de equipo que el cemento Pórtland. Vaciado y limpieza periódicos son recomendables.
Las escorias deberán ser dosificadas por peso de acuerdo con los requerimientos del ACI 304r y ASTM C94. Cuando la escoria es dosificada acumulativamente en el mismo equipo de pesado que el cemento, la escoria deberá seguir en el pesado al cemento. Cuando las escorias son introducidas en la mezcladora, es preferible introducirlas conjuntamente con los otros componentes de la mezcla de concreto 8.7 PROPORCIONAMIENTO DEL CONCRETO Las proporciones de la escoria se eligen según los propósitos para los cuales el concreto va ser empleado, cuando las escorias son mezcladas con cemento Pórtland, la combinación de materiales cementantes dará por resultado propiedades físicas que son características del material predominante. Las escorias tienen mayor plasticidad y facilidad de compactación, por lo tanto puede emplearse mayor volumen de agregado grueso para reducir la demanda de agua. Un incremento en el agregado grueso puede ser deseable dado que reduce la contracción de la mezcla del concreto, especialmente cuando se emplean altos contenidos de cemento. 8.8 EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO 8.8.1 Trabajabilidad Los concretos con escorias tienen mejores características en cuanto se refiere a la trabajabilidad y facilidad de coloración, siendo ello debido a las características superficiales de las escorias que crean planos muy suaves en la pasta. Ello también origina que poca o ningún agua pueda ser absorbida por estas durante el mezclado inicial. Así, los concretos con escorias presentan mayor trabajabilidad debido al incremento de pasta y de la cohesividad de la mezcla. 8.82 Tiempo de fraguado Puede esperarse un incremento en el tiempo de fraguado cuando se emplea escorias como reemplazo del cemento en las mezclas. El incremento depende de la temperatura inicial del concreto, la proporción de mezcla empleada, la relación agua / material cementante, y las características del cemento Pórtland. En general el tiempo de fraguado inicial se prolonga en media a unas temperaturas. En altas temperaturas puede ser, deseable una mas lenta longitud de fraguado, pero debe tenerse cuidado para minimizar el agrietamiento por contracción plástica. 8.8.3 Exudación El efecto de las escorias sobre la exudación de la mezcla depende de la fineza de la escoria cuando se la compara con la del cemento, así como el efecto combinado de estos dos cementantes. Si la escoria es más fina que el cemento la exudación se reduce, si la escoria es más gruesa, la magnitud y velocidad de la exudación pueden incrementarse. El tiempo de fraguado y la calidad no absorbente de las escorias densas pueden contribuir al incremento de la exudación. 8.9 EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES DE CONCRETO ENDURECIDO Resistencia el efecto de las escorias sobre la resistencia depende de su índice de actividad y de la magnitud de su empleo en la mezcla. La resistencia de morteros al 50% depende del grado del escoria, los factores que pueden afectar el comportamiento de las escorias en el concreto son la
relación agua / material cementante las características físicas y químicas del cemento Pórtland, y las condiciones de curado. El porcentaje de ganancia de resistencia alcanzando con una escoria de grado 120 es mucho mayor en mezclas que tienen una alta relación agua/ material cementante que el que alcanzaría en mezclas con una baja relación agua - material cementante, la temperatura de curado tiene efecto importante sobre la resistencia. Especialmente en edades iniciales. Los concretos con escorias tienen un excelente comportamiento en curados bajo elevadas temperaturas. Se han reportado resistencias que exceden las del concreto al día y edades posteriores para condiciones de curado acelerado. Inversamente, la reducción de la resistencia en edades iniciales puede esperarse cuando los concretos con escorias han sido curados a temperaturas normales o bajas . La proporción de escorias también afecta la resistencia y la magnitud de su ganancia con escorias altamente activas , las mayores resistencias a los 28 días se encuentran para mezclas de 40% a 50% ver figura 8.4 para resistencias tempranas ,1a magnitud de la ganancia de resistencia es diversamente proporcional a la cantidad de escoria empleada , ver figura 8.5 en la resistencia en flexión ( modulo de rotura) se aprecian incrementos a edades mas allá de los 7 días , debido fundamentalmente a um¡n incremento en la densidad de la pasta y una mejora en la adherencia en la interfase pasta - agregado 8.9.1 Modulo de elasticidad Se han encontrado el mismo módulo de elasticidad en concretos que contenían cemento pórtland con escoria de alto horno cuando se los comparaba con concreto preparado con cemento pórtland tipo I. 8.9.2 Escurrimiento y contracción En los casos de la contracción y el escurrimiento plástico del concreto algunas investigadores han encontrado pocas diferencias cuando los cemento Portland con escoria fueron comparados con los cementos Portland., otros han informado de mayores escurrimiento plásticos y contracción cuando se empleo diversas mezclas de escorias . Se ha concluido que el incremento en la contracción puede ser debido al mayor volumen de pasta en el concreto cuando la escoria es sustituida sobre la base de igual masa. 6.9.3 Influencia de curado El concreto con escorias deberá ser mantenido en condiciones favorables de humedad y temperatura durante su primera etapa, a fin de permitirle desarrollar su potencial de resistencia y durabilidad. El concreto mezclado con escorias o como ingrediente separado, experimenta pérdida de resistencia de la misma magnitud cuando el curado se detiene a los 3 días cuando la escoria es mayor del 30% el concreto es mas susceptible a las condiciones de curado pobre que los concretos sin escoria. 8.9.4 Efecto de la temperatura La presencia de escorias en el concreto reduce la elevación de temperatura en concreto masivo. De acuerdo a los ensayos de la norma ASTM C 186, las mezclas con escorias producen las mayores acumulaciones de calor. La incorporación de escorias a las mezclas reduce la magnitud inicial en la generación de calor, esta reducción es directamente proporcional a la proporción de escoria empleada. El calor de hidratación depende del cemento Pórtland empleado y de la actividad de la escoria se puede esperar una reducción en el calor de hidratación cuando las
escorias se emplean para reemplazar igual cantidad de cemento . Los poros en el concreto normalmente contienen hidróxido de calcio y son, en parte, llenados con silicato de calcio hidratado."La permeabilidad del concreto depende de su porosidad y de la distribución de poros por tamaños. Si la proporción de escorias excede del 50% de total de material cementante se puede obtener altas resistencias a los sulfatos cuando se emplea cemento tipo II .las mezclas de 50% de escorias y cemento Pórtland tipo I, con mas del 12% de C3A, tiene una resistencia a los sulfatos equivalente a la de los cementos tipo V. los cambios que mejoran la resistencia a los sulfatos del concreto influyen: a) Los incrementos en la resistencia a los sulfatos no solo dependen del contenido del contenido de C3A sino también del contenido de alúmina de la escoria. b) Cuando el contenido de alúmina de la escoria es menor del 11% se aprecia un incremento en la resistencia a los sulfatos independientemente del contenido de C3A del cemento cuando se emplea escorias entre 20%y 50% c) Si se tiene una reducción del hidróxido del calcio soluble en la formación de los hidratos del silicato del calcio, las posibilidades de formación del sulfoaluminato de calcio (etringita) se reducen. d) La resistencia al ataque por sulfatos depende de la permeabilidad del concreto o la pasta. La formación de silicato del calcio hidratado en los poros , normalmente ocupados por álcalis e hidróxido de calcio, reduce la permeabilidad de la pasta y previene la introducción de sulfatos agresivos . Reducción de la expansión álcali- sílice El empleo de escorias como reemplazo parcial del cemento reduce la expansión potencial del concreto debido a la reacción álcali- sílice en aquellos casos en que la escoria ha sido empleada en cantidades mayores del 40% del material cementante total cuando se emplean cementos que tiene un contenido de álcalis hasta el 1% cuando el contenido de escoria esta en el orden del 40% al 65% del material cementante total, la expansión virtualmente es eliminada cuando se ensaya de acuerdo a ASTM C227. Resultados similares se han obtenido cuando se emplea cemento Pórtland con escoria de alto horno. Resistencia a la corrosión Se ha considerado el peligro potencial de los efectos de los sulfatos en las escoria. Se ha demostrado que su empleo no tiene efectos negativos sobre la corrosión del acero. Igualmente se ha encontrado que una ligera reducción en el PH de la solución de poros no tiene impacto negativo sobre la pasividad del acero de refuerzo, y que el empleo de escorias en concreto de buena calidad, reduce la permeabilidad del concreto reduciendo así la penetración de cloruros y dióxido de carbono los cuales promueven la corrosión del acero.
SEGUNDO EXAMEN PARCIAL 06 DE JUNIO DEL 2013
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