aspectos qualitativos cemento

8/18/2019 Aspectos Qualitativos Cemento

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ASPECTOS CUALITATIVOS DE LA MOLIENDA DELCEMENTO 1Cement Performance International LtdCopyright 2003

ASPECTOS CUALITATIVOSDE LA MOLIENDA DEL CEMENTO

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN

2. FINEZA GENERAL DEL CEMENTO

3. GRANULOMETRÍA

4. NIVEL DE SO3 EN EL CEMENTO

5. FORMAS DE SULFATO CÁLCICO Y NIVEL DE DESHIDRATACIÓN

6. COAYUDANTES DE MOLIENDA

7. RESUMEN


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1. INTRODUCCIÓN

Aunque para poder producir un cemento de alta calidad y baja variabilidad es esencial tener unclínker quemado con uniformidad y una composición química consistente, el control inadecuado en laetapa de molienda del cemento puede anular todo el control de calidad aplicado anteriormente en elproceso.

Las variables principales de la molienda de cemento que afectan las propiedades y la variabilidad delcemento son –

- la fineza general del cemento

- la granulometría

- el nivel de S03 en el cemento

- las formas de sulfato cálcico y nivel de deshidratación.


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FIGURA 1 INFLUENCIA DE LA FINEZA DEL CEMENTO

SOBRE LA PROPORCIÓN HIDRATADA

COARSELY GROUND CEMENT: FINELY GROUND CEMENT:CEMENTO MOLIDO GRUESO CEMENTO MOLIDO FINO

50 micrones 50 micrones

Partículas de clínker Agua

HIDRATAR A 20ºC UN AÑO

Pasta de cemento hidratado Centros no reaccionados de partículas de clínker


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2. FINEZA GENERAL DEL CEMENTO

Para un clínker específico, la tasa de reacción con el agua y la tasa de desarrollo de la resistencia sonproporcionales a la fineza de la molienda, y particularmente la superficie las partículas expuestas alagua.

Si una muestra de cemento hidratado es examinada bajo el microscopio, después de distintosperíodos de hidratación, se puede ver claramente que las partículas más grandes de unos 30micrones permanecen en reacción no terminada, incluso después de varios meses de curado encondiciones húmedas. Este efecto está demostrado gráficamente en la Figura 1. En términosgenerales, para un clínker específico, cuanto mayor sea la proporción de partículas gruesas (>30micrones) más baja será la resistencia a 28 días obtenida en ensayos estándar de control de calidad.

Si suponemos que las partículas del clínker en el cemento son aproximadamente esféricas, y tambiénhomogéneas respecto a la distribución de los minerales del clínker, podemos entonces usar unmodelo sencillo matemático para calcular el % de cemento reaccionado en un momento determinado.Esta relación está indicada en la Figura 2.

La fineza del cemento es normalmente controlada en una planta de cemento midiendo la "superficie".Este es un parámetro normalmente expresado en unidades de m2 /kg o cm2 /g, determinado midiendola resistencia al flujo de aire (permeabilidad) de una cama compactada de cemento. La superficiemedida por este método, es determinada en gran medida por la proporción de partículas de cementoque son más finas de 5 micrones, y es una buena guía que demuestra las propiedades de resistenciainicial del cemento, por ejemplo a 2 días. Sin embargo, como puede verse en la Figura 1, laproporción de partículas gruesas es el aspecto que determina la proporción de cemento que sehidratará a períodos posteriores (ej. 28 días). Por esta razón es esencial monitorear el residuo delcemento en tamiz, o preferentemente determinar la granulometría partícula del cemento. El tamizusado con mayor frecuencia a estos efectos es de un tamaño de malla de 45 micrones.


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FIGURA 2PROYECCIÓN DE FRACCIÓN DE CEMENTO HIDRATADO USANDO UN MODELO ESFÉRICO

[Véase Leyenda en la página siguiente]


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FIGURA 2

PROYECCIÓN DE FRACCIÓN DE CEMENTO HIDRATADOUSANDO UN MODELO ESFÉRICO

diámetro anhídrido- d -

[diagrama]

profundidad de hidratación

- h -

En una partícula, la fracción hidratada =

Volumen de partícula anhídrica * volumen de núcleo no reaccionado __________________________________________________________________

Volumen de partícula anhídrica

= formula [Ver página 5]

Para la muestra entera, la expresión se convierte en:

= ∑ ƒ x [1 – (1 – 2 h/d)3 ]

donde:

• = fracción de cemento hidratadof = fracción de peso del cemento no reaccionadod = diámetro de partículas de cemento no reaccionadas en micronesh = profundidad de hidratación en micrones


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3. GRANULOMETRÍA

La granulometría de un cemento es principalmente influenciada por el tipo de molino de cementoempleado.

Tres tipos principales de molino de cemento son empleados por todo el mundo:

- De circuito abierto.

- De circuito cerrado convencional.

- De circuito cerrado de alta eficiencia.

Una innovación relativamente reciente es el empleo de prensas de rodillos de alta presión para molerel cemento. Estas prensas pueden ser colocadas al frente de un molino de bolas e incluso en circuito

cerrado con un separador de alta eficiencia como el único medio de molienda. Hasta estosmomentos, esta última aplicación carece de fiabilidad práctica probada. Respecto a las característicasdel producto, el cemento molido usando solo una prensa de rodillos puede ser considerado como uncemento producido con separación de muy alta eficiencia.

La Figura 3 indica la granulometría típica de los cementos producidos con estos tipos de molinos.

Los molinos de cemento de circuito cerrado producen un cemento con una granulometría másestrecha que los molinos de circuito abierto. Por tanto, para una superficie específica la proporciónde partículas gruesas, por ejemplo retenidas en un tamiz de 45 micrones, es menor. En consecuencia,la proporción de partículas de clínker hidratadas a 28 días, y la resistencia alcanzada en 28 días enensayos normales, serán más altas. Este efecto será cuantificado usando la expresión indicada en la

Figura 2.La Figura 4 indica el % de peso de cemento en distintas fracciones de tamaño, y la Figura 5 indica lacantidad de cemento que se espera se ha hidratado después de haberse curado a 20°C durante 28días. La profundidad de la hidratación usada en estos cálculos fue de 5,4 micrones.

La amplitud calculada de hidratación y las resistencias pronosticadas de 28 días en los tres cementosdistintos son:

HidratadoResistencia 28 días Nmm -2 Mortero EN 196-1

- Circuito abierto 81,3% 56

- Circuito cerrado convencional 86,1% 59

- Circuito cerrado de alta eficiencia 92,5% 63


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FIGURA 4

INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍASOBRE LA PROPORCIÓN DE CEMENTO HIDRATADO A 28 DÍAS

OPEN CIRCUIT CIRCUITO ABIERTOWT % IN FRACTION % PESO EN FRACCIÓNTotal % hydrated % total hidratadoSIZE FRACTION (microns) FRACCIÓN DE TAMAÑO (micrones)

CONVENTIONAL CLOSED CIRCUIT CIRCUITO CERRADO CONVENCIONAL

HIGH EFFICIENCY CLOSED CIRCUIT CIRCUITO CERRADO DE ALTA EFICIENCIA


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FIGURA 5

INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍASOBRE LA PROPORCION DE CEMENTO HIDRATADO A 28 DÍAS

[[ [ ] clinker no reaccionado [ ] clinker hidratado


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Clínker Hidratado

En los países que cuentan con normas de cemento con límites máximos y mínimos, el aumento de laresistencia que ocurre cuando bien se retroinstala en un molino existente un separador de altaeficiencia, o se instala un nuevo molino, puede causar problemas considerables. La solución más

lógica es reducir la fineza general (superficie) del cemento en el molino a una resistencia más baja, ytambién conseguir mayor rendimiento del el molino. Sin embargo, las áreas de superficie por debajode 320m2kg-1 son a menudo inaceptables en el mercado, debido a la tendencia de exudación delconcreto, es decir que los sólidos se sedimentan y que el agua aparece en la superficie. La relaciónentre la superficie del cemento y la exudación está indicada en la Figura 6.

La solución aplicada en plantas donde todo el cemento es producido de un molino individual con unseparador de alta eficiencia, es incorporar hasta un 5% de caliza en el cemento como componenteaditivo menor (cam). La caliza diluye el contenido de clínker activo y permite el mantenimiento de lafineza sin producir una resistencia superior a la deseada.

La Figura 7 indica el cambio del residuo de cemento de 45 micrones que ocurrió en una planta

cuando se instaló un nuevo molino con separador de alta eficiencia. Para controlar las resistencias de28 días, se agregó 4,5% de caliza. El correspondiente aumento de la pérdida al fuego (PAF) aparecetambién indicado en la Figura 7.

Con la separación de alta eficiencia, un cambio de 1% en residuo de 45 micrones se puede esperarque cambien las resistencias de 28 días en la prueba del mortero EN 196-1 en -0,5 Nmm -2. Esto fueconfirmado en la Planta A donde las cantidades de cemento producido sin caliza produjeronresistencias de 64 Nmm-2 a 28 días. Mayores detalles sobre las características de los cementos con ysin caliza agregada aparecen en la Figura 8.

La granulometría del cemento también tiene cierta influencia sobre la demanda de agua, y sobre lostiempos de fraguado del cemento. Con una granulometría estrecha aumenta el contenido de agua

requerido para producir una pasta fluida. Esto ocurre debido a que el agua, en lugar de las partículaspequeñas, tiene que ocupar los espacios entre los gránulos del cemento. Este efecto, aunque esclaramente evidente en la pasta de cemento es mucho menos observable en el concreto. Sinembargo una complicación adicional es que la fineza del yeso (y por tanto su solubilidad) encementos producidos con separación muy eficiente puede ser inadecuada para controlar lasreacciones iniciales del C3 A, resultando en un aumento de la demanda de agua. Estos efectos, y otrosrelacionados con la temperatura del molino de cemento están discutidos con mayor detalle en laSección 5.

El tiempo de fraguado del cemento con una granulometría estrecha es normalmente más prolongadoque el de un cemento de molino de circuito abierto producido a partir del mismo clínker. Esto ocurreprincipalmente debido al contenido más bajo de partículas muy finas que reaccionan rápidamente conel agua, pero el contenido más alto de agua en la pasta también contribuye a este efecto.


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FIGURA 6RELACIÓN ENTRE SUPERFICIE Y EXUDACION

TASA DE EXUDACIÓN AGUA TOTAL


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FIGURA 7

Ejemplo de cambio de PAF debido a la adición de cam de ca


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Características de la Planta A

Cementos de circuito abierto y cer

CIRCUITOABIERTO

CIRCUITO CERRA

Promedio Muestras de prueba

% caliza Ninguno Ninguno Ninguno

Superficie m2/kg

Residuo de 45 micrones

% SO3

349

19,9

2,7

340

3,5

2,9

280

12,4

2,9

Fraguado inicial (minutos) 120 175 230

Resistencia a la compresión N/mm2

Mortero EN 196

2 días

7 días

28 días

25,2

43,5

58,8

26

46

64

23

40

59


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. NIVEL DE SO EN EL CEMENTO

Para alcanzar propiedades consistentes en el cemento es esencial que el nivel de S03 esté biencontrolado. Se sugiere una meta de la desviación estándar del 0,10% correspondiente a un rango de± 0,20%. Para alcanzar esta meta es esencial tener un nivel consistente de S03 en el clínker, unafuente de yeso con una composición química uniforme además de un dosificador fiable.

Si el yeso tiene características difíciles de manejo, como ocurre normalmente con el yeso desubproductos químicos o el yeso de desulfuración, entonces el equipo de manejo tiene que estardiseñado para cumplir las exigencias del proceso de este tipo de material.


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5. FORMAS DE SULFATO CÁLCICO Y NIVEL DE DESHIDRATACIÓN

Para obtener propiedades reológicas satisfactorias en el cemento se ha comprobado que el nivel deS03 en el cemento presente como formas de yeso deshidratado, CaS04. '/2H20 y CaS04 soluble debenestar en el rango de 0,7-1,3%. Esta cantidad es denominada nivel DS03 (D = deshidratado).

Los niveles de DS03 más allá de 1,3% es probable que ofrezcan una trabajabilidad defectuosa aconsecuencia de la tendencia al fraguado falso, mientras que los niveles menores de 0,7% esprobable que ofrezcan una trabajabilidad defectuosa debido a un retardo inadecuado o fraguadoinstantáneo.

El nivel óptimo de DS03 dentro del rango indicado arriba dependerá principalmente de -

- el nivel de C3 A- la reactividad del C3 A (balance de sulfato álcali, tasa de enfriamiento)- la fineza del cemento- frescura de la superficie (nivel de aireación o prehidratación).

La Figura 9 indica cómo el nivel óptimo de DS03 es distinto en distintos cementos.Un nivel óptimo de DS03 excesivo (tendencia al fraguado falso) tiene mayor probabilidad de ocurrir sise dan varios de los siguientes factores:

- Bajo nivel de S03 en el clínker. Alto nivel de S03 en el cemento. Alto contenido de CaS04.2H2Oen el yeso.

- Alta temperatura de molienda (improbable con separación de alta eficiencia). Bajo nivel deC3 A o baja reactividad del C3 A.

- Cemento sometido a aireación (por ejemplo importado).


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FIGURA 8INFLUENCIA DEL NIVEL DE YESO DESHIDRATADO (D.SO3)

SOBRE LA DEMANDA DE AGUA DEL CONCRETO

Si un nivel excesivo de DS03 es identificado, se pue

W/C required for 40 mm slump Relación A/C necesaria para asentamiento de 40 mmBS4550 CONCRETE MIX MEZCLA DE CONCRETO BS 4550

SLUMP DETERMINED AT 6 MINUTES ASENTAMIENTO DETERMINADO A 6 MINUTOS


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Si un nivel excesivo de DSO3 es identificado, se puedan ciertas medidas correctivas. Estas incluyen:

- Mejorar el enfriamiento del molino de cemento.- Bajar el nivel de S03 en el cemento.- Especificar/comprar un yeso con un alto nivel de anhidrita natural (insoluble)- Aumentar el S03 en el clínker

- Mejorar el enfriamiento del clínker.

La mejora del enfriamiento del molino, por ejemplo aumentando la inyección de agua en el molino decemento es difícil de mantener 365 días del año. Una complicación adicional es que mientras que ladeshidratación en el molino puede ser reducida, si el cemento se lleva al almacén a temperaturassuperiores a 90°C, la deshidratación puede proseguir durante algún tiempo, resultando enacumulaciones en el encostramiento de las paredes del silo donde el vapor de agua se condensa yproduciendo propiedades pobres de flujo del cemento. La reducción del nivel de S03 en el cementonormalmente afectará adversamente las propiedades de resistencia temprana del cemento.

En la mayoría de los casos, si una fuente de yeso con un nivel más alto de anhidrita insoluble puedeser adquirida a un precio económico, esta es la solución más fiable.

Un nivel subóptimo de DS03 será encontrado probablemente cuando los clínkers con C3 A activo sonmolidos a temperaturas relativamente bajas en molinos equipados con un separador de altaeficiencia. Los factores contribuyentes son:

- temperatura baja en el molino- alto nivel de anhidrita natural en el yeso- granulometría estrecha /yeso molido en grano grueso

C3 A activo- exceso de álcali sobre S03 en el clínker- enfriamiento lento- condiciones de reducción.

La trabajabilidad del cemento producido en los molinos con separador de alta eficiencia puede enalgunas ocasiones ser mejorada reciclando el aire de ventilación para elevar la temperatura delmolino y así aumentar el nivel de deshidratación del yeso, y por ende el suministro de sulfato soluble.

Los cementos con C3 A muy activo, del tipo producidos en clínkers de enfriamiento lento con unexceso de álcali sobre el S03, no son normalmente idóneos para la producción de cementos degranulometría estrecha. Este tipo de granulometría es producido cuando una prensa de rodillos esempleada para terminar la molienda, junto con un separador de alta eficiencia.


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6. COAYUDANTES DE MOLIENDA

La mayoría de las normas cementeras permiten el empleo de un coayudante de molienda paramejorar el rendimiento del molino de cemento, y también mejorar las propiedades de flujo delcemento.

Los coayudantes de molienda son productos, tales como los glicoles y los aminoacetatos que sonadsorbidos en la superficie de las partículas del clínker y reducen la tendencia de aglomeración de laspartículas y de encostramiento en las bolas y las superficies del molino. Pueden también asistir lapropagación de grietas y así fomentar la reducción del tamaño de la partícula.

Su mayor eficacia es alcanzada cuando se muelen cementos a finezas superiores a ~ 380 m 2 /kgcuando el coste del aditivo puede ser recuperado por la mejora del rendimiento y eficiencia y enmolinos de circuito cerrado en lugar de molinos de circuito abierto.

Las tasas normales de dosificación son 0,02% a 0,03%. Incluso a este nivel pueden ejercer unainfluencia en las propiedades del cemento. Por ejemplo, HEA2 (suministrado por Grace Chemicals)

tiende a recortar el tiempo de fraguado, y también producir un ligero aumento de las resistenciasiniciales. El coayudante de molienda puede también dar una granulometría ligeramente más estrechadel cemento, resultando en el aumento de las resistencias últimas por la misma superficie.

Se puede cambiar las propiedades del cemento de manera mucho más importante, agregandoproductos químicos a una dosis mayor (típicamente entre 0,05% y 0,20%). A este nivel sonconocidos como aditivos mejoradores del cemento. Estos son formulados por los proveedoresespecialistas a fin de modificar las propiedades tales como la resistencia inicial, la activación depozolanas, etc. Muchas de estas fórmulas contienen cloruro como agente acelerador, y se debe tenercuidado en la selección del tipo más idóneo, y también asegurar que el nivel de cloruro en el cementopermanece por debajo de 0,035%.


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RESUMEN

El buen control por todas las etapas del proceso de molienda del cemento es esencial, si se intentaproducir un cemento que cumple totalmente los requisitos de calidad del mercado.

La granulometría del cemento es una mejor guía de las propiedades del cemento que la superficie.La introducción de la separación de alta eficiencia ofrece la posibilidad de producir cementos con unagranulometría estrecha, y el correspondiente consumo específico de energía más bajo. Lascondiciones de molienda más frías son normalmente beneficiosas, pero en los países que cuentan conlímites máximos y mínimos, puede no ser posible explotar totalmente la posibilidad de obtener unagranulometría estrecha (cementos de bajo residuo en 45 micrones), a consecuencia de la resistenciaexcesiva de 28 días.

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