Fabricació i Propietats del Ciment: Guia Completa

Fabricació del Ciment

Matèries Primeres

Ciments: Conglomerants hidràulics obtinguts per la polvorització de barreges de clínquer, guixos, escòries o putzolanes.

Cru: Barreja de matèries primeres per obtenir ciment (materials calcaris 75%, argiles 25%, productes correctors per ajustar la composició del cru).

Composició del cru: CO₃Ca (pedra calcària) + a·SiO₂·b·Al₂O₃· n·H₂O (argiles), components addicionals correctors: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃.

Preparació del Cru

El cru ha d'arribar a la mida de partícula adequada per a la cocció. Es tritura amb matxucadores i es mol. Després es barregen els components.

Fases de la Fabricació

1. Assecat del cru (100ºC): S'elimina l'aigua lliure.
2. Zona de preescalfament (100-750ºC): Eliminació de l'aigua estructural combinada amb l'argila i dissociació d'aquesta.
3. Zona de calcinació (750-1000ºC): El carbonat de calci es dissocia amb l'alliberament de CO₂. Apareix l'òxid de calci lliure.
4. Zona de cremat (1000-1450ºC): Es produeix la fusió parcial de la barreja amb la formació de C₃S, C₂S.
5. Sinterització (1200-1280ºC): Inici de la formació del líquid.
6. Sinterització (<1280ºC): Es formen nòduls esfèrics que reben el nom de clínquer.
7. Refredament (1280-1000ºC): Es forma la composició i estructura definitiva del clínquer: C₃S, C₂S, C₃A i C₄AF.
8. Refredament ràpid (1000-100ºC): Ha de ser ràpid per evitar la inversió de les reaccions.
9. Emmagatzematge: En sitges.

Característiques del Ciment

• Velocitat d'hidratació: Rapidesa amb la qual es produeix la hidratació del ciment. Condiciona el ritme de fraguat i enduriment i les resistències a curt termini.
• Calor d'hidratació: Calories despreses pel ciment en la seva hidratació.
• Estabilitat del volum: Canvis dimensionals durant el fraguat i l'enduriment reflectits en expansions o retraccions, donant com a resultat fissures.
• Estabilitat química: Comportament del ciment davant d'agents agressius.

Composició del Clínquer

Components Principals

• Alita (C₃S, silicat): Component més important. Enduriment ràpid. Quantitat: 46-70%. Reacció exotèrmica. No fixa calç lliure. Genera portlandita.
• Belita (C₂S, silicat): Segon mineral més important. 20-30%. Endureix lentament i uniformement. Baixa calor d'hidratació. No fixa la calç lliure i genera portlandita.
• Felita (C₃A, aluminat): 5-12%. Alt despreniment de calor. Baixa estabilitat de volum. Amb sulfats dóna lloc a l'ettringita. Elevada velocitat de fraguat i enduriment. Altes resistències a curt termini. Ciments calents.
• Celita (C₄AF, ferroaluminat): 5-12%. Enduriment lent. Resistència a l'aigua sulfatada. Aporta el color gris al ciment.

Components Secundaris

Calç lliure, àlcalis, triòxid de sofre, pèrdua al foc (H₂O i CO₂), magnesi lliure, residu insoluble.

Fraguat, Enduriment i Expansió

• Fraguat: Procés pel qual l'aigua de pastat es combina amb les substàncies anhidres i es formen nous compostos. Esdevé cada cop més rígid fins a ser sòlid. Quan la finor del ciment és elevada, el fraguat és més curt i ràpid. La presència de matèria orgànica endarrereix el fraguat.
• Enduriment: Procés posterior al de presa on el material adquireix resistència amb el pas del temps.
• Expansió: Els assajos d'estabilitat de volum volen manifestar el risc d'expansió que pot tenir un ciment a causa de la hidratació de l'òxid de calci i/o de magnesi lliures. No pot ser superior a 10 mm.

Finor de Mòlta i Resistència Mecànica

• Finor de mòlta: Lligada al valor hidràulic. Si el ciment té una finor excessiva, el conglomerant es torna més susceptible a la meteorització i disminueix la resistència a les aigües agressives. Tot i que les resistències mecàniques augmenten amb la finor.
• Resistència mecànica: D'un ciment s'entén com la d'un morter normalitzat.

Tipus de Ciments

Tots els ciments Portland tenen els mateixos components i les variacions fan referència a les proporcions dels components en funció de les seves característiques.

Tipus de Ciments Portland

• Comuns
• Resistents als sulfats
• Resistents a l'aigua de mar
• De baix calor d'hidratació
• Blancs
• Per a usos especials

Ciment d'Aluminat de Calci

Ciment especial. Conglomerant hidràulic obtingut per la calcinació fins a fondre'l i moldre'l, d'una mescla de calcàries i bauxites polvoritzades. Format per alúmina (Al₂O₃) i calç (CaO) 36%, i òxid fèrric (Fe₂O₃) en percentatge inferior al 20%. Adquireix resistència en un termini més breu que el Portland. Ideal per a la prefabricació d'elements que necessitin una ràpida resposta en ús.