ES2223275B1 - Nuevos clinker de cemento belitico de cenizas volantes, de la combustion del carbon de alto contenido en cal y cemento belitico. - Google Patents
Nuevos clinker de cemento belitico de cenizas volantes, de la combustion del carbon de alto contenido en cal y cemento belitico.Info
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Abstract
Nuevos clinker de cemento belítico de cenizas volantes, de la combustión del carbón de alto contenido en cal y cemento belítico. Nuevos clinker de cemento belítico de cenizas volantes, de la combustión del carbón de alto contenido en cal y cemento belítico. Clinker formado mayoritariamente por la fase alfa prima de baja temperatura (a'' L-Ca2Si04) del silicato dicálcico, que contiene elementos como Fe, Al, Mg, Na y K que le confieren mayor reactividad. El cemento belítico formado por 100% de dicho clinker, se caracteriza porque durante su hidratación produce mínimas cantidades, de Ca(OH)2 asegurando una buena durabilidad del cemento en los ambientes agresivos en los que el Ca(OH)2 forme reacciones expansivas, como es el caso del ataque por sulfatos. El curado acelerado, de los morteros fabricados con dicho cemento, a temperatura igual o menor a 40ºC y el empleo de aditivos reductores de la demanda de agua aceleran la hidratación de la fase belita, alcanzando a los 7 días valores de resistencia mecánica equiparables a un cemento Portland convencional.
Description
Nuevos clinker de cemento belítico de cenizas
volantes, de la combustión del carbón de alto contenido en cal y
cemento belítico.
Sector cementero, construcción, fabricantes de
morteros y hormigones, centrales térmicas.
Esta invención está relacionada con un nuevo tipo
de clinker de cemento belítico de cenizas volantes, de la
combustión del carbón de alto contenido en cal, formado
mayoritariamente por la fase belita en su variedad alfa prima de
baja temperatura (\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) del
silicato dicálcico, que contiene elementos como Fe, Al, Mg, Na y K
que le confieren mayor reactividad. Esta invención está
relacionada, además, con el empleo de cenizas volantes de la
combustión del carbón de alto contenido en cal como materia prima
para la obtención del clinker mencionado. Esta invención también
está relacionada con un nuevo tipo de cemento belítico formado por
100% de dicho clinker, que durante su hidratación produce mínimas
cantidades de Ca(OH)_{2} asegurando una buena
durabilidad del cemento en los ambientes agresivos en los que el
Ca(OH)_{2} forme reacciones expansivas, como es el
caso del ataque por sulfatos. El curado acelerado, de los morteros
fabricados con dicho cemento, a temperatura igual o menor a 40ºC y
el empleo de aditivos reductores de la demanda de agua aceleran la
hidratación de la fase belita, alcanzando a los 7 días valores de
resistencia mecánica equiparables a un cemento Pórtland
convencional.
El cemento belítico tradicional está constituido
fundamentalmente por la variedad estructural \beta del silicato
dicálcico (belita), compuesto que se obtiene a partir de las
mezclas de CaCO_{3} y arcilla, calentadas hasta 1400ºC. Este tipo
de cemento tiene unas propiedades, diferenciadas del cemento
Pórtland ordinario, necesarias para determinadas aplicaciones. En
primer lugar, presenta una cinética de hidratación más lenta, por lo
que el calor que se libera es más gradual, evitándose problemas de
retracción. Esta circunstancia lo hace idóneo para la fabricación de
grandes bloques de hormigón en masa, como es el caso de las presas.
En segundo lugar, es un cemento más estable microestructuralmente
frente a determinados procesos agresivos que transcurren en medios
altamente alcalinos, como suele ser el cemento Pórtland ordinario.
Además, la mínima cantidad de Ca(OH)_{2} que se
produce durante su hidratación asegura su estabilidad frente al
ataque por sulfatos.
Estas propiedades, junto con la menor
contaminación ambiental en términos de emisión de CO_{2}, en
comparación con la que se produce durante el proceso de fabricación
tradicional del cemento Pórtland, y la preservación de las materias
primas naturales, están impulsando el desarrollo de investigaciones
encaminadas a la obtención de nuevos cementos belíticos activados,
en cuyos procesos de fabricación se empleen materias primas
secundarias y procesos industriales, respetuosos con el medio
ambiente y económicamente viables, que eviten o al menos reduzcan
los mencionados problemas medioambientales. En este sentido, la
utilización de sub-productos y residuos
industriales como materias primas alternativas está incrementando
considerablemente.
Los métodos empleados para aumentar la
reactividad de los cementos belíticos son básicamente tres:
Patente Nº GB2013648 publicada el 15 de agosto de
1979 por RICHARD SCHRADER y col., titulada "A Process for the
Manufacture of Cement". Se reivindica un proceso para
obtener un cemento belítico activo. El proceso de fabricación es
similar al de un cemento Pórtland, empleando formulaciones de la
materia prima adecuadas para la obtención de la fase belita
variedad \beta del silicato dicálcico. Activan dicha fase
mediante enfriamiento rápido de la mezcla sinterizada en un rango de
temperaturas de 1350ºC y 1450ºC.
Patente Nº GB2128180 publicada el 26 de abril de
1984, por RUMPLER KARLHEINZ y col., titulada "Method and
apparatus for manufacturing cement of the Belite type".
Reivindican un clinker de cemento Belítico activo sinterizado a
1350ºC-1450ºC seguido de un enfriamiento rápido,
preferiblemente con gradiente de enfriamiento en el rango de
1350ºC-1250ºC como límite superior y
1000ºC-800ºC como límite inferior.
Patente Nº US5509962 publicada el 23 de abril de
1996 por TANG FULVIO J (US), titulada "Cement containing
activated belite". Reivindican un clinker de cemento formado
esencialmente por la fase belita en su variedad alfa y una fase
ferrita, con una composición de alrededor 0.04-0.13
moles de Na_{2}O, 0.03-0.07 moles de K_{2}O,
0.09-0.18 moles de Fe_{2}O_{3} y 2.8 moles de
silicato dicálcico. Como materia prima emplean una mezcla de mineral
calizo 70.6%, ceniza de cáscara de arroz 22%, con una riqueza en
SiO_{2} del 85% y los aditivos comerciales siguientes:
Fe_{2}O_{3} 2.4%, Na_{2}CO_{3} 2.5% y K_{2}CO_{3} 2.5%.
Dicha mezcla la muelen y prensan formando pastillas cilíndricas que
calientan a 1400ºC durante 1 hora (ejemplo 1 explicado en la página
8). El clinker se muele durante hora y media hasta llegar a una
finura Blaine de 0.5 m^{2}/g. Con ese clinker, que contiene un 90%
de silicato dicálcico (C_{2}S) según cálculos de Bogue (Norma ASTM
C 150-89), fabrican dos tipos de cementos: El
llamado FIRH con 77% de clinker, 7% de anhidrita y 16% de ceniza de
cáscara de arroz; y el cemento llamado Figs con 64.2% de clinker,
5.8% de anhidrita y 30% de escoria.
Patente Nº US2003010257 publicada el 16 de enero
de 2003, por TATSUO IKABATA y col., titulada "Cement clinker,
cement composition, method for producing cement clinker and method
for treatment of waste containing alkali component".
Reivindican un clinker de cemento caracterizado en que contiene
Al_{2}O_{3} y Fe_{2}O_{3}, donde la relación en masa de
Al_{2}O_{3}/Fe_{2}O_{3} es 0.05-0.62, y
componentes alcalinos y C_{2}S donde el contenido Y (% en masa) de
componentes alcalinos y el contenido X (% en masa) de C_{2}S
satisface la fórmula: 0.0025X+0.1Y\leqY \leq0.01X+0.8. La
producción de clinker permite la incorporación de componentes
alcalinos a partir de residuos con importantes ventajas en el
aumento de hidratación de la belita.
Patente Nº DE3414196, publicada el 31 de octubre
de 1985 por TOEPFER PAUL y col., titulada
"Alkali-activated belite cement".
Reivindican un proceso para producir cemento belítico a partir de
una materia prima compuesta de CaCO_{3}, SiO_{2},
Al_{2}O_{3} y Fe_{2}O_{3}, con adición de iones alcalinos.
Los álcalis junto con un enfriamiento rápido mejoran las propiedades
del clinker de cemento belítico.
WEIMIN JIANG and DELLA M. ROY en Ceramic
Bulletin, Vol. 71 (4) 1992 pp 642-647. Sintetizan
un cemento belítico de baja energía activado, a partir de una
mezcla de CaO y cenizas volantes (CV) de la combustión del carbón de
bajo contenido en cal. El proceso de síntesis tiene varias partes.
Primero someten la mezcla de CaO, CV y agua a un calentamiento a
80ºC durante 10 horas, a continuación calientan dicha mezcla a
200ºC durante 4 horas en un reactor presurizado, donde activan la
reacción puzolánica de las CV y obtienen las fases precursoras del
cemento, que finalmente deshidratan por calentamiento entre
500ºC-900ºC durante 4 horas. El cemento final
contiene la fase belita \beta-C_{2}S, mayenita
C_{12}A_{7} y CaCO_{3}.
SARA GOÑI y col. en Proc. of Sixth Canmet/ACI
International Conference on Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural
Pozzolans in Concrete, Bangkok, Ed.: V.M. Malhotra, vol. I,
SP-178 pp. 207-224, (1998). SARA
GOÑI y col. en Materials Science of Concrete: The Sidney Diamond
Symposium. ISBN:
1-57498-072-6 (1998)
pp. 93-108. ANA GUERRERO y col. en Cem. Concr.
Res., Vol. 29, pp. 1753-1758(1999). En base
al trabajo de Weimin and Roy, sintetizan cemento belítico a partir
de CV de bajo contenido en cal. Las principales diferencias del
proceso de síntesis son: omiten el primer calentamiento a 80ºC
durante 10 horas de la mezcla de CV, CaO y agua; las fases
hidratadas precursoras del cemento se calientan hasta 600ºC a una
velocidad de calentamiento de 10ºC/min y desde 600ºC hasta 900ºC, a
una velocidad de 5ºC/min, enfriando inmediatamente la mezcla a
temperatura ambiente.
El objeto preferente de esta invención es un
nuevo tipo de clinker, de cemento belítico de cenizas volantes de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, formado
mayoritariamente por la fase belita en su variedad alfa prima de
baja temperatura (\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) del
silicato dicálcico, que contiene elementos como Fe, Al, Mg, Na y K
que le confieren mayor reactividad.
Esta invención está relacionada, además, con el
empleo de cenizas volantes de la combustión del carbón de alto
contenido en cal como materia prima para la obtención del clinker
mencionado. Esta materia prima aporta los elementos que confieren a
la fase belita (\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) mayor
reactividad, como Na, K, Fe, Al y Mg, así como el CaSO_{4} que
actuará como regulador de fraguado. La relación molar CaO/SiO_{2}
de la ceniza debe ser al menos de 2, introduciendo adicionales
cantidades de CaO en la materia prima, en caso de no alcanzar dicho
valor.
Esta invención también está relacionada con un
nuevo tipo de cemento belítico de cenizas volantes de la combustión
del carbón de alto contenido en cal formado por 100% de dicho
clinker que, además se caracteriza por no necesitar ser molido
excesivamente, debido a la baja temperatura de obtención (800ºC)
donde no se alcanza la fusión de fases, y a la gran superficie
específica de la ceniza volante utilizada como materia prima.
Otro objeto preferente de esta invención es que
durante la hidratación del cemento se producen mínimas cantidades
de Ca(OH)_{2}, asegurando una buena durabilidad, de
los morteros y hormigones que se fabriquen con dicho cemento, en los
ambientes agresivos en los que el Ca(OH)_{2} forme
reacciones expansivas, como es el caso del ataque por sulfatos.
Otra característica es que el curado acelerado,
de los morteros estándar fabricados con dicho cemento según la
Norma UNE-EN 196-1, a temperatura
igual o menor a 40ºC y el empleo de aditivos reductores de la
demanda de agua aceleran la disolución de la fase belita, alcanzando
valores de resistencia mecánica los 7 días, equiparables a los
morteros equivalentes de un cemento Pórtland tradicional.
Las novedades del clinker, de cemento belítico de
cenizas volantes de la combustión del carbón de alto contenido en
cal, de la presente invención, en relación con los antecedentes
comentados anteriormente, son las siguientes:
- Está formado mayoritariamente por la fase
belita en su variedad alfa prima de baja temperatura
(\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) del silicato
dicálcico, que además contiene elementos como Fe, Al, Mg, Na y K
que le confieren mayor reactividad.
- Se emplean cenizas volantes de la combustión
del carbón de alto contenido en cal como materia prima.
- No necesita incorporar estabilizantes de red
como: Na, K, Fe y Al, ya que la ceniza volante los contiene.
- Tampoco necesita ser molido excesivamente,
debido a la baja temperatura de obtención (800ºC) donde no se
alcanza la fusión de fases, y a la gran superficie específica de la
ceniza volante utilizada como materia prima.
- Puede ser usado como cemento al 100% sin
necesidad de aporte de CaSO_{4} como regulador de fraguado, ya
que la ceniza volante de partida lo contiene.
- El curado acelerado, de los morteros estándar
fabricados con dicho cemento, según la Norma UNE-EN
196-1, a temperaturas igual o menores a 40ºC y el
empleo de aditivos reductores de la demanda de agua aceleran la
disolución de la fase belita, alcanzando valores de resistencia
mecánica los 7 días, equiparables o superiores a los morteros
equivalentes de un cemento Pórtland tradicional.
Además, presenta indudables mejoras energéticas y
medioambientales pues, se reducen drásticamente la temperatura de
síntesis (800ºC versus 1450ºC); la emisión de CO_{2}
durante el proceso del horno, pudiendo llegar a emisión 0; y se
elimina un residuo y los vertederos asociados a las cenizas
volantes de la combustión del carbón de alto contenido en cal. Las
expectativas de demanda de energía para usos industriales y
domésticos en un futuro cercano (la producción mundial de cenizas
volantes es alrededor de 600 millones de toneladas) implicará graves
problemas medioambientales derivados del almacenamiento de dichas
cenizas. Todo lo cual, tiene una importante repercusión, además,
económica por el abaratamiento de costes implicados.
Como se ha mencionado, el objeto preferente de
esta invención es un nuevo clinker de cemento belítico de cenizas
volantes de la combustión del carbón de alto contenido en cal
(CBCVC), caracterizado por consistir mayoritariamente de la fase
belita, alfa prima de baja temperatura del silicato dicálcico
(\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}), en un rango
preferentemente comprendido entre 59-83% en peso;
Si0_{2} en un rango de alrededor de 20-30%; CaO
40-50%, Fe_{2}O_{3} 1-6%,
Al_{2}O_{3} 10-20%, MgO 1-3%,
SO_{3} 0.5-6%, Na_{2}O 0.1-6%,
K_{2}O 0.2-2%, con una finura comprendida entre 4
y 15 m^{2}/g (determinada por el método
BET-N_{2}).
El clinker de cemento belítico de cenizas
volantes de la combustión del carbón de alto contenido en cal se
caracteriza además por el empleo de cenizas volantes de la
combustión del carbón de alto contenido en cal, como materia prima.
Esta materia prima aporta los elementos que confieren a la fase
belita (\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) mayor
reactividad, como Na, K, Fe, Al y Mg, así como el CaSO_{4} que
actuará como regulador de fraguado. La composición química,
expresada como porcentaje de óxidos en peso, de la ceniza volante de
alto contenido en cal debe estar comprendida en los rangos que
aparecen en la Tabla:
| Componentes | Proporción (% en peso) |
| CaO | 20-50 |
| SiO_{2} | 20-50 |
| Fe_{2}O_{3} | 2-6 |
| Al_{2}O_{3} | 10-30 |
| MgO | 0.5-8 |
| SO_{3} | 1-25 |
| Na_{2}O | 0.3-4 |
| K_{2}O | 0.3-4 |
La relación molar CaO/SiO_{2} de la ceniza debe
ser al menos de 2, introduciendo adicionales cantidades de CaO en
la materia prima, en caso de no alcanzar dicho valor.
Como materia prima de partida se emplea 100% de
ceniza volante de alto contenido en cal, procedente de la
combustión del carbón (denominada en esta patente
CVC-1) que contiene CaO y SiO_{2} con una
relación molar expresada como CaO/SiO_{2} de aproximadamente 2;
sulfatos y Al_{2}O_{3} con una relación molar expresada como
SO_{3}/Al_{2}O_{3} de aproximadamente 0.45; 17% de sílice
reactiva (determinada según norma
UNE-80-224) y área superficial
(medida por el método BET-N_{2}) de 35 m^{2}/gr.
150 gramos de dicha ceniza volante se mezcla con 450 m1 de agua
desionizada. La mezcla se somete a un pretratamiento hidrotermal en
un reactor presurizado de la casa Pan, modelo 4522 de 1 litro de
capacidad, dotado con controlador de temperatura modelo 945. El
pretratamiento se hace con agitación a la temperatura de 200ºC
durante 4 horas (contadas desde que la mezcla alcanza dicha
temperatura), y una presión de 200 psi en el interior del reactor.
Transcurrido este tiempo el reactor se enfría hasta la temperatura
ambiente en agua y la fase sólida se filtra y seca a 80ºC durante 12
horas, para su posterior caracterización. Dicha caracterización se
hace por difracción de rayos X (DRX), análisis térmico y área
superficial por el método BET-N_{2}. Durante este
pretratamiento de las cenizas volantes se obtienen las fases
hidratadas precursoras del cemento belítico.
A continuación 130 g de la fase sólida, obtenida
en el pretratamiento, se somete a un calentamiento controlado con
una velocidad de 10ºC/minuto hasta 600ºC y 5ºC/min de 600ºC hasta
800ºC. Una vez alcanzada esta temperatura, la muestra se enfría a la
temperatura ambiente y se homogeniza ligeramente en un mortero de
ágata hasta que las partículas pasan por un tamiz de 75 \mum. En
esta etapa las fases precursoras se deshidratan y reaccionan
formando el clinker de cemento belítico (aquí llamado clinker de
Cemento Belítico de Cenizas Volantes de Alto contenido en Cal
(CBCVC)).
Las características de dicho clinker son:
La composición química del clinker se da en la
Tabla 1. El valor de la pérdida al fuego se debe, fundamentalmente,
al CO_{2} que se desprende durante la descomposición de la
calcita (CaCO_{3}). El contenido de dicho carbonato es de
12 \pm 1% sobre peso de cemento.
12 \pm 1% sobre peso de cemento.
| PF* | CaO | SiO_{2} | Fe_{2}O_{3} | Al_{2}O_{3} | MgO | SO_{3} | Na_{2}O | K_{2}O | SiO_{2}* | BET |
| (total) | (reactiva) | (m^{2}/gr) | ||||||||
| 6.4 | 44.7 | 24.3 | 3.9 | 12.8 | 1.7 | 4.8 | 0.21 | 0.55 | 21.4 | 15.1 |
| *PF = pérdida al fuego; *Sílice reactiva según Norma UNE-80-224 |
La fase mayoritaria es la fase belita
Ca_{2}SiO_{4} en la variedad \alpha'L junto con anhidrita
(CaSO_{4}), calcita (CaCO_{3}) y cuarzo. La fase belítica no es
pura incorporando en su estructura álcalis (Na y K) Fe, Mg y Al.
Haciendo un balance de masas en base a los porcentajes de óxidos del
cemento de la Tabla 1 y del análisis termogravimétrico, se ha
estimado la proporción de fases mineralógicas: fase belita 61%,
calcita 12%, anhidrita 8%, cuarzo 3%, resto 16%. Este resto contiene
los elementos Na, K, Fe, Mg y Al, que se incorporan en la red de la
fase belita.
Las propiedades
mecánico-resistentes del cemento (100% de clinker)
se determinaron según la Norma UNE-EN
196-1 con algunas modificaciones en la relación
agua/cemento, debido a la finura del clinker. Se fabricaron probetas
de 4 x 4 x 16 cm de un mortero con relación arena/cemento = 3 y
agua/cemento de 1.25 en lugar de 0.5, especificado en la Norma para
los cementos tipo Pórtland. Una serie de probetas se curó a 20ºC y
atmósfera saturada de humedad y otra serie equivalente se curó a
40ºC en atmósfera saturada de humedad, después de 48 horas de
permanencia en el molde a 20ºC y atmósfera saturada de humedad.
Además se preparó otra serie de probetas en las que se añadió un
aditivo comercial reductor del agua de amasado en una proporción
del 2% del peso de cemento, quedando la relación agua/cemento en
1.05. Los valores de resistencia a 7 y 28 días se dan en la Tabla
2.
| CBCVC-1 | 7 días | 28 días |
| Curado 20ºC | 1.53 \pm 0.04 | 4.0 \pm 0.4 |
| Curado 40ºC | 10.6 \pm 0.2 | 12.5 \pm 0.3 |
| Curado 40ºC + 2% aditivo | 11.4 \pm 0.6 | 15.0 \pm 0.1 |
Cuando el curado se lleva a cabo a 20ºC, los
valores de resistencia a compresión son bajos, sin embargo, con un
curado a 40ºC los valores aumentan casi un orden de magnitud a los
7 días, pasando de 1.53 MPa a 10.6 MPa y 11.4 MPa en presencia del
aditivo. A 28 días de curado a 40ºC, el valor de resistencia aumenta
3.1 veces respecto al valor obtenido cuando el curado es a 20ºC y
3.8 veces cuando el curado es a 40ºC y 2% de aditivo.
Una importante característica de la hidratación
de este cemento es la presencia de pequeñas cantidades de
portlandita (Ca(OH)_{2}) (4% a los 3 días de
hidratación, cantidad que va disminuyendo con el tiempo) en
comparación con el 18% de portlandita generada en la hidratación de
un cemento Pórtland. Esto junto con la ausencia de C_{3}A,
implica la minimización de posibles reacciones expansivas, como la
formación de etringita, en el caso de un ataque por sulfatos, y por
lo tanto garantiza una estabilidad de dicho cemento en ambientes
sulfatados.
El proceso de fabricación es similar al empleado
en el ejemplo 1. La variante en este caso es la materia prima
empleada: ceniza volante procedente de la combustión del carbón
(denominada en esta patente CVC-2) que contiene CaO
y SiO_{2} con una relación molar expresada como CaO/SiO_{2} de
aproximadamente 1; sulfatos y Al_{2}O_{3} con una relación
molar expresada como SO_{3}/Al_{2}O_{3} de aproximadamente
0.16; 25% de sílice reactiva (determinada según norma
UNE-80-224) y área superficial
(medida por el método BET-N_{2}) de 3 m^{2}/gr.
Debido a que la relación molar CaO/SiO_{2} es en este caso de 1,
fue necesario añadir CaO hasta alcanzar el valor de 2 en dicha
relación 114.3 g de ceniza volante (CV-2) y 31.2 g
de CaO (reactivo comercial) se mezcla con 450 ml de agua
desionizada. La mezcla se somete al pretratamiento hidrotermal y
posterior calentamiento en horno hasta 800ºC, siguiendo el mismo
procedimiento especificado en el ejemplo 1. Las características del
clinker son:
La composición química del clinker se da en la
Tabla 3. El valor de la pérdida al fuego se debe, fundamentalmente,
al CO_{2} que se desprende durante la descomposición de la
calcita (CaCO_{3}). El contenido de dicho carbonato es de 1%
sobre peso de clinker.
| PF* | CaO | SiO_{2} | Fe_{2}O_{3} | Al_{2}O_{3} | MgO | SO_{3} | Na_{2}O | K_{2}O | SiO_{2}* | BET |
| (total) | (reactiva) | (m^{2}/gr) | ||||||||
| 1.4 | 48.3 | 28.7 | 2.3 | 15.2 | 1.4 | 1.7 | 0.25 | 0.5 | 28.5 | 6.4 |
| *PF = pérdida al fuego; *Sílice reactiva según Norma UNE-80-224 |
La fase mayoritaria es la fase belita
Ca_{2}SiO_{4} en la variedad \alpha'L, las fases minoritarias
son calcita (CaCO_{3}) y anhidrita (CaSO_{4}), La fase belítica
no es pura incorporando en su estructura álcalis (Na y K) Fe, Mg y
Al. Haciendo un balance de masas similar al ejemplo 1, se ha
estimado la proporción de fases mineralógicas: fase belita 82%,
calcita 1%, anhidrita 3%, resto 14%. Este resto contiene los
elementos Na, K, Fe, Mg y Al, que se incorporan en la red de la fase
belita.
Se fabricaron probetas de 4 x 4 x 16 cm de un
mortero con relación arena/cemento = 3 y agua/cemento de 1. El
cemento empleado contiene un 100% de clinker. Una serie de probetas
se curó a 20ºC y atmósfera saturada de humedad y otra serie
equivalente se curó a 40ºC en atmósfera saturada de humedad después
de 48 horas de permanencia en el molde a 20ºC y atmósfera saturada
de humedad. Además se preparó otra serie de probetas en las que se
añadió un aditivo comercial reductor del agua de amasado en una
proporción del 2% del peso de cemento, quedando la relación
agua/cemento en 0.84. Los valores de resistencia a 7 y 28 días se
dan en la Tabla 4.
| CBCVC-2 | 7 días | 28 días |
| Curado 20ºC | 4.7 \pm 0.3 | 10.5 \pm 0.3 |
| Curado 40ºC | 10.5 \pm 0.1 | 10.3 \pm 0.1 |
| Curado 40ºC + 2% aditivo | 18.8 \pm 0.3 | 18.9 \pm 0.3 |
Cuando el curado se lleva a cabo a 20ºC, los
valores de resistencia a compresión son superiores a los alcanzados
por el cemento CBCVC-1 en todas las condiciones
estudiadas. El curado a 40ºC estimula la ganancia de resistencias
que prácticamente se duplican a los 7 días y se multiplican por 4
en presencia del aditivo, respecto al curado a 20ºC. A partir de los
7 días los valores se mantienen constantes cuando el curado se hace
a 40ºC.
En este tipo de cemento ocurre lo mismo que en el
CBCVC-1: durante su hidratación se forma mínimas
cantidades de portlandita (Ca(OH)_{2}). Esto junto
con la ausencia de C_{3}A implica la minimización de posibles
reacciones expansivas, como la formación de etringita, en el caso de
un ataque por sulfatos, y por lo tanto garantiza una estabilidad de
dicho cemento en ambientes sulfatados.
El proceso de fabricación y la materia prima son
similares al ejemplo anterior CBCVC-2. La variante
en este caso es el empleo de una disolución de NaOH (reactivo
comercial) en una concentración 1N en vez de agua durante el
pretratamiento hidrotermal de la ceniza volante. Las características
del clinker son:
La composición química del clinker se da en la
Tabla 5.
| PF* | CaO | SiO_{2} | Fe_{2}O_{3} | Al_{2}O_{3} | MgO | SO_{3} | Na_{2}O | K_{2}O | SiO_{2}* | BET |
| (total) | (reactiva) | (m^{2}/gr) | ||||||||
| 2.7 | 48.3 | 23.6 | 3.0 | 14.4 | 1.2 | 1.2 | 4.5 | 0.38 | 23.5 | 5.5 |
| *PF = pérdida al fuego; *Sílice reactiva según Norma UNE-80-224 |
La fase mayoritaria es la fase belita
Ca_{2}SiO_{4} en la variedad \alpha'L, junto con mayenita
(C_{12}A_{7}) como minoritaria. La fase belítica no es pura
incorporando en su estructura álcalis (Na y K) Fe, Mg y Al. Haciendo
un balance de masas similar a los ejemplos 1 y 2, se ha estimado la
proporción de fases mineralógicas: fase belita 67%, calcita 2.3%,
anhidrita 2.0% resto 29%. En este resto se encuentra la fase
mayenita antes mencionada.
Se fabricaron probetas de 4 x 4 x 16 cm de un
mortero con relación arena/cemento = 3 y agua/cemento de 1. El
cemento contiene un 100% de clinker. Las probetas se curaron a 20ºC
y atmósfera saturada de humedad. Los valores de resistencia a 7 y 28
días se dan en la Tabla 6.
| CBCVC-3 | 7 días | 28 días |
| Curado 20ºC | 4.6 \pm 0.3 | 16.9 \pm 0.4 |
A la edad de 7 días el valor de resistencia a
compresión es prácticamente igual al obtenido con el cemento
CBCV-2, sin embargo después de 28 días de curado el
valor de resistencia es 1.6 veces superior respecto al valor del
cemento CBCV-2 y 4.2 veces superior en el caso del
CBCV-1.
En este tipo de cemento ocurre lo mismo que en el
CBCVC-1 y CBCVC-2: durante su
hidratación se forma mínimas cantidades de peportlandita
(Ca(OH)_{2}). Esto junto con la ausencia de
C_{3}A implica la minimización de posibles reacciones expansivas,
como la formación de etringita, en el caso de un ataque por
sulfatos, y por lo tanto garantiza una estabilidad de dicho cemento
en ambientes sulfatados.
Claims (9)
1. Nuevo clinker de cemento belítico, de ceniza
volante de la combustión del carbón de alto contenido en cal,
caracterizado por consistir mayoritariamente de la fase
belita alfa prima de baja temperatura del silicato dicálcico
(\alpha'L-Ca_{2}SiO_{4}) en un rango
comprendido preferentemente entre 59-83% en peso;
SiO_{2} en un rango de alrededor de 20-30%; CaO
40-50%, Fe_{2}O_{3} 1-6%,
Al_{2}O_{3} 10-20%, MgO 1-3%,
SO_{3} 0.5-6%, Na_{2}O 0.1-6%,
K_{2}O 0.2-2%, con una finura comprendida entre 4
y 15 m^{2}/g (determinada por el método
BET-N_{2}).
2. Nuevo clinker de cemento belítico, de ceniza
volante de la combustión del carbón de alto contenido en cal, según
la reivindicación 1, caracterizado además porque la fase
belita alfa prima de baja temperatura tiene como estabilizadores de
red los iones Fe, Al, Mg, Na y K.
3. Procedimiento para la preparación de clinker
de cemento belítico de ceniza volante de la combustión del carbón
de alto contenido en cal, de acuerdo con la reivindicación 1 y 2,
caracterizado por la utilización, como materia prima, de
cenizas volantes de alto contenido en cal, en una proporción
comprendida entre el 75-100%, y una relación molar
de Ca/Si de alrededor de 2.
4. Procedimiento para la preparación de clinker
de cemento belítico de ceniza volante de la combustión del carbón
de alto contenido en cal, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado además porque se añade CaO comercial, para
ajustar la formulación a una relación molar de Ca/Si de alrededor
de 2.
5. Nuevo cemento belítico de ceniza volante de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, de acuerdo con
las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por el empleo de
100% de clinker que no necesita un molido excesivo, debido a la baja
temperatura de obtención (800ºC) y a la gran superficie específica
de la ceniza volante utilizada como materia prima.
6. Nuevo cemento belítico de ceniza volante de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, de acuerdo con
las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque no necesita
adiciones extra de reguladores de fraguado, como CaSO_{4}.
7. Nuevo cemento belítico de ceniza volante de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, de acuerdo con
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque durante su
hidratación produce pastas que prácticamente no contienen hidróxido
cálcico.
8. Nuevo cemento belítico de ceniza volante de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, de acuerdo con
las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque el curado se
produce a temperatura igual o inferior a 40ºC.
9. Nuevo cemento belítico de ceniza volante de
la combustión del carbón de alto contenido en cal, de acuerdo con
las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque admite la
adición de un reductor de agua.
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|---|---|---|---|
| ES200301504A ES2223275B1 (es) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | Nuevos clinker de cemento belitico de cenizas volantes, de la combustion del carbon de alto contenido en cal y cemento belitico. |
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2003
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| EP2690076A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-29 | Cemex Research Group AG | Method for manufacturing multi-phase hydraulic binders |
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