El cemento Portland es el tipo de cemento más común de uso general en todo el mundo como ingrediente básico de concreto , mortero , estuco y lechada no especial . Fue desarrollado a partir de otros tipos de cal hidráulica en Inglaterra a principios del siglo XIX por Joseph Aspdin , y generalmente se origina en piedra caliza . Es un polvo fino , producido al calentar minerales de arcilla y piedra caliza en un horno para formar clinker , triturar el clinker y agregar del 2 al 3 por ciento de yeso.. Hay varios tipos de cemento Portland disponibles. El más común, llamado cemento Portland ordinario (OPC), es gris, pero también está disponible cemento Portland blanco. Su nombre se deriva de su parecido con la piedra de Portland que se extrajo en la isla de Portland en Dorset , Inglaterra. Fue nombrado por Joseph Aspdin, quien obtuvo una patente en 1824. Sin embargo, su hijo William Aspdin es considerado el inventor del cemento Portland "moderno" debido a sus desarrollos en la década de 1840. [1]
El cemento Portland es cáustico , por lo que puede provocar quemaduras químicas. [2] El polvo puede causar irritación o, en caso de exposición severa, cáncer de pulmón y puede contener una serie de componentes peligrosos, como sílice cristalina y cromo hexavalente . Las preocupaciones ambientales son el alto consumo de energía requerido para extraer, fabricar y transportar el cemento y la contaminación del aire relacionada, incluida la liberación de gases de efecto invernadero (por ejemplo, dióxido de carbono ), dioxinas , NO x , SO 2 y partículas. La producción de cemento Portland contribuye con aproximadamente el 10% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono . [3] La Agencia Internacional de Energía ha estimado que la producción de cemento aumentará entre un 12 y un 23% para 2050 para satisfacer las necesidades de la creciente población mundial. [4] Hay varias investigaciones en curso que apuntan a un reemplazo adecuado del cemento Portland por materiales cementantes suplementarios. [5]
El bajo costo y la amplia disponibilidad de la piedra caliza, las lutitas y otros materiales naturales utilizados en el cemento Portland lo convierten en uno de los materiales de menor costo ampliamente utilizados durante el último siglo. El hormigón producido a partir de cemento Portland es uno de los materiales de construcción más versátiles del mundo.
Historia
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El cemento Portland se desarrolló a partir de cementos naturales fabricados en Gran Bretaña a partir de mediados del siglo XVIII. Su nombre se deriva de su similitud con la piedra de Portland , un tipo de piedra de construcción extraída en la isla de Portland en Dorset, Inglaterra. [6]
El desarrollo del cemento Portland moderno (a veces llamado cemento Portland ordinario o normal) comenzó en 1756, cuando John Smeaton experimentó con combinaciones de diferentes calizas y aditivos, incluidos trass y puzolanas , relacionados con la construcción planificada de un faro, [7] ahora conocido como la Torre de Smeaton . A finales del siglo XVIII, el cemento romano fue desarrollado y patentado en 1796 por James Parker . [8] El cemento romano se hizo popular rápidamente, pero fue reemplazado en gran parte por cemento Portland en la década de 1850. [7] En 1811, James Frost produjo un cemento que llamó cemento británico. [8] Se informa que James Frost erigió una fábrica para la fabricación de cemento artificial en 1826. [9] En 1811, Edgar Dobbs de Southwark patentó un cemento del tipo inventado 7 años más tarde por el ingeniero francés Louis Vicat . El cemento de Vicat es una cal hidráulica artificial y se considera el "principal precursor" [7] del cemento Portland.
El nombre cemento Portland está registrado en un directorio publicado en 1823 y está asociado con William Lockwood y posiblemente con otros. [10] En su patente de cemento de 1824, Joseph Aspdin llamó a su invento "cemento Portland" debido a su parecido con la piedra Portland . [6] Sin embargo, el cemento de Aspdin no se parecía en nada al cemento Portland moderno, sino que fue un primer paso en el desarrollo del cemento Portland moderno y se le ha llamado "cemento proto-Portland". [7]
William Aspdin había dejado la empresa de su padre para formar su propia fábrica de cemento. En la década de 1840, William Aspdin, aparentemente accidentalmente, produjo silicatos de calcio que son un paso intermedio en el desarrollo del cemento Portland. En 1848, William Aspdin mejoró aún más su cemento. Luego, en 1853, se trasladó a Alemania, donde se dedicó a la fabricación de cemento. [10] William Aspdin fabricó lo que podría llamarse 'cemento meso-Portland' (una mezcla de cemento Portland y cal hidráulica). [11] Isaac Charles Johnson refinó aún más la producción de 'cemento meso-Portland' (etapa intermedia de desarrollo) y afirmó ser el verdadero padre del cemento Portland. [12]
En 1859, John Grant, del Metropolitan Board of Works, estableció los requisitos para el uso del cemento en el proyecto de alcantarillado de Londres . Esto se convirtió en una especificación para el cemento Portland. El siguiente desarrollo en la fabricación de cemento Portland fue la introducción del horno rotatorio , patentado por Frederick Ransome en 1885 (Reino Unido) y 1886 (Estados Unidos); lo que permitió una mezcla más fuerte, más homogénea y un proceso de fabricación continuo. [7] El horno "sin fin" de Hoffmann, que se decía que proporcionaba un "control perfecto sobre la combustión", se probó en 1860 y mostró que el proceso producía un cemento de mejor calidad. Este cemento se fabricó en Portland Cementfabrik Stern en Stettin, que fue el primero en utilizar un horno Hoffmann. [13] La Asociación de Fabricantes Alemanes de Cemento emitió una norma sobre el cemento Portland en 1878. [14]
El cemento Portland se había importado a los Estados Unidos desde Alemania e Inglaterra, y en las décadas de 1870 y 1880, lo producía el cemento Eagle Portland cerca de Kalamazoo, Michigan. En 1875, se produjo el primer cemento Portland en los hornos Coplay Cement Company bajo la dirección de David O. Saylor en Coplay, Pensilvania . [15] A principios del siglo XX, el cemento Portland fabricado en Estados Unidos había desplazado a la mayor parte del cemento Portland importado.
Composición
ASTM C150 [2] define el cemento Portland como:
cemento hidráulico (cemento que no solo se endurece al reaccionar con el agua, sino que también forma un producto resistente al agua) producido por pulverización de clinkers que consisten esencialmente en silicatos de calcio hidráulicos, que generalmente contienen una o más de las formas de sulfato de calcio como adición entre molidos. [dieciséis]
La norma europea EN 197-1 utiliza la siguiente definición:
Clinker de cemento Portland es un hidráulico material que estará compuesto de al menos dos tercios en masa de silicatos de calcio , (3 CaO · SiO 2 , y 2 CaO · SiO 2 ) , estando constituido el resto aluminio y fases del clínker que contienen hierro y otros compuestos. La relación de CaO a SiO 2 no debe ser inferior a 2,0. El contenido de óxido de magnesio ( MgO ) no superará el 5,0% en masa.
(Los dos últimos requisitos ya se establecieron en la Norma alemana , emitida en 1909).
Los clínker constituyen más del 90% del cemento, junto con una cantidad limitada de sulfato de calcio (CaSO 4 , que controla el tiempo de fraguado) y hasta un 5% de componentes menores (rellenos) según lo permitido por varias normas. Los clínker son nódulos (diámetros, 0,2 a 1,0 pulgadas [5,1 a 25,4 milímetros]) de un material sinterizado que se produce cuando una mezcla cruda de composición predeterminada se calienta a alta temperatura. La reacción química clave que define al cemento Portland de otras cales hidráulicas ocurre a estas altas temperaturas (> 1300 ° C (2370 ° F)) cuando la belita (Ca 2 SiO 4 ) se combina con el óxido de calcio (CaO) para formar alita (Ca 3 SiO 5 ). [17]
Fabricación
El clínker de cemento Portland se fabrica calentando, en un horno de cemento , una mezcla de materias primas a una temperatura de calcinación superior a 600 ° C (1112 ° F) y luego a una temperatura de fusión, que es de aproximadamente 1450 ° C (2640 ° F) para cementos modernos, para sinterizar los materiales en clinker.
Los materiales del clínker de cemento son alita, belita, aluminato tricálcico y alumino ferrita tetracálcica. Los óxidos de aluminio, hierro y magnesio están presentes como un fundente que permite que los silicatos de calcio se formen a una temperatura más baja, [18] y contribuyen poco a la resistencia. Para cementos especiales, como los tipos de baja temperatura (LH) y resistentes a los sulfatos (SR), es necesario limitar la cantidad de aluminato tricálcico (3 CaO · Al 2 O 3 ) formado.
La principal materia prima para la fabricación de clínker suele ser piedra caliza (CaCO 3 ) mezclada con un segundo material que contiene arcilla como fuente de aluminosilicato. Normalmente, se utiliza una piedra caliza impura que contiene arcilla o SiO 2 . El contenido de CaCO 3 de estas calizas puede ser tan bajo como el 80%. Las materias primas secundarias (materias de la mezcla de materias primas distintas de la piedra caliza) dependen de la pureza de la piedra caliza. Algunos de los materiales utilizados son arcilla , pizarra , arena , mineral de hierro, bauxita , cenizas volantes y escoria . Cuando un horno de cemento se enciende con carbón, la ceniza del carbón actúa como materia prima secundaria.
Molienda de cemento
Para lograr las cualidades de fraguado deseadas en el producto terminado, se agrega una cantidad (2-8%, pero típicamente 5%) de sulfato de calcio (generalmente yeso o anhidrita ) al clínker y la mezcla se muele finamente para formar el cemento terminado. polvo. Esto se logra en un molino de cemento . El proceso de trituración se controla para obtener un polvo con un amplio rango de tamaño de partícula , en el que típicamente el 15% en masa consiste en partículas de menos de 5 μm de diámetro y el 5% de partículas de más de 45 μm. La medida de finura generalmente utilizada es el ' área de superficie específica ', que es el área de superficie total de partículas de una unidad de masa de cemento. La velocidad de reacción inicial (hasta 24 horas) del cemento al agregar agua es directamente proporcional a la superficie específica. Los valores típicos son 320–380 m 2 · kg −1 para cementos de uso general y 450–650 m 2 · kg −1 para cementos de 'endurecimiento rápido'. El cemento se transporta mediante cinta o bomba de polvo a un silo para su almacenamiento. Las plantas de cemento normalmente tienen suficiente espacio en el silo para una a 20 semanas de producción, dependiendo de los ciclos de demanda local. El cemento se entrega a los usuarios finales en bolsas o como polvo a granel soplado desde un vehículo a presión al silo del cliente. En los países industrializados, el 80% o más del cemento se entrega a granel.
| Escoria de huella | CCN | Masa (%) |
|---|---|---|
| Silicato tricálcico (CaO) 3 · SiO 2 | C 3 S | 25-50% |
| Silicato dicálcico (CaO) 2 · SiO 2 | C 2 S | 20–45% |
| Aluminato tricálcico (CaO) 3 · Al 2 O 3 | C 3 A | 5-12% |
| Aluminoferrita de tetracalcio (CaO) 4 · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 | C 4 AF | 6-12% |
| Yeso CaSO 4 · 2 H 2 O | CS̅H 2 | 2–10% |
| Cemento | CCN | Masa (%) |
|---|---|---|
| Óxido de calcio, CaO | C | 61–67% |
| Dióxido de silicio, SiO 2 | S | 19-23% |
| Óxido de aluminio, Al 2 O 3 | A | 2,5–6% |
| Óxido férrico, Fe 2 O 3 | F | 0–6% |
| Óxido de azufre (VI), SO 3 | S | 1,5–4,5% |
Fraguado y endurecimiento
El cemento fragua cuando se mezcla con agua a través de una compleja serie de reacciones químicas que todavía se comprenden sólo en parte. [ cita requerida ] Los diferentes componentes cristalizan lentamente, y el entrelazamiento de sus cristales le da al cemento su resistencia. El dióxido de carbono se absorbe lentamente para convertir la portlandita (Ca (OH) 2 ) en carbonato de calcio insoluble . Después del fraguado inicial, la inmersión en agua tibia acelerará el fraguado. Se agrega yeso como inhibidor para evitar el fraguado rápido (o flash).
Usar
El uso más común del cemento Portland es la producción de hormigón. El hormigón es un material compuesto que consta de áridos ( grava y arena ), cemento y agua. Como material de construcción, el hormigón se puede moldear en casi cualquier forma deseada y, una vez endurecido, puede convertirse en un elemento estructural (soporte de carga). El hormigón se puede utilizar en la construcción de elementos estructurales como paneles, vigas y mobiliario urbano , o se puede moldear in situ para superestructuras como carreteras y presas. Estos pueden ser suministrados con hormigón mezclado en el sitio, o pueden estar provistos de ' premezclado de hormigón' hecho en los sitios de mezcla permanentes. El cemento Portland también se utiliza en morteros (solo con arena y agua), para revoques y soleras , y en lechadas (mezclas de cemento / agua exprimidas en huecos para consolidar cimientos, calzadas, etc.).
Cuando se mezcla agua con cemento Portland, el producto fragua en unas pocas horas y se endurece durante un período de semanas. Estos procesos pueden variar ampliamente, dependiendo de la mezcla utilizada y las condiciones de curado del producto, pero un concreto típico fragua en aproximadamente 6 horas y desarrolla una resistencia a la compresión de 8 MPa en 24 horas. La resistencia aumenta a 15 MPa a los 3 días, 23 MPa a la 1 semana, 35 MPa a las 4 semanas y 41 MPa a los 3 meses. En principio, la resistencia continúa aumentando lentamente mientras haya agua disponible para una hidratación continua [ dudoso ] , pero el concreto generalmente se deja secar después de unas pocas semanas y esto hace que el crecimiento de la resistencia se detenga.
Tipos
General
ASTM C150
Existen cinco tipos de cementos Portland, con variaciones de los tres primeros según ASTM C150. [2] [20]
El cemento Portland tipo I se conoce como cemento común o de uso general. Generalmente se asume a menos que se especifique otro tipo. Se utiliza comúnmente para la construcción en general, especialmente cuando se fabrican prefabricados y prefabricados de hormigón pretensado que no debe estar en contacto con suelos o aguas subterráneas. Las composiciones típicas de compuestos de este tipo son:
55% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2.8% MgO, 2.9% (SO 3 ), 1.0% de pérdida por ignición y 1.0 % de CaO libre (utilizando la notación química del cemento ).
Una limitación de la composición es que el (C 3 A) no superará el 15%.
El tipo II proporciona una resistencia moderada a los sulfatos y emite menos calor durante la hidratación. Este tipo de cemento cuesta aproximadamente lo mismo que el tipo I. Su composición típica de compuesto es:
51% (C 3 S), 24% (C 2 S), 6% (C 3 A), 11% (C 4 AF), 2.9% MgO, 2.5% (SO 3 ), 0.8% de pérdida por ignición y 1.0 % CaO libre.
Una limitación de la composición es que el (C 3 A) no debe exceder el 8%, lo que reduce su vulnerabilidad a los sulfatos. Este tipo es para construcciones generales expuestas a un ataque moderado de sulfatos y está diseñado para usarse cuando el concreto está en contacto con suelos y aguas subterráneas, especialmente en el oeste de los Estados Unidos debido al alto contenido de azufre de los suelos. Debido a su precio similar al del tipo I, el tipo II se usa mucho como cemento de uso general, y la mayoría del cemento Portland vendido en Norteamérica cumple con esta especificación.
Nota: El cemento que cumple (entre otras) las especificaciones para los tipos I y II se encuentra comúnmente disponible en el mercado mundial.
El tipo III tiene una resistencia inicial relativamente alta. Su composición típica de compuestos es:
57% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3,0% MgO, 3,1% (SO 3 ), 0,9% de pérdida por ignición y 1,3 % CaO libre.
Este cemento es similar al tipo I, pero molido más fino. Algunos fabricantes fabrican un clínker por separado con un contenido más alto de C 3 S y / o C 3 A, pero esto es cada vez más raro, y generalmente se usa el clínker de uso general, molido a un área de superficie específica típicamente 50-80% más alta. El nivel de yeso también se puede aumentar un poco. Esto le da al concreto que usa este tipo de cemento una resistencia a la compresión de tres días igual a la resistencia a la compresión de siete días de los tipos I y II. Su resistencia a la compresión a siete días es casi igual a la resistencia a la compresión a los 28 días de los tipos I y II. El único inconveniente es que la resistencia a seis meses del tipo III es la misma o ligeramente menor que la de los tipos I y II. Por lo tanto, se sacrifica la fuerza a largo plazo. Por lo general, se utiliza para la fabricación de hormigón prefabricado, donde una alta resistencia en un día permite una rápida rotación de moldes. También se puede utilizar en construcciones y reparaciones de emergencia, y construcción de bases de máquinas e instalaciones de puertas.
El cemento Portland tipo IV es generalmente conocido por su bajo calor de hidratación. Su composición típica de compuestos es:
28% (C 3 S), 49% (C 2 S), 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1.8% MgO, 1.9% (SO 3 ), 0.9% de pérdida por ignición y 0.8 % CaO libre.
Los porcentajes de (C 2 S) y (C 4 AF) son relativamente altos y (C 3 S) y (C 3 A) son relativamente bajos. Una limitación de este tipo es que el porcentaje máximo de (C 3 A) es siete y el porcentaje máximo de (C 3 S) es treinta y cinco. Esto hace que el calor desprendido por la reacción de hidratación se desarrolle a un ritmo más lento. Sin embargo, como consecuencia, la resistencia del hormigón se desarrolla lentamente. Después de uno o dos años, la resistencia es más alta que los otros tipos después del curado completo. Este cemento se utiliza para estructuras de hormigón muy grandes, como presas, que tienen una relación superficie / volumen baja. Los fabricantes generalmente no almacenan este tipo de cemento, pero algunos podrían considerar un pedido especial grande. Este tipo de cemento no se ha hecho durante muchos años, porque los cementos de puzolana Portland y la adición de escoria de alto horno granulada triturada ofrecen una alternativa más barata y confiable.
El tipo V se utiliza cuando la resistencia a los sulfatos es importante. Su composición típica de compuestos es:
38% (C 3 S), 43% (C 2 S), 4% (C 3 A), 9% (C 4 AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO 3 ), 0,9% de pérdida por ignición y 0,8 % CaO libre.
Este cemento tiene una composición muy baja (C 3 A) lo que explica su alta resistencia a los sulfatos. El contenido máximo permitido de (C 3 A) es del 5% para el cemento Portland tipo V. Otra limitación es que la composición de (C 4 AF) + 2 (C 3 A) no puede superar el 20%. Este tipo se usa en concreto para ser expuesto a suelos alcalinos y sulfatos de agua subterránea que reaccionan con (C 3 A) causando una expansión disruptiva. No está disponible en muchos lugares, aunque su uso es común en el oeste de Estados Unidos y Canadá. Al igual que con el tipo IV, el cemento Portland tipo V ha sido reemplazado principalmente por el uso de cemento ordinario con escoria de alto horno granulada molida o cementos terciarios mezclados que contienen escoria y cenizas volantes.
Los tipos Ia, IIa y IIIa tienen la misma composición que los tipos I, II y III. La única diferencia es que en Ia, IIa y IIIa, se muele un agente incorporador de aire en la mezcla. El incorporador de aire debe cumplir con la especificación opcional mínima y máxima que se encuentra en el manual de ASTM. Estos tipos solo están disponibles en el este de Estados Unidos y Canadá, solo de forma limitada. Son un enfoque deficiente [se necesita aclaración ] para el arrastre de aire que mejora la resistencia al congelamiento a bajas temperaturas.
Los tipos II (MH) y II (MH) a tienen una composición similar a los tipos II y IIa, pero con un calor suave.
Norma EN 197
La norma europea EN 197-1 define cinco clases de cemento común que comprenden el cemento Portland como componente principal. Estas clases difieren de las clases de ASTM.
| Clase | Descripción | Constituyentes |
|---|---|---|
| CEM I | cemento Portland | Comprende cemento Portland y hasta un 5% de componentes adicionales menores |
| CEM II | Cemento Portland-composite | Cemento Portland y hasta un 35% de otros * componentes individuales |
| CEM III | Cemento de alto horno | Cemento Portland y mayores porcentajes de escoria de alto horno |
| CEM IV | Cemento puzolánico | Cemento Portland y hasta un 55% de componentes puzolánicos |
| CEM V | Cemento compuesto | Cemento Portland, escoria de alto horno o cenizas volantes y puzolana |
* Los componentes permitidos en los cementos compuestos de Portland son puzolanas artificiales (escoria de alto horno (de hecho, un aglutinante hidráulico latente), humo de sílice y cenizas volantes) o puzolanas naturales (materiales silíceos o aluminosos silíceos como vidrios de ceniza volcánica, arcillas calcinadas). y pizarra).
CSA A3000-08
Las normas canadienses describen seis clases principales de cemento, cuatro de las cuales también se pueden suministrar como una mezcla que contiene piedra caliza molida (donde hay un sufijo L en los nombres de las clases).
| Clase | Descripción |
|---|---|
| GU, GUL (también conocido como cemento Tipo 10 (GU)) | Cemento de uso general |
| SRA | Cemento moderadamente resistente a los sulfatos |
| MH, MHL | Cemento de calor moderado |
| EL, HEL | Cemento de alta resistencia temprana |
| LH, LHL | Cemento de baja temperatura |
| HS | Alta resistencia a los sulfatos; generalmente desarrolla fuerza con menos rapidez que los otros tipos. |
Cemento Portland blanco
El cemento Portland blanco o el cemento Portland ordinario blanco (WOPC) es similar al cemento Portland gris ordinario en todos los aspectos, excepto por su alto grado de blancura. La obtención de este color requiere materias primas de alta pureza (bajo contenido de Fe 2 O 3 ), y alguna modificación en el método de fabricación, entre otros una mayor temperatura de horno requerida para sinterizar el clínker en ausencia de óxidos férricos actuando como fundente en el clínker normal. . Como el Fe 2 O 3 contribuye a disminuir el punto de fusión del clínker (normalmente 1450 ° C), el cemento blanco requiere una temperatura de sinterización más alta (alrededor de 1600 ° C). Debido a esto, es algo más caro que el producto gris. El requisito principal es tener un bajo contenido de hierro, que debe ser inferior al 0,5% en peso expresado como Fe 2 O 3 para el cemento blanco, y menos del 0,9% en peso para el cemento blanquecino. También ayuda tener el óxido de hierro como óxido ferroso (FeO) que se obtiene mediante condiciones ligeramente reductoras en el horno, es decir, operando con cero exceso de oxígeno a la salida del horno. Esto le da al clinker y al cemento un tinte verde. Otros óxidos metálicos como Cr 2 O 3 (verde), MnO (rosa), TiO 2 (blanco), etc., en contenido de trazas, también pueden dar matices de color, por lo que para un proyecto dado es mejor usar cemento de una lote único.
Problemas de seguridad
Las bolsas de cemento suelen tener impresas advertencias de salud y seguridad, porque no solo el cemento es altamente alcalino , sino que el proceso de fraguado también es exotérmico . Como resultado, el cemento húmedo es fuertemente cáustico y puede causar fácilmente quemaduras graves en la piel si no se lava rápidamente con agua. De manera similar, el polvo de cemento seco en contacto con las membranas mucosas puede causar irritación ocular o respiratoria severa. [21] [22] La reacción del polvo de cemento con la humedad en los senos nasales y los pulmones también puede causar una quemadura química, así como dolores de cabeza, fatiga [23] y cáncer de pulmón. [24]
La producción de cementos de alcalinidad comparativamente baja (pH <11) es un área de investigación en curso. [25]
En Escandinavia , Francia y el Reino Unido, el nivel de cromo (VI) , que se considera tóxico y un irritante importante de la piel, no puede exceder las 2 partes por millón (ppm).
En los EE. UU., La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para la exposición al cemento Portland en el lugar de trabajo en 50 mppcf (millones de partículas por pie cúbico) durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg / m 3 de exposición total y 5 mg / m 3 de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 5000 mg / m 3 , el cemento Portland es un peligro inmediato para la vida y la salud . [26]
Efectos ambientales
La fabricación de cemento Portland puede causar impactos ambientales en todas las etapas del proceso. Estos incluyen emisiones de contaminación atmosférica en forma de polvo; gases ruido y vibración al operar maquinaria y durante la voladura en canteras; consumo de grandes cantidades de combustible durante la fabricación; liberación de CO 2 de las materias primas durante la fabricación y daños al campo por la explotación de canteras. Los equipos para reducir las emisiones de polvo durante la extracción y la fabricación de cemento se utilizan ampliamente, y los equipos para atrapar y separar los gases de escape se están utilizando cada vez más. La protección del medio ambiente también incluye la reintegración de las canteras en el campo después de su cierre, devolviéndolas a la naturaleza o recultivándolas.
Notas e informes epidemiológicos La exposición al dióxido de azufre en plantas de cemento Portland , de los Centros para el Control de Enfermedades , establece:
Los trabajadores de las instalaciones de cemento Portland, en particular los que queman combustible que contiene azufre, deben ser conscientes de los efectos agudos y crónicos de la exposición al SO 2 [dióxido de azufre], y deben medirse periódicamente las concentraciones máximas y durante todo el turno de SO 2 . [27]
Un esfuerzo de investigación independiente de AEA Technology para identificar problemas críticos para la industria del cemento en la actualidad concluyó que los problemas de desempeño ambiental, de salud y seguridad más importantes que enfrenta la industria del cemento son las emisiones atmosféricas (incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero , dioxinas, NO x , SO 2 y partículas). ), accidentes y exposición de los trabajadores al polvo. [28]
El CO 2 asociado con la fabricación de cemento Portland proviene principalmente de cuatro fuentes:
| Fuente de CO 2 | Monto |
|---|---|
| Descarbonatación de piedra caliza | Bastante constante: mínimo alrededor de 0,47 kg de CO 2 por kg de cemento, máximo 0,54, valor típico alrededor de 0,50 en todo el mundo. [ cita requerida ] |
| Combustión de combustible de horno | Varía según la eficiencia de la planta: planta de precalcinación eficiente 0,24 kg CO 2 por kg de cemento, proceso húmedo de baja eficiencia tan alto como 0,65, prácticas modernas típicas (por ejemplo, Reino Unido) con un promedio de alrededor de 0,30. [ cita requerida ] |
| Producido por vehículos en cementeras y distribución | Casi insignificante entre 0,002 y 0,005. Por lo tanto, el CO 2 total típico es de alrededor de 0,80 kg de CO 2 por kg de cemento terminado. |
| Generación de energía eléctrica | Varía según la fuente de energía local. El consumo típico de energía eléctrica es del orden de 90 a 150 kWh por tonelada de cemento, equivalente a 0,09 a 0,15 kg de CO 2 por kg de cemento terminado si la electricidad se genera con carbón. |
En general, con energía nuclear o hidroeléctrica y una fabricación eficiente, la generación de CO 2 puede reducirse a 0,7 kg por kg de cemento, pero puede ser el doble [ aclaración necesaria ] . El impulso de la innovación para el futuro es reducir las fuentes 1 y 2 mediante la modificación de la química del cemento, el uso de desechos y la adopción de procesos más eficientes [ cita requerida ] . Aunque la fabricación de cemento es claramente un emisor de CO 2 muy grande , el hormigón (del cual el cemento representa alrededor del 15%) se compara bastante favorablemente con otros sistemas de construcción en este sentido. [ cita requerida ]
Plantas de cemento utilizadas para la eliminación o el procesamiento de residuos
Debido a las altas temperaturas dentro de los hornos de cemento , combinadas con la atmósfera oxidante (rica en oxígeno) y los largos tiempos de residencia, los hornos de cemento se utilizan como una opción de procesamiento para varios tipos de corrientes de desechos; de hecho, destruyen eficazmente muchos compuestos orgánicos peligrosos. Las corrientes de desechos también suelen contener materiales combustibles que permiten la sustitución de parte del combustible fósil normalmente utilizado en el proceso.
Materiales de desecho utilizados en hornos de cemento como complemento de combustible: [29]
- Neumáticos para automóviles y camiones : las correas de acero se toleran fácilmente en los hornos.
- Barros de pintura de la industria del automóvil
- Residuos de disolventes y lubricantes
- Harina de carne y huesos : desechos de mataderos debido a problemas de contaminación por encefalopatía espongiforme bovina
- Residuos de plásticos
- Lodos de depuradora
- Cáscaras de arroz
- Residuos de caña de azúcar
- Madera utilizados durmientes de ferrocarril (traviesas para ferrocarril)
- Revestimiento de celda gastada de la industria de la fundición de aluminio (también llamado revestimiento de olla gastado )
La fabricación de cemento Portland también tiene el potencial de beneficiarse del uso de subproductos industriales de la corriente de desechos. [30] Estos incluyen en particular:
- Escoria
- Cenizas volantes (de plantas de energía)
- Humo de sílice (de acerías)
- Synthetic yeso (de desulfuración)
Ver también
- Hidrato de silicato de calcio
- Cemento energéticamente modificado
- Mortero de cal
- Cemento Rosendale
- Impacto medioambiental del hormigón
- Instituto Americano del Concreto
- Asociación de cemento Portland
- Recinto de Portland Cement Works
Referencias
- ↑ a b Courland, Robert (2011). Concrete planet: la extraña y fascinante historia del material creado por el hombre más común del mundo . Amherst, Nueva York: Prometheus Books. ISBN 978-1616144814. Consultado el 28 de agosto de 2015 .
- ^ a b c "ASTM C185-15a, método de prueba estándar para el contenido de aire del mortero de cemento hidráulico" . www.ASTM.org . West Conshohocken, PA: ASTM International . 2015. doi : 10.1520 / C0185-15A . Consultado el 16 de mayo de 2017 .
- ^ Scrivener, Karen L .; John, Vanderley M .; Gartner, Ellis M. (junio de 2018). "Cementos ecoeficientes: posibles soluciones económicamente viables para una industria de materiales a base de cemento con bajo contenido de CO 2" (PDF) . Investigación en cemento y hormigón . 114 : 2-26. doi : 10.1016 / j.cemconres.2018.03.015 . hdl : 10044/1/51016 .
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Como generalización, probablemente el 50% de todos los subproductos industriales tienen potencial como materias primas para la fabricación de cemento Portland.
enlaces externos
- Producción mundial de cemento hidráulico, por país
- Alpha The Guaranteed Portland Cement Company: literatura comercial de 1917 de las bibliotecas de la Institución Smithsonian
- Iniciativa de sostenibilidad del cemento
- Una alternativa de agrietamiento al cemento
- Vistas aéreas de la mayor concentración mundial de capacidad de fabricación de cemento, provincia de Saraburi , Tailandia , en14 ° 37′57 ″ N 101 ° 04′38 ″ E / 14.6325 ° N 101.0771 ° E / 14,6325; 101.0771
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- CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
