El cemento es un aglutinante hidráulico (que se endurece bajo la acción del agua) utilizado en la preparación del hormigón , y hoy en día se utiliza con mayor frecuencia en la fabricación de suelos , bloques de hormigón , revestimientos y morteros . Los cementos se clasifican actualmente con el nombre "CEM" seguido de un número romano de I a V seguido de una letra mayúscula según su contenido de clínker y otros componentes (cal, humos de sílice , puzolana , escoria de altos hornos , etc.). El término " cemento Portland " ha caído en desuso desde finales de la década de 1970, reemplazado por los términos "CPA" (cemento Portland puro) y "CPJ" (cemento Portland compuesto), que a su vez fueron abandonados cuando se cambió la norma europea. ., pero todavía se encuentra en varios países. El mortero de cal existido desde la antigüedad, pero el cemento y sus muchas aplicaciones es una invención del XIX ° siglo .
Es el resultado, originalmente, de la reacción endotérmica entre la piedra caliza y la arcilla que, mezclada con agua, fragua y permite que las arenas y los áridos se aglomeren . Desde entonces se han ido incorporando muchos otros elementos en función del uso del cemento, posibilitando así la constitución de auténticas rocas artificiales, hormigones y morteros.
En 2008 se produjeron más de dos mil millones de toneladas de cemento al año en el mundo, el 80% producido y consumido en países emergentes, con un crecimiento de más del 5% anual de 1991 a 2008.
En 2006, solo para Europa, fue de 267 millones de toneladas, o el 13% de la producción mundial. Esta producción consume mucha energía y la producción de clínker, su principal componente , es responsable de aproximadamente el 5% de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (GEI) , lo que contribuye al calentamiento global .
En la antigua Roma , la caementa (del latín caementum , que significa escombros , piedra de construcción) se refería a las piedras añadidas in situ a la cal para constituir el opus caementicium . A la I er siglo AD. AD , Roma antigua mejoró la técnica de cal mediante la incorporación de arena volcánica de Pozzuoli - pulvere Puteolano , puzolana - o trituradas azulejos ( tunsam testam , la mezcla se llama a continuación " opus signinum " en la terminología arqueológica moderna). Como dice Vitruvio en su De architectura ( Libro II , capítulo 6 ), el mortero puede resistir el agua e incluso fraguar en condiciones muy húmedas. Esta virtud se debe a la presencia de una gran cantidad de silicato de alúmina . Añadiendo puzolana o baldosas a la cal aérea , se transforma artificialmente en cal hidráulica . No fue hasta 1818 que Louis Vicat explicó los principios de esta reacción, en su teoría de la hidráulica, allanando el camino para el descubrimiento del cemento Portland .
Posteriormente hubo confusión, luego transferencia de redacción, el cemento se convirtió en el mortero y luego en el aglutinante solo. “Como es necesario respetar la terminología ahora estrictamente definida por la técnica, esta palabra debe reservarse para la designación de cementos que son mezclas artificiales de cal con arcilla y sales metálicas […]: tales mezclas eran obviamente desconocidas para los romanos” .
Un glosario de principios del XIX ° siglo llamado "cemento", azulejos, ladrillos o azulejos rotos y polvo. El mortero mezcla cal, arena y cemento. En 1822, el químico alemán Johann Friedrich John llamó "cemento" a las partes extrañas que dan a la cal la propiedad de endurecerse en el agua, es decir, su hydráulica . Dice que es posible mejorar la cal que no contiene cemento introduciéndola por el proceso seco.
En el XIX ° siglo, los ancianos de comparación morteros (especialmente aquellos que se han hecho por los romanos) a los tiempos modernos morteros, dirigidos a la especulación de que el primero era mejor. Varios constructores anunciaron entonces que habían encontrado el secreto de los morteros romanos, pero otros, acertadamente, comentan que, con el tiempo, solo han sobrevivido las construcciones hechas con buena cal en buenos morteros. En 1796, James Parker inventó el cemento natural rápido , que se llamó incorrectamente " cemento romano ". La marca está traducida a todos los idiomas, lo que da el cemento romano en francés, posteriormente rebautizado como cemento rápido . El cemento Portland inventado en este momento es de la misma naturaleza.
El cemento es un ligante , un material pulverulento, que forma con agua o con una solución salina una pasta plástica y homogénea , capaz de aglomerar, por endurecimiento, diversas sustancias denominadas “agregados” o “ granulados ”.
Es una matriz hidráulica que se endurece rápidamente y alcanza su máxima resistencia en pocos días. Después del endurecimiento, esta pasta conserva su fuerza y estabilidad, incluso bajo el agua. Su uso más frecuente es en forma de polvo, mezclado con agua, para agregar arena fina , grava , para producir mortero o incluso hormigón .
Dicho cemento es natural, cuando el resultado de la sencilla de curado a temperatura moderada ( 500 a 1.200 ° C ) de una marga o caliza arcillosa ( de fraguado rápido para cemento , cemento romano , y los primeros cementos Portland son cemento natural). Se dice que es artificial cuando resulta de la cocción a una temperatura más alta ( 1450 ° C ) de una mezcla molida de piedra caliza, marga o arcilla u otra definición: un cemento "artificial" es un producto de la cocción de mezclas artificiales ( de la mano humana) de sílice , alúmina , carbonato de cal , sobre el cual el agua no tiene acción, o solo tiene una acción muy lenta antes de la trituración , y que, reducido a polvo mecánicamente, fraguado bajo la acción del agua, en un tiempo que varía según su proporción.
La fabricación de ligantes por calcinación de piedra ( horno de calcinación ) es más antigua que el arte del alfarero. Los suelos de terrazo que incorporan cal se construyeron en construcciones neolíticas precerámicas (PPN A y B, alrededor del 9000 al 8000 aC ) en Anatolia , en Çayönü y Nevalı Çori en particular. El Egipto emplea un yeso de mortero para unir las piedras. Las civilizaciones posteriores habrían mejorado los morteros añadiendo cal a la arcilla. Los griegos utilizan yeso y cal, principalmente en la fabricación de yeso y estuco . Realmente fueron los romanos quienes generalizaron el uso de la cal como mortero. Lo refuerzan con tejas o ceniza puzolánica ( ceniza volcánica de la región de Pozzuoli o "Pozzuoli" cerca de Nápoles) según una receta de Vitruvio (no siempre respetada).
La adición de puzolanas , en un mortero mojado con agua de mar, le confiere una alta solidez tras una reacción con aluminio de origen volcánico que estabiliza el complejo de silicato cálcico hidratado , antes de que un fenómeno de carbonatación deje de endurecer el mortero, permitiéndole en particular para resistir los ataques del mar, como en la Bahía de Nápoles donde hay mampostería de más de 2.000 años (mejor que el cemento Portland actual).
Luego, hasta tiempos modernos, el mortero consiste en una mezcla de cal, con la adición de tejas o ladrillos triturados, cuya arcilla tiene propiedades hidráulicas. Además, la puzolana se usa ampliamente.
El mortero de cal de los romanos consumía menos energía durante la producción, siendo necesarios 900 ° C para la calcinación de la piedra caliza (frente a los 1.450 ° C requeridos para el cemento Portland), el modelo económico de una alternativa a la cal permitiría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de las fábricas de cemento . En Francia, los depósitos de puzolana también están disponibles (Auvernia, Velay, Vivarais, Provenza).
El cemento tomó su sentido moderno en el XIX ° siglo , cuando Louis Vicat identificó el fenómeno de la segunda vuelta de cal en 1817 , y el de cemento, que calificó de "cal eminentemente hidráulica" o "límites de cal", en 1840 .
La investigación sobre la segunda vuelta de cal comenzó a finales del XVIII ° siglo para llegar a 1840, fabricación de cementos modernos. Se trataba de cales grasas, no hidráulicas, que no endurecen bajo el agua, cales hidráulicas que endurecen incluso bajo el agua, cales altamente hidráulicas (ricas en arcillas) que solidifican muy rápidamente, y cales limitantes (demasiado ricas en arcillas) que solidifican muy rápidamente. y luego se descomponen, si no se cuecen al grado de fusión pastosa.
En 1796, James Parker descubrió en la isla de Sheppey , Gran Bretaña, cemento rápido (una cal eminentemente hidráulica o cemento natural de fraguado rápido, horneado a 900 ° C como la cal natural ordinaria) al que comercialmente llamó cemento Roman . Este cemento adquirió posteriormente, desde alrededor de 1820 hasta 1920, una gran reputación. Se fabricó en toda Europa y se usó para hacer moldes de plantillas o para hacer piedras artificiales a partir de cemento fundido. Al principio del XIX ° siglo , toda Europa está activo, Francia especialmente, a no deben nada a la británica o la puzolana italiana. En 1817, el francés Louis Vicat descubrió el principio de la cal hidráulica, relativo a la proporción de arcilla y la temperatura de cocción, y publicó su trabajo sin obtener una patente. En 1824, el británico Joseph Aspdin presentó una patente para la fabricación de una cal hidráulica de fraguado rápido a la que comercialmente denominó "cemento Portland", porque el color de su producto se parecía a las famosas piedras de cantera de la "península de Portland ". »Ubicado en Manche. Es un pegamento similar a los descritos por Vicat, aunque su patente es imprecisa. Pero no fue hasta 1840, y el descubrimiento de los principios de la hidráulica de los cementos lentos (hoy conocidos como cementos Portland) todavía por Louis Vicat ( Société des Ciments Vicat ) - una cocción a la temperatura de fusión pastosa es de 1450 ° C que lo hizo Es posible obtener el clinker : ver una producción real de estos cementos modernos, y luego ver una arquitectura de hormigón en caja y luego hormigón armado.
La primera fábrica de cemento fue creada por Dupont y Demarle en 1846 en Boulogne-sur-Mer ( Ciments francés ). El desarrollo solo se pudo realizar gracias a la aparición de nuevos equipos, como el horno rotatorio y el molino de bolas. Los procesos de fabricación se mejoraron constantemente y el tiempo necesario para producir una tonelada de clinker , el componente básico del cemento, se redujo de cuarenta horas en 1870 a unos tres minutos en la actualidad.
La fabricación de cemento se puede reducir esquemáticamente a las siguientes tres operaciones:
Hay cuatro métodos para fabricar cemento que dependen esencialmente de los materiales:
La composición básica de los cementos actuales es una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio , resultado de la combinación de cal (CaO) con sílice (SiO 2 ), alúmina (Al 2 O 3 ) y óxido de hierro (Fe 2 O 3 ). La cal necesaria es aportada por rocas calizas, alúmina, sílice y óxido de hierro por arcillas. Estos materiales se encuentran en la naturaleza en forma de piedra caliza, arcilla o marga y contienen, además de los óxidos ya mencionados, otros óxidos.
El principio de fabricación del cemento es el siguiente: las calizas y las arcillas se extraen de las canteras, luego se trituran, homogeneizan y se llevan a alta temperatura ( 1450 ° C ) en un horno de calcinación . El producto obtenido después de un enfriamiento rápido ( temple ) es clinker .
Una mezcla de arcilla y piedra caliza se introduce en un horno tubular giratorio ligeramente inclinado calentado por una llama a aproximadamente 2000 ° C . Esta llama se alimenta de diferentes combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. En contacto con gases calientes, el material se calienta gradualmente. En la entrada, la temperatura en torno a los 800 ° C provoca la deshidratación de las arcillas y la descarbonatación de la piedra caliza para producir cal (CaO). Luego, la cal se combina por un lado con alúmina y óxido de hierro para formar aluminatos de calcio y aluminoferritas, y por otro lado, con sílice para formar silicato dicálcico ( belita ). A medida que la temperatura aumenta a medida que el material avanza hacia la llama, los aluminatos ( 1450 ° C ) y las aluminoferritas ( 1380 ° C ) se funden: esta última etapa de fusión pastosa (sinterización, sinterización) a la temperatura más alta alcanzada por el horno es esencial porque promueve la formación de silicato tricálcico ( alita ) a partir del silicato dicálcico (belita) y la cal restante. Los fabricantes de cemento buscan el mayor contenido posible de clinker en la alita, la fase mineral con las propiedades químicas y mecánicas más útiles en el clinker (ver la explicación a continuación sobre la resistencia mecánica del hormigón una vez fraguado el cemento). Para ello, al salir del horno, el clínker debe enfriarse lo más rápidamente posible para minimizar la transformación química exotérmica no deseada en sentido contrario que reduciría el contenido de alita del clínker.
C 2 S + C + calor → C 3 S: Formación endotérmica de alita favorecida a alta temperatura.La reacción inversa se escribe de la siguiente manera:
C 3 S → C 2 S + C + calor: Descomposición exotérmica de la alita que se produce al enfriarse.Nota: las ecuaciones anteriores están escritas usando la notación de cemento . La fórmula química de la alita en notación química normal es Ca 3 SiO 5 o 3 CaO • SiO 2 .
De hecho, más tarde, durante la aplicación del hormigón en las obras, es la hidratación del silicato tricálcico (C 3 S, alita) lo que le dará la mayor parte de su resistencia al hormigón a base de cemento. Portland. Es por eso que siempre tratamos de maximizar la formación de la fase de alita a muy alta temperatura en el horno ( 1450 ° C ) y luego enfriar / solidificar el clínker lo más rápido posible para fraguar (solidificar, apagar) esta fase mineral. Y prevenir se descomponga en belita y óxido de calcio. Una vez que el clínker se ha solidificado, su composición mineralógica ya no puede cambiar, ya que los equilibrios químicos alita / belita solo pueden variar con velocidades significativas en la fase líquida fundida (necesaria para la movilidad de las especies químicas de reacción).
Esta ruta se ha utilizado durante mucho tiempo. Es el proceso más antiguo, el más sencillo pero que requiere más energía.
En este proceso, la piedra caliza y la arcilla se muelen finamente y se mezclan con agua para formar una pasta bastante líquida (28 a 42% de agua). Esta masa se revuelve vigorosamente en grandes cubetas de ocho a diez metros de diámetro, en las que gira un carrusel de gradas.
Luego, la pasta se almacena en grandes recipientes con volúmenes de varios miles de metros cúbicos, donde se amasa y homogeneiza continuamente. Esta mezcla se llama "cruda". Los análisis químicos permanentes permiten controlar la composición de esta masa y realizar las correcciones necesarias antes de su cocción.
Luego, la masa se transporta a la entrada de un horno rotatorio, calentado en su extremo por una llama interna. Este horno rotatorio ligeramente inclinado consta de un cilindro de acero cuya longitud puede alcanzar los doscientos metros. Hay varias zonas dentro del horno, siendo las tres principales:
Las paredes de la parte superior del horno (área de secado - aproximadamente el 20% de la longitud del horno) están revestidas con cadenas marinas para aumentar el intercambio calórico entre la masa y las partes calientes del horno.
Después de haber sido finamente molido, el polvo (harina) se transporta desde el silo de homogeneización (ver párrafo a continuación) al horno, ya sea por bomba, aerodeslizador (lecho fluidizado) y luego por aerolift o elevador.
Los hornos constan de dos partes:
En una torre de precalentamiento, los gases calientan la harina cruda que circula en los ciclones en sentido contrario, por gravedad. A medida que la harina se calienta por encima de los 800 ° C, se descarbonizará (parcialmente), liberando dióxido de carbono (CO 2) y su agua. Este segundo proceso es más eficiente y mucho más rápido que las pantallas. Luego, la harina caliente ingresa a la sección giratoria similar a la utilizada en el proceso húmedo, pero mucho más corta.
El método de fabricación en seco plantea importantes problemas técnicos para los fabricantes:
Posible segregación entre arcilla y piedra caliza en los precalentadores. El sistema utilizado podría ser realmente dañino: de hecho, se utiliza en otros lugares para clasificar partículas. En el caso de la fabricación de cementos, este no es el caso. El polvo permanece homogéneo. Esto puede explicarse por el hecho de que la arcilla y la piedra caliza tienen la misma densidad ( 2,70 g / cm 3 ). Además, el equipo se ha diseñado teniendo esto en cuenta y se han tomado todas las precauciones.
El problema del polvo, cuyas molestias para la salud y el medio ambiente obligan a los fabricantes a instalar colectores de polvo, lo que aumenta considerablemente las inversiones de la cementera.
Los colectores de polvo utilizados para tratar los gases del horno son:
La elección entre las dos tecnologías no es obvia. Los controles de DREAL sancionan cualquier rebasamiento, con posible parada de producción ...
El clínker al salir del horno pasa a través de enfriadores (apagando el clínker), de los cuales hay varios tipos, como enfriadores de rejilla o enfriadores de globo. La velocidad de enfriamiento influye en las propiedades del clínker (fase vítrea).
En cualquier caso, independientemente del método de fabricación, a la salida del horno, se obtiene el mismo clinker que todavía está caliente, sobre 600 a 1,200 ° C . A continuación, se debe moler muy fina y muy regularmente con aproximadamente un 5% (en peso) de yeso (CaSO 4 · 2 H 2 O) para poder controlar el fraguado del cemento durante su hidratación en contacto con el agua. La adición de yeso es fundamental para evitar el fraguado demasiado rápido e incontrolable del cemento durante la hidratación del aluminato tricálcico (3 CaO · Al 2 O 3 también señalado C 3 A), la fase más reactiva y cuya reacción de hidratación es la más exotérmica de las 4 fases minerales que constituyen el clínker. Los iones sulfato liberados por la disolución del yeso forman una fina película de etringita que recubre la superficie de las partículas C 3 A. El acceso del agua a los granos C 3 A se vuelve más difícil, lo que ralentiza su hidratación y permite evitar un rayo. ajuste (ajuste de flash en inglés) del cemento.
La molienda es una operación delicada y costosa, no solo porque el clínker es un material duro, sino también porque incluso las mejores trituradoras tienen rendimientos de energía deplorables.
Los molinos de bolas son grandes cilindros dispuestos casi horizontalmente, medio llenos de bolas de acero y que giran rápidamente alrededor de su eje ( 20 rpm ). El proceso es el mismo que para moler pigmentos. Algunos molinillos tienen compartimentos que le permiten refinar gradualmente. El clínker / cemento alcanza allí una temperatura elevada ( 160 ° C ), lo que puede requerir el riego externo de las trituradoras. Introducimos el clínker con aditivos en la parte superior, luego recuperamos el polvo en la parte inferior: ahora podemos hablar de cemento.
Durante la trituración en circuito abierto, el clinker solo pasa por la trituradora una vez. Durante la trituración en circuito cerrado, el clínker pasa rápidamente a través de la trituradora y luego, en su salida, se clasifica en un ciclón. La fracción fina correspondiente al tamaño de partícula requerido para el cemento se separa de la fracción gruesa que se devuelve al molino. El propósito de la trituración es reducir los granos del clínker a polvo y permitir la adición de yeso (alrededor del 4%) y posiblemente otros aditivos para regular algunas propiedades del cemento Portland, como su fraguado y tiempo de endurecimiento.
A la salida del molino, el cemento está a una temperatura de aproximadamente 160 ° C , y antes de ser transportados a los silos de almacenamiento, debe pasar el enfriador centrífugo de modo que su temperatura se mantiene a aproximadamente 65 ° C .
El problema de la consistencia de la añada es delicado. Vea a continuación cómo se podría solucionar mediante prehomogeneización y luego homogeneización.
Se realiza en seis pasos principales:
Los aditivos que conducen a la diferenciación de productos y gamas se pueden agregar durante la molienda o después, en mezcladoras e incluso en plantas dosificadoras de hormigón.
La extracción consiste en extraer las materias primas: piedra caliza (CaCO 3 ) del 75 al 80% y arcilla (SiO 2 –Al 2 O 3 ) del 20 al 25%, de las canteras.
Las dos canteras pueden estar en el mismo sitio (La Malle-Lafarge) o distantes (Djebel Oust-Votorantim, Túnez). Estas materias primas se extraen de las paredes de roca mediante voladuras con explosivos o palas mecánicas. La roca es transportada por camiones ( volquetes ) o cintas transportadoras a una planta de trituración. Se mezclan recogiendo el cargador en los distintos montones de materia prima en la cabecera de la línea de las cintas transportadoras hacia la fábrica. Dependiendo del origen (varias canteras, canteras heterogéneas) y la calidad de las materias primas, esta mezcla puede corregirse a nivel de trituración y posteriormente, mediante la adición de bauxita, óxido de hierro u otros materiales que aporten alúmina y sílice adicionales.
La fase de homogeneización consiste en crear una mezcla homogénea con proporciones químicas bien definidas. Esta operación se realiza bien en una sala de prehomogeneización (generalmente domos de almacenamiento), donde la mezcla homogénea se obtiene disponiendo el material en capas horizontales superpuestas (bandas de deposición rotativas), luego levantándolo verticalmente con una rueda de cangilones; o en un silo vertical mezclando con aire comprimido .
Las materias primas se muestrean al entrar (torre de muestreo) y luego de forma continua, se dosifican y mezclan para obtener una composición química estándar, lo más estable posible en el tiempo:
Composición química de una cosecha estándar :
El muestreo continuo permite determinar la cantidad de las diversas adiciones necesarias (óxido de hierro, alúmina y sílice).
Si bien la composición puede variar de una cementera a otra, la composición química de la materia prima debe permanecer en proporciones que varíen muy poco, en particular para el funcionamiento del horno (calidad del producto pero también combustibles, conservación del horno y control de rechazos).
El secado y la trituración son los pasos que favorecen las reacciones químicas posteriores. Las materias primas se secan y trituran muy finamente (del orden de una micra) en molinos de bolas o, más recientemente, en muelas verticales, que son más eficientes energéticamente.
Hay tres tipos principales de "rutas" según el tipo de preparación:
En las dos técnicas siguientes, las materias primas se homogeneizan y secan perfectamente en forma de “ crudo ” o “ harina ”;
A continuación, la materia prima se introduce en un horno largo (60 a 200 m ) rotativo ( 1,5 a 3 rpm ), tubular (hasta 6 m de diámetro), ligeramente inclinado (2 a 3% de inclinación).
El vino seguirá diferentes etapas de transformación durante su lenta progresión en el horno, hacia la parte inferior, donde se encuentra con la llama. Esta fuente de calor se alimenta con carbón triturado, fuel oil pesado, gas o incluso parcialmente con combustibles sustitutos de otras industrias, como coque de petróleo, neumáticos usados, RBA, harina de animales, aceites usados o centros de reciclaje como DSB o DIB. . También se lo conoce como CSR ( combustible sólido recuperado ).
La temperatura necesaria para la sinterización es del orden de 1450 ° C . La energía consumida se sitúa entre 3.200 y 4.200 MJ / t de clínker , que es el producto semiacabado que se obtiene al final del ciclo de cocción. Viene en forma de gránulos grises.
Cuando sale del horno, el clinker debe enfriarse y triturarse antes de ser almacenado en silos.
El clinker resulta de una serie de reacciones fisicoquímicas (clinkerización) que permiten:
En el caso de los cementos grises , el clínker se enfría, en la mayoría de las plantas de cemento actuales, mediante un enfriador de rejilla:
En el caso del cemento blanco , que es más frágil que el gris porque debe permanecer inmaculado, se inserta un enfriador rotatorio entre el horno rotatorio y el enfriador de parrilla. Es un cilindro ligeramente inclinado que gira sobre sí mismo y dentro del cual se rocía agua mediante múltiples boquillas. Aunque su composición química es ligeramente diferente, es gracias al enfriador rotatorio que el cemento puede quedar blanco : el clínker debe enfriarse muy rápidamente al salir del horno, antes de oxidarse en contacto con el aire. Los enfriadores de rejilla utilizados en las líneas de cemento blanco tienen un tamaño reducido porque el enfriador rotatorio ya ha realizado parte de su trabajo.
A continuación, el clínker se muele finamente para dar al cemento propiedades hidráulicas activas. Esta trituración se realiza en molinos de bolas, dispositivos cilíndricos cargados con bolas de acero y puestos en rotación, y en molinos verticales.
Durante este paso, se añade al clínker el yeso (3 a 5%), imprescindible para regular el fraguado del cemento. Luego obtenemos cemento Portland artificial ( CEM I )
Los cementos de adición (CEM II a V) se obtienen mediante la adición, durante la fase de molienda, de elementos minerales adicionales contenidos en materiales tales como:
EMC ( Energetically Modified Cement ) es un cemento producido mediante un proceso patentado de molienda intensiva de cemento CPA con diferentes rellenos, como arena fina, cuarcita, puzolana o cenizas volantes. Tiene las mismas características físicas que los cementos Portland artificiales CPA, pero con un 50% menos de emisiones de cemento, energía y CO 2.
Para designar las fases del cemento, generalmente se usa una notación abreviada conocida como "notación abreviada" o "notación de cemento", usando la inicial de los óxidos en lugar de los símbolos químicos clásicos: C para CaO ( cal ), S para SiO 2 ( sílice ), A para Al 2 O 3 ( alúmina ), M para MgO ( óxido de magnesio o periclasa ) y F para Fe 2 O 3 ( hematita ).
Las fases que se encuentran comúnmente en la industria del cemento son:
La composición química garantiza las cualidades del cemento a lo largo del tiempo, es decir durante su fabricación, y también meses o incluso años después de su comercialización. Por tanto, los análisis se llevan a cabo sobre muestras tomadas periódicamente durante todo el proceso de fabricación. También se analizan materias primas y combustibles para conocer su contenido en diferentes compuestos, y así poder medirlos. Estos análisis han cobrado mayor importancia a medida que la fabricación de cemento utiliza cada vez más productos de reciclaje, tanto en materias primas (por ejemplo, escorias) como en combustibles (residuos que no emiten humos tóxicos, harinas de animales , etc. ). Además, este análisis también permite el control retroactivo del horno: cuando la tasa de cal libre (CaO) es demasiado alta, esto significa que el horno no está lo suficientemente caliente.
La calidad final se evalúa por módulos, es decir valores calculados a partir de la composición. Definimos por ejemplo:
La presencia de cloro ( cloruros ) y azufre ( sulfatos , sulfuros ) en las materias primas es problemática. De hecho, durante el calentamiento, el cloro y el azufre se volatilizan y reaccionan con compuestos alcalinos para formar cloruros y sulfuros alcalinos . De hecho, los cloruros y sulfatos experimentan un ciclo (interno o externo) y, en ausencia de álcalis como el potasio y el sodio (K 2 O y Na 2 O) con los que reaccionan los cloruros y sulfatos, se forman concreciones de sulfato en forma de anillo en la superficie. torres de precalentamiento.
La finura de trituración de un cemento se expresa por su superficie específica , es decir la superficie desarrollada por unidad de masa; este valor se expresa en [cm 2 / g]. Se mide mediante el test de Blaine , conocido como permeabilidad al aire, según la relación Arcy-Kozeny, que establece que el paso de un fluido por un lecho de gránulos se ve afectado por la superficie específica de estos gránulos. Por tanto, calculando el tiempo que tarda un gas presurizado en pasar a través de un volumen dado de gránulos, se puede deducir el área superficial de los gránulos. Cuanto más fino sea el pulido, mayor será la superficie calculada. Como esta experiencia se produce en un volumen determinado, uno puede imaginarse obteniendo una superficie infinitamente desarrollada moliendo el cemento cada vez más finamente. Se trata de una aplicación industrial de un modelo explicado por las matemáticas fractales : una dimensión de orden n , finita, que incluye una dimensión de orden n -1, que tiende al infinito.
Configuración de la medición del tiempo GranulometriaSe calcula la finura del cemento producido, difiere según el tipo de cemento.
Prueba mecánica Medidas químicasEn general, los análisis químicos que se realizan sobre un cemento son:
En la industria, estas pruebas se realizan de forma manual pero también por espectrometría cada hora para controlar la producción y mantenerse dentro de los valores esperados;
En general, XRF está acoplado con XRD.
El silicato de calcio hidratado es el principal producto de la hidratación del cemento y es el principal responsable de la resistencia de los materiales a base de cemento.
Los cementos incorporan los siguientes componentes en diversas proporciones: escoria de clínker y alto horno, posiblemente cenizas volantes silíceas y calizas. Dependiendo de la proporción de cada uno de estos elementos, se pueden clasificar de forma estandarizada. De hecho, la designación de cementos está estandarizada. Hay cinco categorías principales de cementos comunes reconocidos por la norma europea EN 197-1 :
Los cementos blancos con un bajo contenido de óxido de hierro (y por lo tanto pobres en la fase C4AF) no constituyen una categoría por derecho propio, sino que entran en la categoría CEM I o CEM II .
El número de tipos de cemento aumentó a diez desde 1994 con el desarrollo de la norma NF EN 197-1. Hoy en día, podemos contar veintisiete tipos de cementos comunes desde la publicación de la norma europea EN 197-1 en 2001. La clasificación de tipos se realiza agregando una letra después de la categoría:
Calificación del producto (tipos de cemento comunes) |
Composición (porcentaje en masa de los constituyentes principal y secundario) | secundarias constituyentes |
|||||||||||
Componentes principales | |||||||||||||
Escoria de huella | Alto horno de escoria |
Humo de sílice |
Puzolanas | Ceniza voladora |
Esquisto calcinado |
Caliza | |||||||
natural | calcinado natural |
silíceo | calcio | ||||||||||
K | S | D | PAG | Q | V | W | T | L | LL | ||||
CEM I | Cemento Portland artificial | CEM I | 95-100 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 |
CEM II | Compuesto de cemento Portland |
CEM II / AS | 80-94 | 6-20 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 |
CEM II / BS | 65-79 | 21-35 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
Compuesto de cemento Portland con humo de sílice |
CEM II / AD | 90-94 | - | 6-10 | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 | |
Compuesto de cemento Portland puzolana |
CEM II / AP | 80-94 | - | - | 6-20 | - | - | - | - | - | - | 0-5 | |
CEM II / BP | 65-79 | - | - | 21-35 | - | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
CEM II / AQ | 80-94 | - | - | - | 6-20 | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
CEM II / BQ | 65-79 | - | - | - | 21-35 | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
Compuesto de cemento Portland
|
CEM II / AV | 80-94 | - | - | - | - | 6-20 | - | - | - | - | 0-5 | |
CEM II / BV | 65-79 | - | - | - | - | 21-35 | - | - | - | - | 0-5 | ||
CEM II / AW | 80-94 | - | - | - | - | - | 6-20 | - | - | - | 0-5 | ||
CEM II / BW | 65-79 | - | - | - | - | - | 21-35 | - | - | - | 0-5 | ||
Compuesto de cemento Portland
con |
CEM II / A-T | 80-94 | - | - | - | - | - | - | 6-20 | - | - | 0-5 | |
CEM II / BT | 65-79 | - | - | - | - | - | - | 21-35 | - | - | 0-5 | ||
Compuesto de cemento Portland caliza |
CEM II / AL | 80-94 | - | - | - | - | - | - | - | 6-20 | - | 0-5 | |
CEM II / BL | 65-79 | - | - | - | - | - | - | - | 21-35 | - | 0-5 | ||
CEM II / A-LL | 80-94 | - | - | - | - | - | - | - | - | 6-20 | 0-5 | ||
CEM II / B-LL | 65-79 | - | - | - | - | - | - | - | - | 21-35 | 0-5 | ||
Varios compuestos de cemento Portland |
CEM II / AM | 80-94 | 6-20 | 0-5 | |||||||||
CEM II / BM | 65-79 | 21-35 | 0-5 | ||||||||||
CEM III | Cemento de alto horno |
CEM III / A | 35-64 | 36-65 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 |
CEM III / B | 20-34 | 66-80 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
CEM III / C | 5-19 | 81-95 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0-5 | ||
CEM IV | Cemento puzolánico |
CEM IV / A | 65-89 | 11-35 | 0-5 | ||||||||
CEM IV / B | 45-64 | 36-55 | 0-5 | ||||||||||
CEM V | Cemento compuesto |
EMC V / A | 40-64 | 18-30 | - | 16-30 | - | - | - | - | 0-5 | ||
EMC V / B | 20-38 | 31-50 | - | 31-50 | - | - | - | - | 0-5 |
Los cementos CEM I se clasifican según su resistencia a la compresión mínima absoluta, medida en MPa, a los 28 días. La clase indica resistencia, por lo que el cemento 32.5 tiene una resistencia de 30 MPa; a 52,5 , una resistencia de 50 MPa, según la tabla siguiente.
La letra L , N , R indica la velocidad de fraguado, respectivamente lenta, normal y rápida. Así, las construcciones con cemento 52.5 R , habiendo adquirido suficiente resistencia (28 MPa a los dos días), pueden ser decapadas anticipadamente, mientras que los logros equivalentes en 32.5 N (14 MPa a los 7 días) tendrán que esperar más antes del decapado.
Clases | Resistencia a los 28 días en MPa |
---|---|
32,5 L, N y R | 30 |
42,5 L, N y R | 40 |
52,5 L, N y R | 50 |
Principales países productores de cemento en 2018:
País | Producción (Mt) |
ir % | |||
---|---|---|---|---|---|
1 | porcelana | 2,370 | 58 | ||
2 | India | 290 | 7 | ||
3 | Estados Unidos | 88,5 | 2.2 | ||
4 | pavo | 84 | 2.0 | ||
5 | Vietnam | 80 | 1,95 | ||
6 | Indonesia | 67 | 1,6 | ||
7 | Corea del Sur | 56 | 1.4 | ||
8 | Japón | 55,5 | 1,35 | ||
9 | Rusia | 55 | 1.3 | ||
9 | Egipto | 55 | 1.3 | ||
11 | Iran | 53 | 1.3 | ||
12 | Brasil | 52 | 1,27 | ||
13 | Arabia Saudita | 45 | 1.1 | ||
14 | Otros países | 759 | |||
Mundo total | 4.100 | 100 |
En Europa y América del Norte, aumentó considerablemente XX XX siglo. Le développement des cimenteries a répondu aux besoins des guerres mondiales (bunkers, fortifications, etc. ) puis des reconstructions qui ont suivi, puis de la croissance du BTP, dopé par la démographie et l'urbanisation croissante (surtout jusque dans les années 1970 en Francia). Luego, la producción aumentó más lentamente en los países ricos, pero se mantuvo en los países en desarrollo hasta la crisis de 2008, que provocó una fuerte caída de la producción en los países ricos, incluida Francia (en 2015, la producción de cemento alcanzó su punto más bajo desde 1964 .
Mientras tanto, después de la Segunda Guerra Mundial y a pesar de una tendencia cíclica, el consumo en los países industrializados había aumentado de seis a ocho veces, hasta la crisis del petróleo de 1975 . Desde entonces, los llamados mercados occidentales maduros han disminuido entre un 20% y un 40%, habiéndose satisfecho en gran medida la necesidad de infraestructura pesada, a favor del consumo de mantenimiento.
Desde la década de 1990, algunos países europeos (Grecia, Portugal y España, por ejemplo) han duplicado o triplicado su consumo de cemento, en un contexto de especulación territorial y una alta tasa de crecimiento interno (PIB), interrumpida abruptamente por la crisis de 2008 .
De un país a otro y de una región a otra, varía según el relieve ( túneles , puentes y presas en zonas montañosas), sísmicas (Grecia, Turquía) y limitaciones climatológicas (carreteras de hormigón en los países del norte), según la edificación local. hábitos, densidades de población y tipo de crecimiento.
En 2004, según la Asociación Europea del Cemento ( CEMBUREAU), Europa consumió 528 kg por habitante y año (media con máximos de 1.221 kg para Luxemburgo, 1.166 kg para España y 963 kg para Grecia, y mínimos para Suecia (192 kg ), Letonia (200 kg ) y Reino Unido (216 kg ) .
Para producir un millón de toneladas de cemento se necesitan aproximadamente 150 millones de euros, es decir, la facturación a lo largo de tres años de una empresa de este sector .
El costo del transporte por carretera se vuelve equivalente al costo del producto más allá de los 300 km (25 t de carga útil por camión) y, por lo tanto, limita el radio útil del transporte terrestre. Esta restricción convierte al mercado del cemento en un mercado regional. Sin embargo, el menor costo del flete marítimo en comparación con los volúmenes transportados (barcos de 35.000 toneladas) permite el comercio intercontinental (por tonelada transportada, es menos costoso transportar un cargamento de cemento a través del Atlántico que moverlo 300 km por carretera). .
El cemento se produce en gran parte a partir de materiales naturales locales, que varían según la región donde se ubican las fábricas de cemento, pero el producto terminado debe cumplir los mismos estándares. En consecuencia, más que la calidad de un cemento, es su disponibilidad y servicio al cliente lo que es determinante en el acto de venta, después del precio de venta. La industria del cemento participa como otras en el fenómeno de la deslocalización , con los grandes puertos como "cabezas de puente" . Allí se están instalando cada vez más estaciones de molienda, como en Nantes o Le Havre, con solo silos de clínker , alimentados por barcos, trituradoras y mezcladoras para obtener las diferentes calidades.
A medida que la arena de calidad se convierte en un recurso escaso localmente y muchos estados (incluido Francia) promueven la economía circular , el hormigón agregado u otros materiales reciclados parecen estar listos para desarrollarse. Se están estudiando procesos de recarbonatación (que podrían almacenar 150 kg de CO 2por tonelada de hormigón deconstruido, según pruebas de laboratorio. Se están desarrollando hormigones especiales (hormigón de madera u otras fibras, o nanopartículas integradoras, alambres metálicos, sensores, nanotubos de carbono), los llamados hormigones auto-sensibles, “inteligentes” ( hormigón inteligente ), unidos y / o autónomos . -reparaciones, capaces de almacenar calor o de refrigerar o de autolimpiarse, o incluso de descontaminar levemente el aire de determinados contaminantes; temas, por ejemplo, en el orden del día de una conferencia científica internacional, del 6 al 8 de junio de 2017 en la Unesco en París.
A partir de mayo de 2017, la tecnología de las plantas mezcladoras permite producir cementos de nueva generación con menor impacto de carbono, dada la menor tasa de clínker.
A principios de la década de 2010, Francia consumía entre 20 y 21 millones de toneladas anuales. Alrededor de 2015, alrededor de cuarenta plantas industriales eran propiedad de cinco grupos que empleaban a menos de cinco mil personas por una facturación de 2.300 millones de euros en 2015. Con 18,2 millones de toneladas vendidas en 2014 en Francia (–5,5% en un año y –30% desde 2007), Lafarge y los cuatro principales fabricantes de cemento del mercado francés (Vicat, Ciments Calcia, Kernéos y Holcim) tenían exceso de capacidad.
En 2017, según los cementeros, todo el sector del hormigón ( cemento, áridos, hormigón premezclado ) pesaría alrededor de doce mil millones de euros y correspondería a unos 65.000 puestos de trabajo directos. Según el Sindicato de la Industria del Cemento Francés (SFIC), tras la reanudación de la construcción / BTP, la producción de cemento en Francia está creciendo una vez más (3 a 4% esperado para 2017 en lugar de +1, 5% pronosticado anteriormente), o 17,9 a 18,1 millones de toneladas en el año.
La producción de cemento consume mucha energía y emite gases de efecto invernadero . Cada tonelada de cemento requiere alrededor de 60 a 130 kg de fueloil, o una media de 1.100 kWh . El cemento no es un buen aislante térmico , por lo que se enfrenta a materiales competidores, como la madera y varios materiales ecológicos de base biológica.
Las fábricas de cemento se encuentran entre las instalaciones contaminantes (humos, vapores, vuelos de polvo, en particular de los años 50 a los 70, antes de la mejora significativa de los precipitadores electrostáticos y otros sistemas para el tratamiento de los vuelos de polvo o humos). Hoy en día, las principales emisiones a la atmósfera siguen siendo polvo, óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Las fábricas de cemento a menudo están autorizadas a quemar residuos (incluidos, en particular, determinados neumáticos de desecho, harina de vaca loca, residuos de curtidurías , residuos de la industria petroquímica o química, etc. ) En Europa, las fábricas de cemento coincineran residuos están sujetos en particular a la Directiva europea 2000 / 76 / CE (transcrito a la ley francesa por los decretos del 20 de septiembre de 2002 que establecen valores límite de emisión específicos para las instalaciones que coincineran residuos; los permisos de funcionamiento se emiten por decreto prefectivo que, en entornos sensibles, puede reducir las autorizaciones de emisión).
Por el contrario, el cemento puede ayudar a inertizar ciertos desechos tóxicos . Las altas temperaturas alcanzadas ( 1450 ° C ) permiten destruir muchas sustancias contaminantes.
La fabricación de cemento por sí sola es responsable de casi el 7% de las emisiones globales de CO 2debido :
Cuando el cemento fragua, no hay CO 2fijo, el fraguado se realiza con agua a diferencia del fraguado de aire-cal que fija la misma cantidad de CO 2 que la emitida durante la descarbonatación.
La fabricación de cemento emite una media de 850 kg de CO 2por tonelada de cemento. Una nueva norma europea adoptada en noviembre de 2018 autoriza, para el cemento común, a reducir drásticamente la proporción de clinker , que puede caer al 35%, reemplazando este componente con piedra caliza y cenizas volantes (un residuo de las centrales eléctricas de carbón), o escoria (un residuo de los altos hornos). Se están estudiando otros sustitutos: el hormigón procedente de demoliciones o "arcillas calcinadas" (metacaolín), cocido a una temperatura mucho más baja que el clínker.
El 2 de julio de 2018, la Asociación Mundial del Cemento (WCA) reconoció que las técnicas utilizadas en 2018 para reducir la contaminación en las fábricas de cemento "solo permiten alcanzar el 50% de la meta de reducción de CO 2" .del Acuerdo de París ” , y pide a sus miembros que “ redoblen los esfuerzos para adoptar nuevas tecnologías más rápidamente ” para reducir las emisiones de CO 2y así contribuir mejor al objetivo del acuerdo climático de París .
Desde hace tiempo se sabe cómo producir cementos fríos , por ejemplo para inertizar residuos y cementos "con una huella de carbono baja"; estos cementos deberían estar pronto disponibles en cantidades industriales, alentados por el impuesto al carbono (que para el cemento será de varios euros / tonelada). En 2014, la obra del nuevo aeropuerto de Brisbane ( Australia ) ensayó un "hormigón geopolímero" bajo en carbono (30.000 m 3 habiendo evitado la emisión de 6.600 t de carbono) producido por el grupo Wagners. En 2018, un fabricante de cemento francés ( Hoffmann Green Cement Technologies ) anunció para 2019 en Francia una gama de cementos cuya huella de carbono se dividirá por 4. Se destinará a hormigón prefabricado, hormigón premezclado, yesos y morteros. en Vendée mediante una primera planta piloto con tres patentes de activadores y sobreactivadores en frío, desarrollada por el químico David Hoffmann, especializado en aglutinantes minerales para inertizar residuos tóxicos. Este cemento será "sin clinker" , a base de metacaolín "flasheado a 750 ° C durante 5 segundos", yeso y escoria de alto horno . Esta escoria son residuos de hierro y acero producidos a razón de 300 kg / tonelada de acero y ya se utilizan en la fabricación de cemento. El posible cierre de determinadas unidades de producción de acerías podría plantear un problema para determinadas fábricas de cemento. La huella de carbono anunciada es de 200 a 250 kg de CO 2/ t de producto (en lugar de una tonelada para el cemento tradicional). Esta planta piloto de cemento, ubicada en Bournezeau , Vendée, fue inaugurada el 22 de noviembre de 2018. Operará a su capacidad máxima de 50.000 toneladas en 2020. Fue financiada en un 30% con fondos públicos. El cemento producido costará el doble que un cemento convencional, pero esto solo tendrá un impacto limitado en el precio final del concreto porque el cemento solo ingresa un 7% en la composición del concreto. En marzo de 2021, Hoffmann Green Cement Technologies inicia la construcción de una segunda planta de cemento sin clinker en Bournezeau, con una capacidad de 250.000 toneladas, que quintuplicará los volúmenes producidos a finales de 2022. HGCT planea duplicar esta planta lo más cerca posible de las ciudades, primero en la región de París a fines de 2023 y luego en otros lugares. El cemento HGCT, según estudios de CSTB, reduce las emisiones de CO 2a 188 kg / t contra 866 kg / t para Portland.
En 2017-2018, el precio de los productos terminados, prefabricados o morteros básicos se estima entre un 5 y un 15% más alto que los productos convencionales. Este precio podría compensarse en el futuro con un mayor impuesto al carbono sobre los productos que emiten más CO 2..
En julio de 2019, un grupo de diez inversores, incluidos BNP Paribas Asset Management y Degroof Petercam Asset Management, lanzaron un llamamiento, en nombre del comité Climate Action 100+ (más de 320 inversores con $ 33 billones en activos), al cemento los fabricantes CRH, LafargeHolcim, HeidelbergCement y Saint-Gobain para lograr la neutralidad de carbono en 2050; el sector del cemento es la fuente del 7% de las emisiones globales. En Europa, el precio de las cuotas de carbono , que se ha cuadriplicado desde principios de 2018, pesa cada vez más sobre las finanzas de los fabricantes de cemento.
En diciembre de 2019 comenzaron los tres pilotos del proyecto nacional FastCarb para la producción de hormigón bajo en carbono; este programa está probando tres formas de producir hormigón bajo en carbono a partir de hormigón reciclado: la planta de cemento LafargeHolcim en Val d'Azergues, cerca de Lyon, está experimentando con el funcionamiento de un pequeño lecho fluidizado; Vicat está probando un tambor giratorio en su planta de cemento de Créchy (Allier) y Eiffage ha instalado la tercera tecnología en un contenedor, utilizando para su ensayo el hormigón de la deconstrucción de la École Centrale en Chatenay-Malabry (Hauts-de-Seine). En Alemania, el proyecto “WestKüste 100”, en fase de estudio de viabilidad, prevé probar en la planta de cemento de Holcim en Lägerdorf la conversión del 100% de CO 2 en metanol usando hidrógeno y energía eólica.
Se han llevado a cabo varios experimentos de recuperación de calor en Alemania (Lengfurt, durante 10 años), Suecia, Turquía, etc. con cogeneración o calefacción urbana ( pág. 114 ). Pero los escasos avances en la recuperación de corrientes de gas y su reutilización en el proceso hacen que cada vez sea más difícil sacar provecho de este tipo de proyectos.
La hoja de ruta asignada en mayo de 2021 por el gobierno al sector del cemento le asigna el objetivo de reducir en un 24% sus emisiones de carbono para 2030, luego del 80% en 2050, en comparación con 2015. El 19 de mayo, el Comité Europeo de Normalización ha publicado el estándar para dos nuevos cementos "ternarios", con tres componentes: parte del clinker se reemplaza por dos ingredientes de su elección de un panel: esto puede ser piedra caliza, escorias de combustión como escorias (residuos de altos hornos), "cenizas volantes ”(Residuo de centrales térmicas de carbón), puzolana (roca volcánica basáltica), o ciertas arcillas cocidas a menor temperatura que el clinker. Uno de estos nuevos cementos puede reducir las emisiones de CO2 en un 40% en promedio, ya que solo contiene entre un 50% y un 65% de clinker, mientras que el otro reducirá las emisiones de carbono entre un 50% y un 65%, en comparación con el cemento convencional, ya que solo contiene 35 % a 50% de clinker. Más allá de 2030, las soluciones pueden consistir en utilizar los residuos como combustible alternativo, en la captura de CO 2 hornos de cemento para secuestrarlo o utilizarlo, por ejemplo combinándolo con hidrógeno para producir combustible o plástico.
Según la legislación francesa, las fábricas de cemento son instalaciones clasificadas para la protección del medio ambiente (ICPE). De hecho, este tipo de instalación se refiere a la partida n o 2520 de la nomenclatura de las instalaciones clasificadas ( 'fabricación de cemento, cal, yeso " ).
Las instalaciones capaces de producir más de cinco toneladas / día están sujetas a la autorización de la prefectura emitida a través de un decreto de la prefectura que impone al operador ciertos requisitos técnicos, incluidos los de un decreto ministerial de fecha 3 de mayo de 1993, con el fin de limitar su impacto ambiental y sanitario. .
El examen de las solicitudes de autorización para operar, así como el control del cumplimiento de los requisitos técnicos por parte de los operadores, se llevan a cabo mediante la inspección de instalaciones clasificadas .
La producción mundial de cemento está dominada por unos pocos grupos internacionales occidentales (clasificación a finales de 2005) :
En 2015, Lafarge y Holcim se fusionaron para dar LafargeHolcim, cediendo parte de sus fábricas de acuerdo con las reglas que rigen los monopolios. Estos son en particular Karsdorf (D, Lafarge) y Hemming (F- Holcim) y otros, cedidos a Eqiom, HeidelbergCement y otros, en Europa y en todo el mundo.
El primer resultado de la armonización europea de cementos apareció en 2000, desarrollado por el Comité Europeo de Normalización (CEN) ( www.cenorm.be ). El cemento es entonces el primer producto europeo estandarizado ( EN-197-1-2000 ) de acuerdo con la Directiva de Productos de Construcción (CPD). La norma define veintisiete cementos comunes y sus constituyentes, incluyendo recomendaciones de uso (proporciones de mezclas), así como las especificidades mecánicas, físicas y químicas de los distintos cementos y sus componentes. Las veintisiete clases se dividen en cinco grupos, según sus componentes, distintos del clinker. Desde abril de 2003, todos los cementos cuentan con la etiqueta CE, de acuerdo con la norma EN 197-1 .
Los ensayos a realizar en los cementos a lo largo de la cadena de producción, para medir sus propiedades, fueron descritos en una pre-norma europea finalizada en 1989 (serie EN 196).
El CEN también está trabajando en la estandarización de los siguientes seis tipos de cementos:
El comité ASTM C01 se dedica a los cementos hidráulicos.
La siguiente norma europea se aplica al campo de los cementos: EN 196.2 - análisis químico por complexometría .
El cemento de alúmina fue desarrollado por J. Bied, director científico de Lafarge Cement en 1908 , y fabricado industrialmente en Francia a partir de 1918 . Es un cemento a base de aluminatos de calcio. Los cementos Portland , a su vez, contienen silicatos de calcio. Los aluminatos no desprenden cal durante la hidratación y confieren al hormigón o mortero aluminoso las propiedades deseadas:
El cemento artificial, o cemento Portland, es una mezcla artificial (hecha por el hombre) de 76-80% de carbonato de cal y 24-20% de arcilla, triturada y mezclada cruda, luego cocida a una temperatura de 1450 ° C para obtener una capa muy dura. roca artificial, el clinker , que, una vez más finamente molido, da el cemento artificial. Es un cemento lento, fabricado en grandes cantidades alrededor de 1850 , que se utiliza hoy en día para hormigón común y hormigón armado, así como para trabajos de alta tecnología como puentes y carreteras o estructuras de ingeniería. Su larga y complicada fabricación la encareció durante mucho tiempo. Fue imitado de forma económica por lo que se puede llamar "falsificaciones artificiales" (consulte este término).
En 1897 , la Comisión de Métodos de Ensayo de Materiales clasificó todos los cementos de fraguado lento en la misma categoría, y desde 1902 , la Comisión de Cal y Cemento dejó de usar este término artificial y lo incluyó en los cementos Portland.
Cemento blanco o extrablancoEl cemento blanco, o extrablanco, es un cemento Portland con un contenido muy bajo de óxidos de hierro (Fe 2 O 3 , tinte marrón rojizo) y manganeso (especialmente MnO 2 , negro), y por lo tanto bajo en aluminato de ferro-tetracalcio ( 4 CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 , abreviado como C 4 AF en notación de cemento ). Se produce a partir de caolín y piedra caliza blanca muy pura . El cemento blanco permite producir hormigón y productos estéticos y decorativos. Está destinado en particular a la fabricación de baldosas de cemento , para el repintado blanco de instalaciones sanitarias, para molduras , para hormigón encerado o para determinados hormigones blancos utilizados en arquitectura arquitectónica . Destaca por su delicadeza y blancura, no produciendo grietas en la superficie lisa. Fue inventado en 1870 . Tarda entre seis y quince horas.
Su fabricación requiere una temperatura muy alta (~ 1750 ° C ) porque su punto de fusión pastoso es mucho más alto debido a la ausencia casi total de Fe 2 O 3 que también juega el papel esencial de fundente para el cemento Portland ordinario.: Ver los diagramas ternarios de Fe 2 O 3 para el sistema CaO y SiO 2 . Por analogía, en la industria del acero es el CaO el que desempeña el papel de fundente para el sistema Fe 2 O 3 y SiO 2 .
Cemento quemado (o clinker)El clinker , cocido a 1450 ° C y aún no molido, se puede utilizar como cemento, entonces hablamos de cemento cocido. Es muy duro. Su fraguado es mucho más lento que el de los cementos cocidos moderadamente a 1000 ° C , pero presenta un endurecimiento y un grado de cohesión bastante extraordinarios. Triturado y mezclado con yeso para retrasar el fraguado, es la base de la fabricación actual de cementos ordinarios modernos (cemento Portland). En el XIX ° siglo en Dauphiné , piezas cocidas moderadamente, a menudo de color amarillo, se llama "frita amarilla" o "troncos". Las piezas sobrecocidas se llamaron "fritas negras". La palabra "clinker", importada del Reino Unido, se refiere a las fritas negras del cemento Portland artificial.
Cemento a cenizasLos cementos con cenizas fueron producidos por primera vez en Francia en 1951 , por P. Fouilloux.
Cemento fundidoEl cemento aluminoso es un cemento de principios del XX ° siglo , entorno muy aluminoso, normal, el cura requiere mucha agua, mucho calor y es muy rápido. Es indecomponible en aguas magnésicas y seleníticas, se mezcla mal con otros cementos y es caro.
Cementos de garfioLa producción de cementos de uva comenzó alrededor de 1870 . Los garfios son los elementos duros que la acción del agua no puede hacer pulverizar cuando la cal se apaga, y que los blanqueadores rechazan. Estas fueron las incubaciones, sobrecocciones, limitantes de cal y partes demasiado cargadas de arcilla de calizas arcillosas . Constituyendo una pérdida importante para el fabricante, acabamos en Teil ( Ardèche ) para aprovecharla creando cemento de garfio, cuya calidad podría ser notable. Este producto algo bastardo desapareció del mercado para siempre con la Primera Guerra Mundial , pero se puede encontrar en los libros de texto de arquitectura de la década de 1930 .
Cemento de escoriaCemento también llamado "cemento puzolana " obtenido a partir de escoria de altos hornos mezclada con masilla de cal apagada y cal hidráulica. La escoria, para que adquiera resistencia, debe haber sido enfriada bruscamente al salir del horno sumergiéndola en agua. Contiene sulfuros de calcio que se oxidan en el aire dándole un tinte verdoso y rompiendo los morteros, pero se endurece considerablemente, aunque lentamente, en condiciones de humedad.
También es una mezcla de hidrato de polvo de cal y hidráulicos pulverizados gangas o puzolanas artificiales.
En Alemania, la fabricación de cemento de escoria al 30% se remonta a 1901 , pero no fue aprobada hasta 1909 . En este mismo país se produjeron cementos que contenían hasta un 70% de escoria a partir de 1907 y se aprobaron en 1909 . En Francia, antes de 1914 , utilizábamos principalmente escoria de cal de la región oriental. Las especificaciones francesas lo mencionan por primera vez en 1928 y lo admiten para trabajos en la costa, en 1930 .
Cemento lentoCemento de fraguado lento, más de ocho horas; ver cementos naturales o cemento Portland.
Cemento pesado o sobrecocidoCemento recocido a 1450 ° C y lento para fraguar.
Cemento mixtoEl nombre que se les da a las guadañas artificiales en las fábricas del norte de Francia, y que se venden en otros lugares con el nombre de “Portland natural”, está hecho de cemento natural y uvas de lima mezcladas en diversas proporciones.
Cementos naturalesLos cementos naturales son cementos rápidos o lentos, o incluso semi-lentos. Se obtienen mediante la cocción de calizas , naturalmente arcillosas , de buena composición. Entre ellos se encuentran el cemento rápido y el cemento romano . Los cementos naturales se dividen en dos clases:
Las variedades intermedias se obtuvieron directamente o mediante mezcla y se denominaron "semi-lentas".
Alrededor de 1880 , los cementos naturales alrededor de Grenoble (la mayor región productora) resultaron de la cocción de calizas arcillosas que contenían entre un 23 y un 30% de arcilla, más o menos pura. Cuando se hornearon, contenían de 35 a 45% de arcilla calcinada y de 65 a 56% de cal. La proporción de arcilla considerada mejor es de 23-24% en piedra caliza y 36% de arcilla calcinada en cemento. Daban, según su cocción, cementos naturales rápidos o lentos. Sólo se sigue produciendo cemento rápido natural.
cemento PortlandEl cemento Portland es un cemento artificial obtenido por cocción, próximo al estado de fusión pastosa, a 1.450 ° C , cal límite mezclado íntimamente (calizas que contienen 20 a 25% de arcilla) y durante mucho tiempo llamado "cal quemada"., O rocas calizas y arcillosas medido cuidadosamente. Este es el nombre común de los cementos lentos. El nombre Portland proviene de las fábricas de Portland en el Reino Unido, donde el cemento era del mismo color que las piedras de la región.
Cemento Portland naturalDenominación incorrecta de los cementos naturales de Isère. Ver cementos naturales.
Cemento rápido (o "cemento romano")Techniquement, le ciment prompt (ou « ciment romain ») est une chaux éminemment hydraulique, un ciment obtenu par la cuisson à 900 °C de calcaires contenant de 23 à 30 % d'argile et dont la prise s'effectue en dix ou vingt minutos. La mayoría de las veces, es un cemento natural, un cemento resultante de la simple cocción de una matriz que tiene naturalmente las proporciones adecuadas de piedra caliza y arcilla. La piedra, cuando sale del horno, permanece en el aire durante un tiempo y absorbe la humedad, luego se bloquea, se guarda en silos y se embolsa. Este cemento alcanza su máxima dureza a los pocos días.
El cemento de fraguado rápido se fabrica a partir de finales del XVIII ° siglo . Durante mucho tiempo se le ha llamado "cemento romano" en el norte de Francia, los países anglosajones y Europa del Este , aunque esta calificación comercial es inapropiada. Los grandes productores estaban en la isla de Sheppey en Gran Bretaña y en Vassy , Pouilly-en-Auxois y Grenoble (todavía en actividad), en Francia.
El cemento rápido se ha utilizado durante mucho tiempo para hacer moldes de plantillas o para hacer piedras falsas a partir de cemento fundido (alrededor de 1820 a 1920 ). Todavía se utiliza como cemento de sellado, como coadyuvante natural en revoques de cal, para trabajos marítimos y para la fabricación de moldes de arte, especialmente en los Alpes y en el norte de Italia (importación de cemento francés, el prompt de la Pérelle y Porte de Francia de Vicat , el último productor).
Cemento sulfatadoEl cemento sulfatado fue desarrollado en 1908 por Hans Kühl . Se fabricó poco en Alemania, pero se explotó industrialmente en Bélgica y Francia desde 1922 , y hasta 1965 .
Cemento romanoConsulte la indicación de cemento anterior .
Cemento sulfoaluminoso (CSA)El sulfoaluminato de cemento (CSA) se inventó en 1936 como aditivo expansivo para compensar la contracción del cemento Portland . Los cementos sulfoaluminosos consisten en una mezcla de clinker sulfoaluminoso y yeso o anhidrita . Sus características químicas, similares a los cementos aluminosos, son aptas para la formulación de morteros especiales y la producción de mezclas ternarias. Existen diferentes cementos sulfo-aluminosos:
El cemento sulfoaluminoso se ha utilizado principalmente en China desde la década de 1950. Inicialmente para poder hormigonar rápidamente y en climas fríos. El cemento sulfoaluminoso tiene las siguientes características:
Los volúmenes consumidos siguen siendo anecdóticos en comparación con el cemento Portland. En la actualidad, solo la empresa Vicat produce cementos sulfo-aluminosos en Francia.
En 2014, Francia era un importador neto de cemento, según la aduana francesa. El precio de importación por tonelada rondaba los 560 €.