Los ingredientes del cemento son componentes diversos que se combinan para crear un material de construcción resistente y duradero. Las materias primas, cuidadosamente seleccionadas y combinadas para producir diferentes efectos y tipos de cemento, son cal, sílice, alúmina, mineral de hierro, áridos, yeso y materiales cementosos suplementarios.
Cada uno de estos ingredientes del cemento juega un papel único en las reacciones químicas y cualidades específicas del cemento. Esta combinación da como resultado una sustancia versátil y duradera que los constructores han usado durante siglos y todavía usan hoy.
Ingredientes del cemento: ¿De qué está hecho el cemento?
El cemento es una mezcla de ingredientes crudos que están diseñados para producir un tipo específico de cemento. Cada ingrediente del cemento aporta cualidades particulares al cemento. Pero la introducción de un ingrediente particular también presenta limitaciones que hacen que el cemento funcione de una manera distinta.
Cal
La piedra caliza es una roca sedimentaria que está compuesta principalmente de carbonato de calcio en forma de calcita. La piedra caliza es un recurso natural abundante y su versatilidad, abundancia y cualidades estéticas la han convertido en un recurso valioso. Durante siglos, la gente ha utilizado la piedra caliza como material de construcción, acondicionador del suelo e ingrediente crudo de otros productos.
La piedra caliza es una valiosa materia prima del cemento porque proporciona calcio. Esto es fundamental en las reacciones químicas que se producen durante el proceso de hidratación del cemento. El calcio reacciona con el agua para formar un gel hidratado de silicato de calcio que ayuda a que el cemento se endurezca y gane resistencia. La cal también sirve como retardador, retardando el tiempo de fraguado del cemento.
La calidad de la cal variará de una fuente a otra. Parte de la cal presentará cantidades excesivas de impurezas, lo que afectará la calidad del producto de cemento. También es fundamental determinar la cantidad correcta de cal en la mezcla de cemento. Demasiada cal aumentará el tiempo de fraguado y disminuirá la resistencia. Muy poca cal provocará tiempos de fraguado rápidos y puede aumentar la susceptibilidad a los ataques de sulfatos.
Sílice
La sílice es un compuesto natural y uno de los más abundantes en la corteza terrestre. Los fabricantes de cemento obtienen sílice de recursos naturales como la arcilla y el esquisto.
La sílice reacciona con la piedra caliza para formar compuestos responsables de la resistencia del cemento. La sílice también contribuye a las cualidades hidráulicas del cemento y ayuda a que se endurezca cuando se mezcla con agua.
Al fabricar cemento, los fabricantes deben controlar las cantidades de sílice para producir cemento con los resultados deseados. Un exceso de sílice puede retrasar el desarrollo de resistencia y requerirá tiempo de curado adicional. Demasiada sílice también puede aumentar la contracción del cemento y provocar grietas que se desarrollan durante el estado de secado.
Alúmina
La alúmina u óxido de aluminio se deriva de la bauxita. La bauxita es un mineral parecido a la arcilla rico en aluminio.
La alúmina ayuda a que el cemento fragüe más rápidamente y mejora la resistencia a los sulfatos. También ayuda al cemento a producir calor durante la hidratación, lo cual es importante para ayudar al cemento a fraguar en condiciones de clima frío.
Demasiada alúmina puede hacer que el cemento fragüe demasiado rápido, lo que dificulta su uso. Cantidades excesivas de alúmina pueden causar una rápida resistencia a corto plazo pero una reducción de la durabilidad del cemento a largo plazo.
Mineral de hierro
El mineral de hierro es roca o minerales que contienen hierro metálico. El mineral de hierro contiene óxidos de hierro como hematita y magnetita, que son ingredientes importantes del cemento.
El mineral de hierro actúa como colorante en el cemento. Puede crear tonos de cemento rojo, marrón y negro, lo que contribuye al atractivo estético. El mineral de hierro también actúa como agente fundente para reducir el punto de fusión de las materias primas. Esto les ayuda a fusionarse más eficazmente.
Las impurezas como el azufre o el fósforo presentes en el mineral de hierro afectarán la resistencia, durabilidad y trabajabilidad del cemento.
Agregados
Los agregados son materiales granulares que los productores de cemento agregan a la mezcla de cemento. Proporcionan la mayor parte del volumen de la mezcla y proporcionan volumen, resistencia y estabilidad. Los agregados comunes en el cemento son arena, grava, piedra triturada, agregado de concreto reciclado (RCA) y agregados livianos como arcilla expandida, esquisto o pizarra.
La naturaleza entrelazada de los agregados contribuye a la resistencia general y la capacidad de carga del cemento. Ayudan a controlar la contracción del cemento durante el proceso de secado y curado. La adición de agregados también ayuda a mantener bajo el costo del cemento.
Los agregados aumentan la necesidad de agua adicional para asegurar una buena trabajabilidad del cemento. Ciertos agregados también pueden causar una reacción álcali-sílice con los componentes alcalinos de la pasta de cemento, lo que puede causar agrietamiento, expansión y deterioro del cemento con el tiempo.
Yeso
El yeso es un mineral compuesto de sulfato de calcio dihidrato y es un aditivo común en el cemento. El yeso actúa como retardador del cemento, retardando el tiempo de fraguado inicial. Esta cualidad permite a los trabajadores una mejor trabajabilidad y una colocación prolongada. La adición de yeso ayuda a prevenir el rápido endurecimiento del cemento cuando entra en contacto con el agua y protege el cemento del deterioro en ambientes ricos en azufre.
Demasiado yeso puede provocar un retraso en el desarrollo de la resistencia. Los fabricantes también deben considerar la composición química exacta de los ingredientes específicos de su cemento, ya que el yeso puede reaccionar con ciertos químicos en la mezcla y degradar el rendimiento y las propiedades del cemento.
Materiales Cementantes Suplementarios (SCM)
Además de los ingredientes estándar del cemento, existen materiales cementosos que contienen algunos cementos. Estos materiales incluyen cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas y escorias.
Los SCM brindan muchos beneficios en el cemento. Ayudan a mejorar la trabajabilidad, cohesividad, resistencia y durabilidad, así como a reducir la permeabilidad y el desarrollo de temperatura en el cemento. La introducción de SCM también ayuda a mejorar los beneficios ambientales de un tipo particular de cemento. Muchos SCM son subproductos de la industria del cemento que irían a los vertederos a menos que se trituraran para convertirse en parte del cemento. También ayudan a reducir la necesidad de producción de cemento en bruto.
En algunos casos, los SCM están asociados con un retraso en el desarrollo de la resistencia del cemento. Los SCM están disponibles en diferentes composiciones y tamaños de partículas, por lo que pueden variar según las calidades que producen. Los productores de cemento deben seleccionar cuidadosamente los SCM para producir cemento con las cualidades deseadas.
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