Cemento Portland

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Bolsas de cemento portland envuelto y apilado en una paleta.
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Blue Circle Southern Cement trabaja cerca de Berrima, Nueva Gales del Sur, Australia.

Cemento Portland es el tipo de cemento más común de uso general en todo el mundo como ingrediente básico de hormigón, mortero, estuco y lechada no especializada. Fue desarrollado a partir de otros tipos de cal hidráulica en Inglaterra a principios del siglo XIX por Joseph Aspdin, y generalmente está hecho de piedra caliza. Es un polvo fino, producido al calentar piedra caliza y minerales arcillosos en un horno para formar clínker, moler el clínker y agregar de 2 a 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 el cemento portland blanco. Su nombre se deriva de su parecido con la piedra de Portland que se extraía en la isla de Portland en Dorset, Inglaterra. Fue nombrado por Joseph Aspdin, quien obtuvo una patente para él en 1824. Su hijo William Aspdin es considerado el inventor de la tecnología "moderna" cemento portland debido a sus desarrollos en la década de 1840.

El bajo costo y la amplia disponibilidad de piedra caliza, esquisto y otros materiales naturales utilizados en el cemento portland lo convierten en un material de construcción relativamente económico. Su uso más común es en la producción de hormigón, un material compuesto formado por áridos (grava y arena), cemento y agua.

Historia

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Plaque en Leeds conmemorando Joseph Aspdin
A black and white photograph of William Aspdin
William Aspdin es considerado el inventor del cemento "moderno" de Portland.
hormigón fresco

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.

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, destinados a la construcción de un faro, ahora conocido como Torre de Smeaton. A fines del siglo XVIII, el cemento romano fue desarrollado y patentado en 1796 por James Parker. El cemento romano rápidamente se hizo popular, pero fue reemplazado en gran parte por cemento portland en la década de 1850. En 1811, James Frost produjo un cemento que llamó cemento británico. Se informa que James Frost erigió una fábrica para hacer cemento artificial en 1826. En 1811, Edgar Dobbs de Southwark patentó un cemento del tipo inventado 7 años después por el ingeniero francés Louis Vicat. El cemento de Vicat es una cal hidráulica artificial y se considera el "precursor principal" de cemento portland.

El nombre cemento portland está registrado en un directorio publicado en 1823 asociado con William Lockwood y posiblemente otros. En su patente de cemento de 1824, Joseph Aspdin llamó a su invento "cemento portland" por su parecido con la piedra de Portland. El cemento Aspdin's no se parecía en nada al cemento portland moderno, sino a un primer paso en el desarrollo del cemento portland moderno, y se le ha llamado "proto-cemento portland".

William Aspdin había dejado la empresa de su padre para formar su propia fábrica de cemento. En la década de 1840, William Aspdin, aparentemente por accidente, 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 mudó a Alemania, donde se dedicó a la fabricación de cemento. William Aspdin hizo lo que podría llamarse "meso-cemento portland" (una mezcla de cemento portland y cal hidráulica). Isaac Charles Johnson perfeccionó aún más la producción de "meso-cemento portland" (etapa intermedia de desarrollo), y afirmó ser el verdadero padre del cemento portland.

En 1859, John Grant, de la Junta Metropolitana de Obras, estableció los requisitos para el uso de 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 (EE. UU.); lo que permitió una mezcla más fuerte, más homogénea y un proceso de fabricación continuo. El Hoffmann "interminable" horno que se decía que daba "control perfecto sobre la combustión" fue probado en 1860 y se demostró que produce un grado superior de cemento. Este cemento se fabricó en Portland Cementfabrik Stern en Stettin, que fue el primero en utilizar un horno Hoffmann. La Asociación de Fabricantes Alemanes de Cemento emitió una norma sobre el cemento portland en 1878.

El cemento Portland había sido importado a los Estados Unidos desde Alemania e Inglaterra, y en las décadas de 1870 y 1880, lo producía Eagle Portland cement cerca de Kalamazoo, Michigan. En 1875, se produjo el primer cemento portland en los hornos de Coplay Cement Company bajo la dirección de David O. Saylor en Coplay, Pensilvania. 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 define el cemento portland como:

cemento hidráulico (cemento que no sólo endurece al reaccionar con agua, sino que también forma un producto resistente al agua) producido por los clinkers pulverizadores que consisten esencialmente en silicatos hidráulicos de calcio, generalmente conteniendo una o más de las formas de sulfato de calcio como una adición intercal.

La norma europea EN 197-1 utiliza la siguiente definición:

El clinker de cemento de Portland es un material hidráulico que consistirá de al menos dos tercios por masa de silicatos de calcio, (3 CaO·SiO2, y 2 CaO·SiO2), el resto consiste en fases de clinker de aluminio y hierro y otros compuestos. La proporción de CaO a SiO2 no será inferior a 2.0. El contenido de óxido de magnesio (MgO) no excederá del 5,0% por masa.

(Los dos últimos requisitos ya estaban establecidos en la Norma Alemana, emitida en 1909).

Los clinkers constituyen más del 90 % del cemento, junto con una cantidad limitada de sulfato de calcio (CaSO4, que controla el tiempo de fraguado) y hasta un 5 % de componentes menores (rellenos) como lo permiten varios estándares. Los clinkers 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 distingue al cemento portland de otras cales hidráulicas se produce a estas altas temperaturas (>1300 °C (2370 °F)) como belita (Ca2SiO4) se combina con el óxido de calcio (CaO) para formar alita (Ca3SiO5).

Fabricación

Un padre y un hijo en Goma, Congo, en 2017. El cemento puede causar daño significativo a la piel.

El clinker 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). F) para cementos modernos, para sinterizar los materiales en clinker.

Los materiales del clínker de cemento son alita, belita, aluminato tricálcico y ferrita de aluminio tetracálcico. 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 y contribuyen poco a la resistencia. Para cementos especiales, como los de baja temperatura (LH) y resistentes a los sulfatos (SR), es necesario limitar la cantidad de aluminato tricálcico (3 CaO·Al2O3) formado.

La principal materia prima para la fabricación del clínker suele ser piedra caliza (CaCO3) mezclada con un segundo material que contiene arcilla como fuente de aluminosilicato. Normalmente se utiliza una caliza impura que contiene arcilla o SiO2. El contenido de CaCO3 de estas calizas puede ser tan bajo como 80%. Las materias primas secundarias (materiales de la mezcla en bruto distintos de la piedra caliza) dependen de la pureza de la piedra caliza. Algunos de los materiales utilizados son arcilla, esquisto, arena, mineral de hierro, bauxita, cenizas volantes y escoria. Cuando un horno de cemento funciona con carbón, la ceniza del carbón actúa como materia prima secundaria.

Molienda de cemento

Un molino de cemento de 10 MW, produciendo cemento a 270 toneladas por hora.

Para lograr las cualidades de fraguado deseadas en el producto terminado, se agrega una cantidad (2–8 %, pero generalmente 5 %) de sulfato de calcio (generalmente yeso o anhidrita) al clínker y la mezcla se muele finamente para formar el polvo de cemento terminado. Esto se logra en un molino de cemento. El proceso de molienda se controla para obtener un polvo con un amplio rango de tamaños de partículas, en el que normalmente 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 al área superficial específica. Los valores típicos son 320–380 m2·kg−1 para cementos de uso general, y 450–650 m2·kg− 1 para 'endurecimiento rápido' cementos. El cemento se transporta por correa o bomba de polvo a un silo para su almacenamiento. Las plantas de cemento normalmente tienen suficiente espacio de silo para una a 20 semanas de producción, dependiendo de los ciclos de demanda local. El cemento se entrega a los usuarios finales en sacos o como polvo a granel soplado desde un vehículo a presión hacia el silo del cliente. En los países industrializados, el 80% o más del cemento se entrega a granel.

Constituyentes típicos de clinker portland más yeso
notación química de cemento (CCN)
Clinker CCN Masa
Tricalcium silicate (CaO)3 · SiO2C3S25-50%
Dicalcium silicate (CaO)2 · SiO2C2S20-45%
Tricalcium aluminate (CaO)3 · Al2O3C3A5 a 12%
Tetracalcium aluminoferrite (CaO)4 · Al2O3 · Fe2O3C4AF6 a 12%
Gypsum CaSO4 · 2 H2OCS̅H22-10%
Constituyentes típicos del cemento portland
notación química de cemento
Cement CCN Masa
óxido de calcio, CaOC61 a 67%
Dióxido de silicona, SiO2S19-23%
óxido de aluminio, Al2O3A2,5–6%
Óxido férrico, Fe2O3F0-6%
óxido de azufre (VI), SO31,5-4,5%

Cuadrado y endurecimiento

El cemento fragua cuando se mezcla con agua a través de una serie compleja de reacciones químicas que aún se comprenden solo en parte. Los diferentes constituyentes cristalizan lentamente, y el entrelazamiento de sus cristales le da al cemento su fuerza. 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. El yeso se agrega como un inhibidor para evitar el fraguado instantáneo (o rápido).

Usar

Uso decorativo de paneles de cemento Portland en la finca Grosvenor de Londres

El uso más común del cemento portland es en la producción de concreto. El hormigón es un material compuesto formado por áridos (grava y arena), cemento y agua. Como material de construcción, el hormigón puede moldearse en casi cualquier forma deseada y, una vez endurecido, puede convertirse en un elemento estructural (de carga). El hormigón se puede utilizar en la construcción de elementos estructurales como paneles, vigas y mobiliario urbano, o se puede vaciar in situ para superestructuras como carreteras y presas. Estos pueden suministrarse con hormigón mezclado en obra, o pueden suministrarse con hormigón 'premezclado' concreto hecho en 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 y agua que se exprimen en los huecos para consolidar cimientos, firmes de carreteras, etc.).

Cuando se mezcla agua con cemento portland, el producto fragua en unas pocas horas y se endurece en un período de semanas. Estos procesos pueden variar ampliamente, según la mezcla utilizada y las condiciones de curado del producto, pero un hormigón típico fragua en unas 6 horas y desarrolla una resistencia a la compresión de 8 MPa en 24 horas. La fuerza 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 la hidratación continua, pero generalmente se deja secar el concreto después de algunas semanas y esto hace que se detenga el crecimiento de la resistencia.

Tipos

Generales

ASTM C150

Existen cinco tipos de cementos portland, con variaciones de los tres primeros según la norma ASTM C150.

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 usa comúnmente para la construcción en general, especialmente cuando se hace hormigón prefabricado y prefabricado-pretensado que no debe estar en contacto con suelos o aguas subterráneas. Las composiciones típicas de compuestos de este tipo son:

55 % (C3S), 19 % (C2S), 10 % (C3A), 7 % (C4AF), 2,8 % MgO, 2,9 % (SO3), 1,0 % de pérdida por ignición y 1,0 % de CaO libre (utilizando la notación química del cemento).

Una limitación en la composición es que el (C3A) no debe exceder el 15 %.

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 compuesta típica es:

51 % (C3S), 24 % (C2S), 6 % (C3A), 11 % (C4AF), 2,9 % MgO, 2,5 % (SO3), 0,8 % de pérdida por ignición y 1,0 % de CaO libre.

Una limitación en la composición es que el (C3A) 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 que se vende en América del Norte cumple con esta especificación.

Nota: El cemento que cumple (entre otras) las especificaciones para los tipos I y II se ha vuelto comúnmente disponible en el mercado mundial.

Tipo III tiene una resistencia temprana relativamente alta. Su composición compuesta típica es:

57 % (C3S), 19 % (C2S), 10 % (C3A), 7 % (C4AF), 3,0% MgO, 3,1% (SO3), 0,9% pérdida por ignición y 1,3% CaO libre.

Este cemento es similar al tipo I, pero molido más fino. Algunos fabricantes fabrican un clinker separado con un contenido más alto de C3S y/o C3A, pero esto es cada vez más raro, y generalmente se usa el clinker de uso general, molido para un área de superficie específica típicamente 50–80% más alta. El nivel de yeso también se puede aumentar un poco. Esto le da al hormigón que utiliza 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 de siete días es casi igual a la resistencia a la compresión de 28 días de los tipos I y II. El único inconveniente es que la resistencia a los seis meses del tipo III es igual o ligeramente inferior a 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 la alta resistencia de un día permite una rápida rotación de los moldes. También se puede utilizar en construcciones y reparaciones de emergencia, y en la construcción de bases de máquinas e instalaciones de puertas.

Tipo IV El cemento portland es generalmente conocido por su bajo calor de hidratación. Su composición compuesta típica es:

28 % (C3S), 49 % (C2S), 4 % (C3A), 12 % (C4AF), 1,8% MgO, 1,9% (SO3), 0,9% pérdida por ignición y 0,8% CaO libre.

Los porcentajes de (C2S) y (C4AF) son relativamente altos y (C3S) y (C 3A) son relativamente bajos. Una limitación de este tipo es que el porcentaje máximo de (C3A) es siete y el porcentaje máximo de (C3S) es treinta y cinco. Esto hace que el calor desprendido por la reacción de hidratación se desarrolle a un ritmo más lento. En consecuencia, la resistencia del hormigón se desarrolla lentamente. Después de uno o dos años, la resistencia es mayor que la de los otros tipos después del curado completo. Este cemento se utiliza para estructuras de hormigón de gran tamaño, como presas, que tienen una baja relación superficie/volumen. Los fabricantes generalmente no almacenan este tipo de cemento, pero algunos podrían considerar un pedido especial grande. Este tipo de cemento no se fabrica desde hace muchos años, debido a que los cementos portland puzolánicos y la adición de escoria de alto horno granulada molida ofrecen una alternativa más económica y confiable.

Tipo V se utiliza donde la resistencia a los sulfatos es importante. Su composición compuesta típica es:

38 % (C3S), 43 % (C2S), 4 % (C3A), 9 % (C4AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO3), 0,9% pérdida por ignición y 0,8% CaO libre.

Este cemento tiene una composición muy baja (C3A) lo que explica su alta resistencia a los sulfatos. El contenido máximo de (C3A) permitido es del 5% para el cemento portland tipo V. Otra limitación es que la composición (C4AF) + 2(C3A) 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 (C3A) 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 agregada o cementos mezclados terciarios 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 inclusor de aire en la mezcla. La incorporación 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 los Estados Unidos y Canadá, solo de forma limitada. Son un enfoque deficiente para la incorporación de aire que mejora la resistencia a la congelación a bajas temperaturas.

Los tipos II(MH) y II(MH)a tienen una composición similar a los tipos II y IIa, pero con un picor 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 Icemento de PortlandContiene cemento portland y hasta 5% de los componentes adicionales menores
CEM IIcemento compuesto por Portlandcemento de Portland y hasta el 35% de otros* constituyentes únicos
CEM IIICementerio de horno de vidriocemento de Portland y porcentajes más altos de slag de blastfurnace
CEM IVcemento Pozzolanicocemento de Portland y hasta el 55% de los constituyentes pozzolanos
CEM Vcemento compuestocemento de Portland, horno de explosión o ceniza de mosca y pozzolana

*Los componentes permitidos en los cementos portland compuestos son las puzolanas artificiales (escoria de alto horno (de hecho, un aglomerante hidráulico latente), humo de sílice y cenizas volantes) o puzolanas naturales (materiales silíceos o aluminosos silíceos como como vidrios de cenizas volcánicas, arcillas calcinadas y esquistos).

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 el sufijo L está presente en los nombres de las clases).

Clase Descripción
GU, GUL (a.k.a. Type 10 (GU) cement)cemento de uso general
MScemento resistente al sulfato moderada
MH, MHLcemento de calor moderado
HELcemento de alta resistencia temprana
LH, LHLcemento bajo calor
HSAlta resistencia al sulfato; generalmente desarrolla fuerza menos rápidamente que los otros tipos.

Cemento portland blanco

El cemento portland blanco o 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 Fe2O3), y algunas modificaciones en el método de fabricación, entre otras, una mayor temperatura del horno requerida para sinterizar el clínker en ausencia de óxidos férricos actuando como fundente en el clínker normal. Como el Fe2O3 contribuye a disminuir el punto de fusión del clinker (normalmente 1450 °C), el cemento blanco requiere una temperatura de sinterización más alta (alrededor de 1600 °C). Por ello, es algo más caro que el producto gris. El principal requisito es tener un bajo contenido de hierro que debe ser inferior al 0,5 % en peso expresado como Fe2O3 para el cemento blanco, y inferior al 0,9 % en peso. para cemento blanquecino. También ayuda tener el óxido de hierro como óxido ferroso (FeO) que se obtiene a través de 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 Cr2O3 (verde), MnO (rosa), TiO2 (blanco), etc., en traza contenido, también puede dar tintes de color, por lo que para un proyecto determinado es mejor usar cemento de un solo lote.

Cuestiones de seguridad

Las bolsas de cemento suelen tener impresas advertencias de salud y seguridad, porque el cemento no solo 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. La reacción del polvo de cemento con la humedad en los senos paranasales y los pulmones también puede causar una quemadura química, así como dolores de cabeza, fatiga y cáncer de pulmón.

La producción de cementos comparativamente de baja alcalinidad (pH<11) es un área de investigación en curso.

En Escandinavia, Francia y el Reino Unido, el nivel de cromo (VI), que se considera tóxico y uno de los principales irritantes de la piel, no puede superar 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 para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg/m3 exposición total y 5 mg/m3 exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 5000 mg/m3, el cemento portland es un peligro inmediato para la vida y la salud.

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 vibraciones al operar maquinaria y durante voladuras en canteras; consumo de grandes cantidades de combustible durante la fabricación; lanzamiento de CO
2
de las materias primas durante la fabricación, y daños al campo por la explotación de canteras. El equipo para reducir las emisiones de polvo durante la explotación de canteras y la fabricación de cemento se usa ampliamente, y el equipo para atrapar y separar los gases de escape se usa cada vez más. La protección del medio ambiente también incluye la reintegración de las canteras en el campo después de que hayan sido clausuradas, devolviéndolas a la naturaleza o recultivándolas.

El cemento Portland es cáustico, por lo que puede causar quemaduras químicas. El polvo puede causar irritación o, con una exposición severa, cáncer de pulmón y puede contener varios 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 del gas de efecto invernadero dióxido de carbono, dioxina, NOx, SO2, y partículas. La producción de cemento portland contribuye con alrededor del 10% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. La Agencia Internacional de la 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. Hay varias investigaciones en curso que apuntan a un reemplazo adecuado del cemento portland por materiales cementicios complementarios.

Notas e informes epidemiológicos 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 contienen azufre, deben ser conscientes de los efectos agudos y crónicos de la exposición a SO
2
[dióxido de sulfur], y concentraciones máximas y elevadas SO
2
debe ser medido periódicamente.

Un esfuerzo de investigación independiente de AEA Technology para identificar los problemas críticos para la industria del cemento hoy en día concluyó que los problemas ambientales, de salud y de seguridad más importantes que enfrenta la industria del cemento son las emisiones atmosféricas (incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero, dioxinas, NOx, SO
2
< /span> y partículas), accidentes y exposición de los trabajadores al polvo.

El CO
2
asociado con la fabricación de cemento portland proviene principalmente de cuatro fuentes:

CO
2
fuente
Monto
Decarbonato de piedra caliza Muy constante: mínimo alrededor 0,47 kg (1.0 lb) CO
2
por kg de cemento, máximo 0.54, valor típico alrededor de 0.50 en todo el mundo.
Combustión de combustible de horno Variaciones con eficiencia de la planta: eficiente planta de precalcinador 0,24 kg (0,53 lb) CO
2
por kg de cemento, proceso húmedo de baja eficiencia tan alto como 0,65 prácticas modernas típicas (por ejemplo, Reino Unido) promediando alrededor de 0,30.
Producido por vehículos en plantas de cemento y distribución Casi insignificante en 0.002–0.005. Tan típico total CO
2
Está cerca. 0,80 kg (1,8 lb) CO
2
por kg de cemento acabado.
Generación eléctrica Varia con fuente de energía local. El consumo de energía eléctrica típico está en el orden de cemento de 90–150 kWh por tonelada, equivalente a 0,09–0,15 kg (0,20–0,33 lb) CO
2
por kg de cemento acabado si la electricidad se genera en carbón.

En general, con energía nuclear o hidroeléctrica y fabricación eficiente, CO La generación
2
se puede reducir a 0,7 kg (1,5 lb) por kg de cemento, pero puede ser el doble. El impulso de la innovación para el futuro es reducir las fuentes 1 y 2 mediante la modificación de la química del cemento, mediante el uso de desechos y mediante la adopción de procesos más eficientes. Aunque la fabricación de cemento es claramente un CO
2
emisor, concreto (del cual el cemento constituye alrededor del 15 %) se compara bastante favorablemente con otros sistemas de construcción modernos en este sentido. Los materiales tradicionales, como los morteros a base de cal, así como los métodos de construcción a base de madera y tierra, emiten significativamente menos CO2.

Plantas de cemento utilizadas para la eliminación o procesamiento de residuos

Los neumáticos usados se alimentan a un par de hornos de cemento

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 flujos de desechos; de hecho, destruyen eficientemente muchos compuestos orgánicos peligrosos. Los flujos de residuos 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 suplemento de combustible:

  • Neumáticos de automóviles y camiones – cinturones de acero se toleran fácilmente en los hornos
  • Lodos de pintura de industrias de automóviles
  • solventes y lubricantes de desechos
  • Comida de carne y hueso – residuos de matadero debido a problemas de contaminación de encefalopatía espongiforme bovina
  • Plásticos de desechos
  • Lodos de aguas residuales
  • Hulls de arroz
  • Desechos de azúcar
  • Lazos de tren de madera usados
  • Litoral de células gastadas de la industria de fundición de aluminio (también llamado forro de olla gastada)

La fabricación de cemento Portland también tiene el potencial de beneficiarse del uso de subproductos industriales del flujo de desechos. Estos incluyen en particular:

  • Slag
  • ceniza voladora (de centrales eléctricas)
  • Fume de sílice (de molinos de acero)
  • yeso sintético (de la desulfuración)

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