fabricacion del cemento

1. CEMENTOS,
FABRICACIÓN
Y CLASIFICACIÓN
CBB

2. 2 3
Un puente, un edificio, un túnel, no sólo son construcciones que cada cierta distancia
descubre el paisaje urbano o rural, para muchas personas significan unión, cercanía, calidad
de vida, progreso. Así lo entendimos desde nuestros inicios, en 1957, con la primera planta
de cemento en Talcahuano. Desde entonces participamos en el desarrollo de las grandes
obras que traen crecimiento y desarrollo al país, siempre preocupados de proteger el medio
ambiente y de responder a los más altos estándares de servicio, calidad y tecnología.
Hoy Cementos Bío Bío es uno de los grandes productores de cemento, cal, hormigón
premezclado y mortero seco predosificado. Con sus plantas de cemento ubicadas en
Antofagasta, Curicó, San Antonio y Talcahuano cuenta la mayor capacidad instalada del país,
siendo capaz de producir más de tres millones de toneladas de cemento al año.
Calidad y homogeneidad son cualidades propias de nuestro cemento, ya que somos la única
empresa que posee las mayores reservas y yacimientos propios de caliza, mineral utilizado
para la producción de clínker y cal. Gracias a un exigente y permanente control de calidad
entregamos un producto que supera las más altas expectativas de nuestros clientes, quienes
encuentran en Cementos Bío Bío la confianza de trabajar con una empresa capaz de responder
con eficiencia, sin importar la magnitud de la obra.
El presente manual pretende, a través de definiciones, fotografías y dibujos esquemáticos
entregar información para comprender el proceso industrial de fabricación y las propiedades
de tan importante material como lo es el cemento en la construcción.
FABRICACIÓN DE CEMENTOS
1 Fabricación de Clínker
2 Molienda de Cemento
3 Almacenamiento de Cemento
4 Envasado y Despacho
5 Control de Calidad
DEFINICIONES 5
6
BREVE HISTORIA 4
CLASES DE CEMENTOS
1 Cemento Portland
2 Cementos con Adicionales Hidráulicas
3 Norma Europea de Cementos
17
PROPIEDADES GENERALES DE LOS CEMENTOS
1 Finura
2 Peso Específico Absoluto o Densidad Real
3 Tiempo de Fraguado
4 Consistencias Normal
5 Resistencias Mecánicas
6 Calor de Hidratación
7 Resistencia al Ataque Químico
20
CEMENTOS NORMALIZADOS EN CHILE 23
HIDRATACIÓN DEL CEMENTO 24
APÉNDICE
1 Producción Mundial de Cementos
2 Cementos Fabricados por Cementos Bío Bío e INACESA
3 Esquema del Proceso de Fabricación de Cemento
4 Normas Oficiales para Cemento
25

3. 4 5
Cemento
Es un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una
pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire (NCh 148, Of. 68).
BREVE HISTORIA
La búsqueda de un aglomerante capaz de unir rocas y transformarlas en una masa sólida es
tan antigua como la humanidad. En Siria se descubrió un molde de concreto que data del año
6.500 AC. Los egipcios fueron más allá y trabajaron con morteros de yeso y lodo para unir
los bloques de piedra con que construyeron las pirámides. Los griegos mejoraron esa mezcla
y produjeron hormigones que podían fraguar tanto bajo el agua como a la intemperie, y en
Babilonia se usaron mezclas bituminosas para unir piedras y bloques de ladrillo.
Los romanos desarrollaron un cemento que permitía estructuras de gran durabilidad. Con él
construyeron laVíaAppia, la mayoría de los cimientos del Foro, los Baños, el Coliseo, el Panteón,
la Basílica de Constantino. El secreto del éxito era su mezcla de cal apagada con puzolana,
ceniza volcánica del Vesubio que se obtenía cerca de Puzzuoli. El proceso producía un cemento
capaz de endurecerse con el agua.
DurantelaEdadMediaeseartecasiseperdió.Perocuandoreaparecióelespíritudeinvestigación
científica, se redescubrió el misterio del cemento hidráulico.
En 1824, Joseph Aspdin, un albañil de Leeds, Inglaterra, patentó un cemento hidráulico que
bautizó como “cemento Portland” porque su color se parecía al de una piedra de la isla de
Portland.
Su método consistía en pulverizar una mezcla de cantidades determinadas de caliza y arcilla,
y calcinarla a unos 1.500º C. El resultado, conocido como clínker por el ruido que producía al
deslizarse por los hornos rotatorios, es un producto intermedio en el proceso de fabricación
que después se muele, conjuntamente con yeso, hasta transformarse en cemento. Hasta hoy,
ese cemento es una combinación química predeterminada y cuidadosamente proporcionada de
calcio, silicio, fierro y aluminio.
El siglo XX fue el de la consagración del cemento como aglomerante. Hoy en día el cemento es
el aglomerante hidráulico más empleado en la construcción; su precio es relativamente bajo si
se compara con el de otros materiales y se ha alcanzado la perfección en su elaboración. Es así
como surgen los cementos con una “adición”, que los transforman en productos más nobles,
más económicos y les confiere propiedades que los mejoran desde el punto de vista de la
construcción. Pueden ser clase puzolánico o siderúrgico; de grado alta resistencia o corriente.
Una serie de factores inciden en la decisión de aplicar uno u otro: estabilidad química; resistencia
mecánica, al deshielo, a las aguas puras; aspectos estéticos; velocidad de fraguado.
Las nuevas tecnologías se posicionan cada vez más rápido, la evolución es permanente. Al final,
el mercado de la construcción tiene la palabra.
DEFINICIONES
1
2
3
4
BREVEHISTORIA
DEFINICIONES
Cemento Portland
Es el que se obtiene por molienda conjunta de clínker y yeso (NCh 148, Of. 68).
Cemento con Adiciones
Son productos que se obtienen por molienda conjunta de clínker, adiciones hidráulicas o
potencialmente hidráulicas y yeso.
Clínker
Es el producto constituido principalmente por silicatos cálcicos; se obtiene por calentamiento
de una mezcla homogénea finamente molida, en proporciones adecuadas, formada
principalmente por óxido de calcio (CaO) y silicio (SiO2) y, en menores cantidades, por óxido
de aluminio (Al2O3) y fierro (Fe2O3), hasta una temperatura que no podrá ser inferior a la
temperatura de fusión incipiente (entre 1.400 y 1.500o
C) (NCh 148, Of. 68).

4. 6 7
Materias
Primas
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Es un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una
pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire (NCh 148, Of. 68).
FABRICACIÓN DEL CEMENTO
En la fabricación del cemento se distinguen dos etapas bien diferenciadas: Fabricación
de clínker, que es el proceso que identifica a una industria de cemento y Molienda de
cemento.
1
Dependiendo de la naturaleza de las materias primas y de las condiciones en que llegan a la
planta de cemento, pueden sufrir uno o varios tratamientos primarios como:
Cribado o harneado: tiene por objeto separar los trozos de mayor tamaño que puedan
entorpecer el funcionamiento de los equipos.
Reducción de tamaño: esta reducción, mediante chancadores, tiene por objeto entregar
al molino un material de tamaño apropiado.
Prehomogeneización: mediante este tratamiento se logra obtener materias primas
homogéneas en su estado granular.
Secado: tiene por objeto reducir la cantidad de agua que contienen las materias primas
a límites compatibles con la buena marcha de los equipos.
Concentración de carbonato: se realiza cuando los materiales calcáreos son de bajo
contenido de carbonato. Se emplean sistemas de flotación que permiten separar el
carbonato de calcio del resto de los componentes del mineral.
Selección de acuerdo a composición química o características físicas: las materias
primas, generalmente, se separan en canchas de acuerdo a sus características físicas, por
ejemplo, calizas de alta ley, calizas de baja ley, etc.
Acopio de Materias Primas
Corte esquemático de chancador
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Fabricación de Clínker
Basándose en la definición que se diera para el clínker, las materias primas deben contener
principalmente calcio y silicio y, en proporciones menores, aluminio y fierro, todos ellos
mezclados en proporciones adecuadas.
El calcio (CaO) se obtiene de depósitos calcáreos ricos en carbonato de calcio (CaCO3). Éste,
por ser un compuesto muy estable a los agentes atmosféricos, se encuentra a través de toda
la corteza terrestre como calizas, depósitos de conchuelas, etc., en yacimientos de leyes muy
variadas.
El carbonato de calcio cuya fórmula química es CaCO3, se descompone a altas temperaturas
en cal (CaO) y anhídrido carbónico (CO2).
El anhídrido carbónico es un gas que escapa a la atmósfera junto con otros gases
provenientes
de la combustión.
CaCO3 CaO + CO2
El silicio, el aluminio y el fierro se pueden obtener de las arcillas o de otros materiales que
los contienen, tales como las escorias de altos hornos. También se puede dar el hecho que el
mineral calcáreo contenga estos elementos como impurezas, en cantidades tales, que no es
necesario utilizar arcillas.
Muchas veces no basta con mezclar sólo dos componentes (caliza y arcilla o caliza y escoria
de alto horno), sino que es necesario corregir los porcentajes, empleando otros materiales
que tienen preferentemente el óxido que se desea corregir. Así, por ejemplo, se puede usar
arena silícica (rica en silicio), mineral de hierro, caolín (compuesto de silicio y aluminio).
En el lenguaje utilizado en la industria del cemento, al óxido de calcio (CaO) se le denomina
“cal”, al óxido de silicio (SiO2) se le conoce como “sílice” y al óxido de aluminio (Al2O3) como
“alúmina”. Generalmente, en la química del cemento todos los elementos se expresan al
estado de óxidos.
Resumen de los óxidos principales de las materias primas:
Calcáreos (caliza)
CaO: Óxido de calcio (cal)
Arcillas/escorias de alto horno
SiO2: Óxido de silicio (sílice)
Al2O3: Óxido de aluminio (alúmina)
Fe2O3: Óxido de fierro
Otros (correctores de dosificación)
SiO2: Óxido de silicio
Al2O3: Óxido de aluminio
Fe2O3: Óxido de fierro
Tratamiento
Primario de
materias Primas

5. 8 9
FABRICACIÓNDECEMENTOS
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Básculas dosificadoras de materias primas
La molienda de las materias primas tiene por objeto reducirlas de tamaño, a un estado
pulverulento, para que puedan reaccionar químicamente durante la clinkerización. Esta se
puede hacer en húmedo (vía húmeda) o en seco (vía seca).
Corte esquemático de molinos de bolas Molino de crudo de rodillos
Cuando los materiales son desleíbles (que forman barro) o cuando es necesario concentrar el
carbonato se utiliza la vía húmeda, que consiste en licuar las materias en grandes estanques
circulares provistos de peines giratorios. Después, los materiales pasan a molinos de bolas,
de donde se obtiene una pasta fluida que se prensa posteriormente para eliminar parte del
agua y se almacena hasta introducirla al horno en forma de nódulos.
Si se utiliza la vía seca, la molienda se hace en molinos de rodillos o de bolas, obteniéndose
en ellos un polvo fino de tamaño inferior a 150 micrones. Generalmente los molinos de vía
seca están provistos de dispositivos que inyectan aire caliente para secar las materias primas,
simultáneamente con la molienda.
La homogeneización consiste en mezclar los distintos materiales, a tal punto que en cualquier
porción de la mezcla que se tome deben estar presentes los componentes en las proporciones
previstas. Cuando se usa la vía húmeda se emplean estanques agitadores mecánicos y cuando se
usa la vía seca, se emplean silos donde el crudo se agita mediante la inyección de aire
comprimido.
Dosificación de
materias primas
MH =
MS =
MA =
EC =
Molienda
de crudo
Homogeneización
Las características y la calidad del clínker, como se verá más adelante, dependen de los
compuestos mineralógicos y éstos dependen del porcentaje en que está presente cada uno de
los óxidos antes mencionados.
Para dosificar un crudo (mezcla de materias primas antes de pasar por el horno) será necesario
tener en consideración lo siguiente:
a) Definir el tipo de clínker que se desea obtener.
b) Conocer las características y cantidades de los otros materiales que se pueden agregar
en el proceso, tales como polvos recuperados en el proceso que se reingresan y
cenizas de carboncillo.
c) Tener presente que las relaciones de los óxidos condicionan la aptitud de clinkerización
en la operación del horno (formación de anillos, formación o destrucción de la costra,
exceso de cal libre, etc.).
Estos fenómenos hacen necesario tener en consideración algunas relaciones, como:
Módulo hidráulico:
CaO
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3
Módulo de silicato:
SiO2
Al2O3 + Fe2O3
Módulo de alúmina:
Al2O3
Fe2O3
Estándar de cal:
100 CaO
2,8 SiO2 + 1,18 Al2O3 + 0,65 Fe2O3
Una buena homogeneización permite corregir
las dosificaciones, mantener una operación
adecuada del horno y prever la calidad del clínker.
Por el contrario, una mala homogeneización
puede dar lugar a clínker de mala calidad,
cometer errores en los cambios de dosificación,
dificultar la operación del horno e impedir las
reacciones químicas de formación de clínker.
Tanto los porcentajes de los óxidos como
sus relaciones, deben ser estrictamente
controlados mediante el análisis químico
de muestras representativas, en forma
previa a la molienda y durante ella.
Corte esquemático del silo de homogeneización
PLACAS DE AIREACIÓN
ENTRADA DE CRUDO
COLECTOR DE POLVO

6. 10 11
FABRICACIÓNDECEMENTOS
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Los gases calientes atraviesan todo el horno y son enviados hacia la chimenea, pasando antes
por equipos recuperadores de calor y de polvo.
El material crudo se alimenta por la parte superior y, gracias al movimiento e inclinación del
horno,sevadesplazandolentamente,encontrándosecadavezconzonasdemayortemperatura
hasta llegar a la zona de la llama, donde se produce la clinkerización.
Horno
En la industria del cemento, la máquina más delicada y más cara es el horno.
Su trabajo a alta temperatura y su revestimiento refractario obliga a una operación continua,
debida a los serios riesgos que se corren en cada detención. Por ese motivo, se debe disponer
de silos de almacenamiento de crudo, para asegurar una continuidad en el funcionamiento
del horno, sin que éste se vea afectado por detenciones del molino de crudo. El número y
capacidad de los silos de crudo se diseña para que el horno continúe trabajando por alrededor
de 10 días después de detener el molino.
La clinkerización constituye la etapa más importante del proceso de fabricación de clínker.
Los materiales homogeneizados se calientan hasta llegar a la temperatura de fusión incipiente
(entre 1.400 a 1.500 ºC, parte del material se funde mientras el resto continúa en estado
sólido), para que se produzcan las reacciones químicas que dan lugar a la formación de
compuestos mineralógicos del clínker.
Para calcinar los materiales se usan hornos rotatorios. Estos son tubos de acero montados
sobrepolines,revestidosinteriormenteporladrillosrefractarios,conunainclinaciónde3a5%,
accionados por motores que les permiten girar a una velocidad circunferencial del orden de
10 metros por minuto. Su diámetro (2 a 6 metros) y longitud (50 a 200 metros) dependen de
la capacidad de producción. Como combustible, se puede usar petróleo, carbón pulverizado
o gas, que se inyecta con aire en la zona más baja, donde se produce la combustión.
Horno
Almacenamiento
de crudo
Clinkerización
Anexo al horno mismo deben existir otros equipos, tales como:
Sistema de alimentación que regula la cantidad de crudo que entra al horno.
Sistema de preparación e inyección del combustible.
Sistema recuperadores de calor de los gases.
Sistema de captación de polvo de los gases.
Para disminuir la longitud de los hornos y aprovechar el calor de los gases, los hornos
modernos están provistos de torres de ciclones, por donde desciende el crudo y ascienden
los gases calientes, permitiendo un contacto muy directo entre los gases y el crudo.
Según la temperatura que alcanza el crudo antes de entrar al horno, las torres se denominan
precalentadores (el crudo alcanza temperaturas de hasta 700 ºC) o precalcinadores (la
temperatura del crudo puede llegar a más de 1.000 ºC).
A medida que el crudo avanza por las torres y por el horno va sufriendo diversas
transformaciones:
Secado o pérdida del agua libre.
Deshidratación o pérdida de agua combinada.
Disociación del carbonato de calcio (CaCO3) en óxido de calcio (CaO) y anhídrido carbónico
(CO2).
Clinkerización o combinación de los diferentes óxidos para formar silicatos, aluminatos y
ferroaluminatos de calcio.
Al salir del horno, el clínker se debe enfriar rápidamente para evitar la descomposición del
silicato tricálcico, en silicato bicálcico y cal libre:
3CaO•SiO2 2CaO•SiO2 + CaO
El enfriamiento se hace con aire que pasa a través de sistemas de parrilla móvil, o bien, a
través de tubos planetarios que giran solidarios al horno. De estos sistemas, el clínker sale
con una temperatura inferior a 150 ºC.
Enfriador de clínker
Esquema de enfriamiento de clínker
Enfriamiento
del clínker

7. 12 13
C representa CaO / S representa SiO2
A representa Al2O3 / F representa Fe2O3
FABRICACIÓNDECEMENTOS
FABRICACIÓNDECEMENTOS
El clínker debe permanecer en canchas techadas durante algún tiempo, para que termine
de enfriarse.
El almacenamiento se debe hacer en lugares libres de contaminación y sin contacto con
agua, ya que se puede producir una hidratación parcial de los compuestos. Sin embargo,
pequeñas cantidades de agua pueden ser beneficiosas para hidratar la cal libre superficial y
la magnesia, disminuyendo de esta manera su efecto expansivo.
Silos de clínker
Almacenamiento
del clínker
Como ya se dijo, el clínker está formado principalmente por óxidos de calcio y silicio, y en
menor proporción por óxidos de aluminio y fierro. Estos se combinan formando los siguientes
compuestos:
Silicato tricálcico C3S
3 CaO·SiO2
Silicato bicálcico C2S
2 CaO·SiO2
Aluminato tricálcico C3A
3 CaO·Al2O3
Ferroaluminato tetracálcico C4AF
4 CaO·Al2O3·Fe2O3
Los dos primeros forman del orden del 75% del clínker.
Compuestos
mineralógicos
del clínker
Las principales características de estos componentes mineralógicos se resumen en la siguiente
tabla:
Los componentes secundarios modifican en parte las características del clínker y por tal
motivo su cantidad debe ser limitada.
Cabe destacar que tanto la cal libre como la magnesia se hidratan lentamente, produciendo
expansión, cuando el hormigón ya está endurecido; otros compuestos, tales como los
sulfatos y fósforos, perturban el fraguado y endurecimiento. Por otra parte, los álcalis pueden
reaccionar con algunos áridos en el hormigón, provocando su destrucción.
Compuesto
C3S
C2S
C3A
C4AF
Fraguado
Rápido
Lento
Muy rápido
Lento
Desarrollo de
la resistencia
Rápido
Lento
Muy rápido
Lento
Contribución a
la resistencia
Alta
(a poca edad)
Alta
(a mayor edad)
Baja
Muy baja
Calor de
hidratación
Alto
Regular
Muy alto
Bajo
Estabilidad
química
Buena
Muy buena
Mala
Buena
Además de estos compuestos mineralógicos principales, el clínker tiene otros componentes
procedentes de las materias primas y del combustible. A ellos se les llama componentes
secundarios, y son los siguientes:
Magnesia MgO
Sulfatos SO3
Cal libre CaO sin combinarse
Alcalis Na2O y K20
Otros óxidos óxido de manganeso, óxido de vanadio, anhídrido fosfórico, etc.
La composición potencial del clínker se calcula a partir del análisis químico expresado como
óxidos, mediante el método de Bogue, de la siguiente forma:
C3S 4,071 CaO – 7,600 SiO2 – 6,718Al2O3 – 1,430 Fe2O3 – 2,852 SO3
C2S 2,867 SiO2 – 0,7544 C3S
C3A 2,650 Al2O3 – 1,692 Fe2O3
C4AF 3,043 Fe2O3

8. 14 15
Los molinos pueden ser de “circuito abierto” donde el material entra por un extremo del
molino y sale terminado por el otro, o bien, de “circuito cerrado”, donde los materiales entran
por un extremo del molino y salen por el otro hacia separadores, los cuales tienen por objeto
separar las partículas finas y enviarlas como producto terminado, mientras que las partículas
gruesas son devueltas al molino.
SEPARADOR
CLÍNKER YESO
ADICIÓN
HIDRÁULICA
PARTÍCULAS
GRUESAS CEMENTO
Molino circuito cerrado
Las cámaras de los molinos se cargan con bolas de distintos tamaños, de acuerdo a la
granulometría del material.
La primera cámara se carga con bolas de mayor tamaño, mientras que, la última, de menor
tamaño, llamada también de “refino”, puede cargarse con “clypebs”, que son pequeños
cilindros de acero.
Molino de cemento
FABRICACIÓNDECEMENTOS
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Molino de cemento
2 Molienda de Cemento
La segunda etapa en que se ha dividido la fabricación de cemento corresponde a la molienda.
Esta consiste en reducir el clínker, yeso y otros componentes a polvo fino, inferior a 100
micrones.
La molienda se realiza en molinos de bolas, que consisten en tubos de acero divididos en dos
o tres cámaras, dentro de las cuales se colocan bolas de acero que ocupan aproximadamente
un tercio del volumen del tubo. El molino gira y arrastra las bolas de acero, éstas chocan entre
sí y contra la pared del tubo atrapando al material, provocando de esta forma la trituración
y pulverización.
Envasado y Despacho
El cemento se puede despachar en bolsas o a granel. Las bolsas de papel o polipropileno
deben cumplir con ciertos requisitos establecidos en la norma NCh 642. Por otra parte, el
transporte a granel se hace en depósitos metálicos, que pueden ser herméticos y, en tal
caso, se descargan con inyección de aire, o bien, en recipientes que se descargan por volteo.
También se usan contenedores de fibra o plástico, denominados Big Bag o maxisacos.
4
Paletización Envasado en Big Bag
Almacenamiento de Cemento
El producto que completó su etapa de fabricación en el molino de cemento es almacenado
en silos de hormigón.
Éstos tienen equipos auxiliares adecuados para mantener el cemento en agitación y así evitar
la segregación por decantación de los granos gruesos o la aglomeración. En ellos, el cemento
puede permanecer por varios meses sin que se afecte su calidad.
3
Silo de cemento

9. 16 17
FABRICACIÓNDECEMENTOS
Técnología
Robótica
Planta Curicó
Sistema robótico Robolab
Control de Calidad
La tecnología robotizada minimiza la participación humana en la determinación de las
muestras, como en la manipulación, preparación y análisis químico completo de las mismas,
con lo que es posible eliminar o reducir en forma significativa los errores asociados a
manipulación de muestras en laboratorios convencionales.
Los datos de control de calidad que entrega el sistema robótico Robolab, pueden ser por hora
o en fracciones de tiempo menores. La definición de la periodicidad de los controles queda
a libre determinación, en función a las condiciones particulares del proceso, de acuerdo a
análisis estadísticos del control.
Esta tecnología permite disponer en forma oportuna y confiable de información sobre calidad
de productos intermedios y finales, lo cual hace posible aminorar las naturales distorsiones
que se generan en algunas condiciones operacionales muy particulares, como, por ejemplo,
los transientes al cambiar de un tipo de producto a otro “on line”.
Adicionalmente, esta tecnología presenta además importantes ventajas para procesos en
línea, dado que como su monitoreo abarca toda la línea de producción, las distorsiones en
calidad se corrigen en el punto mismo en donde se producen, evitando que esa distorsión
afecte a la etapa siguiente. Por lo tanto, esta tecnología permite un control anticipativo,
similar al control automático “prealimentado”, garantizando una alta calidad y con mínimas
desviaciones respecto de lo pretendido.
Actualmente, esta tecnología robótica está implementada en modernas líneas de producción
de cemento en el mundo, dentro de las cuales se encuentra la Planta de Curicó.
5
Es un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una
pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire (NCh 148, Of. 68).
CLASES DE CEMENTOS
Los cementos fabricados en base a clínker se pueden clasificar en dos categorías:
Cemento Portland.
Cemento con adiciones hidráulicas o potencialmente hidráulicas.
1 Cemento Portland
Los cementos Portland resultan de la molienda conjunta de clínker más un porcentaje de
yeso para regular el fraguado.
Sus características dependen de la composición potencial del clínker. Así, por ejemplo, si el
clínker tiene un alto contenido de C3S, el cemento será de resistencias iniciales altas y tendrá
un mayor calor de hidratación.
Por el contrario, si tiene un alto contenido de C2S, tendrá buenas resistencias a largo plazo
y bajo calor de hidratación. En cuanto a la resistencia a los sulfatos, ésta será inversa al
contenido de C3A.
Por este motivo, la norma norteamericana ASTM C-150 clasifica los cementos Portland en
cinco tipos.
Cemento Portland Norma ASTM C-150
Tipo I Cemento Portland común, apto para toda obra que no requiera cementos
con requisitos especiales.
Tipo II Cemento Portland de moderado calor de hidratación y moderada resistencia
a los sulfatos, con un contenido máximo de 8% de C3A.
Tipo III Cemento Portland de alta resistencia inicial.
Tipo IV Cemento Portland de bajo calor de hidratación, con contenidos máximos
de 35% de C3S y 7% de C3A.
Tipo V Cemento Portland resistente a los sulfatos, con un contenido máximo de
5% de C3A y la suma de C4AF + 2C3A, menor o igual a 20%.
Cementos
Puzolánicos
2 Cemento con adicionales hidráulicas
Resultan de la molienda conjunta de clínker, yeso y una o más adiciones hidráulicas o
potencialmente hidráulicas.
Estos se clasifican en:
Producto de la molienda de clínker, puzolana y yeso.
Sellamapuzolanaalmaterialsílico-aluminosoque,aunquenoposeepropiedadesaglomerantes
por sí solo, las desarrolla cuando está finamente dividido y en presencia de agua, por reacción
química con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente (NCh 148, Of. 68).
Las puzolanas aprovechan, para endurecer, el hidróxido de calcio Ca(OH)2 generado por el
clínker en el curso de su hidratación. La cantidad de puzolana en un cemento está limitada a
un 50% del producto terminado, ya que una mayor cantidad no tendría suficiente Ca(OH)2
para reaccionar.
CLASESDECEMENTOS

10. 18 19
CLASESDECEMENTOS
CLASESDECEMENTOS
Cementos
Siderúrgicos
Cementos
Sideropuzolánicos
Producto de la molienda conjunta de clínker, ceniza volante y yeso.
Las cenizas volantes son polvos muy finos, arrastrados por los gases provenientes de una
cámara de combustión de carbón pulverizado, utilizado en centrales termoeléctricas.
Estas cenizas tienen propiedades puzolánicas, por lo tanto, se pueden considerar como
puzolanas artificiales.
Producto de la molienda conjunta de clínker, escoria básica granulada de alto horno y yeso.
La escoria básica granulada de alto horno es “el producto que se obtiene por enfriamiento
brusco de la masa fundida no metálica que resulta en el tratamiento del mineral de hierro en
un alto horno” (NCh 148, Of. 68).
Este material tiene como constituyentes principales, silicatos y silicioaluminatos de calcio y su
composición es tal, que cumple con el siguiente requisito:
CaO + MgO + Al2O3
SiO2
Esta escoria tiene propiedades conglomerantes por sí sola, es decir, que finamente molida
reacciona como un verdadero cemento, pero con la particularidad de ser un cemento lento.
Para transformarla en un cemento adecuado a los procesos constructivos actuales, se le agrega
clínker, el cual acelera su hidratación.
También llamados cementos siderúrgicos mixtos, resultan de la molienda conjunta de clínker,
escoria básica granulada de alto horno, puzolana y yeso.
La tendencia mundial, actualmente, es la de fabricar cementos con adiciones cuando éstas
están disponibles. Las razones son de orden económico, ecológico y técnico:
Las adiciones son más económicas que fabricar clínker.
Se utilizan materiales que no tienen otras aplicaciones nobles o que tienen que ser llevados
a vertederos.
Estos cementos han demostrado tener muchas cualidades superiores a los cementos Portland,
como por ejemplo: menor calor de hidratación, mayor resistencia química, lo que trae como
consecuencia una mayor durabilidad y altas resistencias a largo plazo, además de una menor
emisión de CO2 al ambiente.
En Estados Unidos, los cementos con adiciones se fabrican bajo la norma ASTM C-595, la
cual los clasifica de acuerdo a la siguiente tabla:
Cementos con
Cenizas Volantes
> 1
Cemento tipo
SM
IS
PM
IP
P
Norma ASTM C-595 (cementos con adiciones)
Descripción
Portland modificado
con escoria de alto
horno
Portland de escoria de
alto horno
Portland modificado
con
puzolana
Portland puzolánico
Portland puzolánico
Escoria de alto
horno
hasta 25%
25 a 70%
-
-
-
Puzolana
-
-
hasta 15%
15 a 40%
15 a 40%
El Comité Europeo de Normas aprobó la norma EN 197-1, en la cual se incluyen 27 tipos de
cemento.
Esta norma hace además la clasificación por resistencias en los grados 32,5, 42,5 y 52,5, cuya
nomenclatura indica la resistencia característica a la edad de 28 días del mortero normal,
en MPa. A los grados indicados se les agrega la letra R cuando los cementos son de alta
resistencia inicial.
Se encuentra en preparación la norma para cementos especiales, tales como: cementos
resistentes a los sulfatos y cementos de bajo calor de hidratación.
3
Norma UNE-EN 197-1:2000
Tipo
de
Cemento
I
II
III
IV
V
Designación
Cemento Portland
Cemento Portland
- escoria
Cemento Portland
- humo de sílice
Cemento Portland
- puzolana
Cemento Portland
-ceniza volante
Cemento Portland
- esquisto calcinado
Cemento Portland
- caliza
Cemento Portland
- compuestos (2)
Cemento de alto
horno
Cemento
puzolánico (2)
Cemento
compuesto (2)
Notación
I
II/A-S
II/B-S
II/A-D
II/A-P
II/B-P
II/A-Q
II/B-Q
II/A-V
II/B-V
II/A-W
II/B-W
II/A-T
II/B-T
II/A-L
II/B-L
II/A-LL
II/B-LL
II/A-M
II/B-M
III/A
III/B
III/C
IV/A
IV/B
V/A
V/B
Clíker
K
95-100
80-94
65-79
90-94
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
80-94
65-79
35-64
20-34
5-19
65-90
45-64
40-64
20-38
Escoria
de Alto
Horno
S
6-20
21-35
36-65
66-80
81-95
18-30
30-50
Humo
de Sílice
D (1)
6-10
Puzolana Cenizas Volantes Esquistos
calcinadas
T
6-20
21-35
Calizas Constit.
minirit.
adic.
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
0-5
natural
P
6-20
21-35
natural
calcinada
Q
6-20
21-35
10-35
36-55
silíceas
V
6-20
21-35
6-20
21-35
18-30
31-50
calcicas
W
6-20
21-35
L
6-20
21-35
LL
6-20
21-35
Los valores de la tabla se refieren a la suma de los componentes principales y minoritarios (proporción en masa).
(1) El porcentaje de humo de sílice está limitado al 10%.
(2) En cementos Portland compuestos CEM II/A-M y CEM II/B-M, en cementos puzolánicos CEM IV/A y CEM IV/B y en cementos compuestos CEM V/A y CEM V/B los componentes
principales además del clínker deben ser declarados en la designación del cemento.
Normas Europeas de Cementos

11. 20 21
PROPIEDADES GENERALES DE LOS
CEMENTOS
PROPIEDADESGENERALES
DELOSCEMENTOIS
PROPIEDADESGENERALES
DELOSCEMENTOIS
1 Finura
El tamaño de los granos de cemento está comprendido entre 2 y 100 micrones. Estos son
más activos cuando su tamaño está comprendido entre 3 y 30 micrones.
Los granos menores a 3 micrones se hidratan casi instantáneamente al entrar en contacto
con el agua, mientras que los superiores a 60 micrones son prácticamente inertes, ya que su
hidratación es extremadamente lenta.
La finura se puede medir por diversos métodos:
Tamizaje (sólo hasta cierto tamaño, NCh 150, Of. 70).
Superficie específica (permeabilímetro Blaine NCh, 159 Of. 70).
Turbidimetría (turbidímetro de Wagner NCh 149, Of. 72).
Otros (sedimentación, rayos láser).
Blaine
Granulómetro láser
Peso específico Absoluto o Densidad Real
Se llama peso específico absoluto o densidad real, a la relación entre el peso del cemento y el
volumen real que ocupan los granos. Este se determina en el matraz de Le Chatelier, en el cual
se mide el desplazamiento de un líquido producido por 64 g de cemento (NCh 154, Of. 69).
En los cementos Portland, el peso específico debe ser igual o superior a 3 g/ml y en los
cementos con adiciones puede ser menor o mayor según la adición empleada, pero siempre
será cercano a 3 g/ml (3 kg/l). La densidad aparente suelta es del orden de 1 kg/litro.
Matraz de Le Chatelier
4 Consistencia Normal
Es la cantidad de agua expresada como porcentaje del peso del cemento, que confiere a la pasta
una plasticidad determinada. La consistencia normal se determina con la sonda de Tetmejer.
Esta consiste en un vástago pulido de 1 cm de diámetro que se hace penetrar en la pasta con un
peso de 300 g. Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda se detiene
a 6 mm del fondo (NCh 151, Of. 68).
5 Resistencias Mecánicas
Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias iguales o superiores a las indicadas
por las normas, en probetas preparadas con un mortero cuyos componentes, fabricación,
conservación y ensayos están normalizados (NCh 158, Of. 67).
Los cementos van adquiriendo resistencia progresivamente con el tiempo. A este fenómeno
se le conoce como curva de resistencia del cemento.
3 Tiempo de Fraguado
Es el tiempo que transcurre entre el instante en que el cemento se mezcla con el agua para formar
una pasta y el momento en que la pasta pierde su plasticidad. Se determina con un instrumento
denominado Aparato de Vicat y consiste en una aguja de 1 mm2
de superficie con un peso de
300 g, la cual se hace penetrar en la pasta de consistencia normal colocada en un molde.
Al momento en que la aguja se detiene a 4 mm del fondo, se le considera como tiempo de
“principio de fraguado” y cuando la aguja penetra solamente 0,5 mm se considera como
tiempo de “fin de fraguado” (NCh 152, Of. 70).
El principio de fraguado en los cementos de alta resistencia no puede ser inferior a 45 minutos
y en los cementos corrientes debe ser a lo menos de 1 hora.
2

12. 22 23
CEMENTOSNORMALIZADOS
ENCHILE
Ensayo NCh 158, Of. 67 Grado a 7 días a 28 días
Compresión Corriente 180 250
de alta resistencia 250 350
Flexión Corriente 35 45
de alta resistencia 45 55
Resistencia mínima en kgf / cm2
CEMENTOS NORMALIZADOS EN CHILE
En Chile está vigente la norma NCh 148, Of. 68 (Cemento. Terminología, Clasificación
y Especificaciones Generales). En ella se definen algunos términos, se clasifican según
sus componentes y según sus resistencias. Se fijan los límites de las características
físicas (propiedades físicas y mecánicas) y de los componentes secundarios (requisitos
químicos).
De acuerdo a los componentes, esta norma clasifica a los cementos de la siguiente forma:
Cementos Portland: obtenidos por la molienda de clínker más un porcentaje de yeso para
regular el fraguado.
CementosSiderúrgicos: subdivididosen“Portlandsiderúrgico”,sielcontenidodeescoriade
alto horno es inferior al 30%, y “Siderúrgico”, si está comprendido entre el 30 y el 75%.
Cementos con Agregado Tipo A: subdivididos en “Portland con agregado tipo A”, si el
contenido del agregado es inferior a 30%, y “Con agregado tipoA” si está comprendido entre
el 30 y el 50%. Cabe hacer notar que el “agregado tipo A” es un producto chileno que se usó
por varios años, pero que se ha dejado de usar.
CementosPuzolánicos:subdivididoen“Portlandpuzolánico”,silapuzolanaincorporadaes
menor a un 30%, y “Puzolánico”, si se incorpora entre el 30 y el 50% del producto
terminado.
De acuerdo a esta norma, los cementos se clasifican igualmente según sus resistencias, en
dos grados:
Cementos corrientes.
Cementos de alta resistencia.
Los valores mínimos en kgf/cm2
que deben cumplir los cementos son los indicados en la
siguiente tabla:
6 Calor de Hidratación
El endurecimiento de los cementos se produce por reacciones químicas entre los compuestos
mineralógicos del cemento y el agua de amasado. Estas reacciones químicas transforman a
los componentes anhídridos inestables en compuestos hidratados estables.
Las reacciones químicas se producen con desprendimiento de calor. Según la proporción en
que esté presente cada uno de los compuestos principales del clínker, será el calor resultante
desprendido por el cemento, de tal forma que habrá cementos de bajo calor de hidratación,
mediano calor de hidratación o de alto calor de hidratación. Cementos de bajo calor de
hidratación son aquellos que desprenden menos de 70 cal/g a los 7 días.
7 RESIstencia al ataque químico
Los cementos pueden ser atacados por ciertos productos químicos, entre los cuales, los de
mayor interés de analizar son:
Ataqueporaguasácidas:engenerallosácidosdisuelvenaloscementos,conmayoromenor
velocidad, según sea el ácido y su concentración.
Ataque de sulfatos: atacan el C3A formando sales expansivas que destruyen el hormigón.
Ataquedeaguaspuras:lasaguasmuypurassonávidasdesalesydisuelvenprincipalmente
el hidróxido de calcio generado por el clínker durante su hidratación.
Reacciónálcalis–áridos:algunosáridoscontienensílicereactivaquesecombinaconelálcalis
del cemento, provocando una expansión del hormigón.
Permutacióndecationes:cationestalescomoeldelmagnesio(M++
)quecontienenalgunas
aguas, se intercambian con los cationes de calcio, dando origen a una acción destructiva.
Carbonatación:elhidróxidodecalciogeneradoporelclínkerdurantesuhidrataciónsepuede
transformar en carbonato de calcio (CaCO3), por acción del anhídrido carbónico (CO2) del
aire.
PROPIEDADESGENERALES
DELOSCEMENTOIS

13. 24 25
HIDRATACIÓN
DELCEMENTO
Loscementossonsistemasquímicosdecomponentesanhídricosinestables,quealcombinarse
con agua forman compuestos hidratados estables.
Las reacciones de hidratación de un cemento son bastante complejas, pero como una
simplificación se aceptan como válidas para el C3S y C2S las siguientes:
C3S: 2(3CaO·SiO2) + 6H20 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2
C2S: 2(2CaO·SiO2) + 4 H20 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2
Estas reacciones de hidratación forman compuestos hidratados del tipo tobermorita, que
tienen la propiedad de adherirse a los granos de áridos, formando una red resistente.
Queda como producto de la hidratación el hidróxido de calcio o portlandita (Ca(OH)2) que
le otorga un pH alto a la solución, creando un medio apropiado para la estabilidad de las
enfierraduras del hormigón armado.
Sin embargo, el hidróxido de calcio es inestable bajo ciertas condiciones y se puede
carbonatar con el CO2 del aire o puede ser disuelto por aguas puras o aciduladas, o bien,
puede intercambiar su catión Ca++
por otro, tal como el Mg++
, dando origen a productos
solubles o no aglomerantes.
El C3A y el C4AF también forman productos hidratados, pero, como se mencionó antes, su
contribución a las resistencias es limitada.
El aluminato tricálcico hidratado en presencia de aguas con sulfatos se combina con los
sulfatos dando origen a una sal altamente expansiva llamada etringita, que provoca la
destrucción del hormigón.
En los cementos puzolánicos se combina la puzolana con el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y
con el agua, dando origen a compuestos hidratados estables y resistentes.
Al mezclar cemento con agua se forma primero pasta plástica, cohesiva, moldeable y
permanece con estas características durante un período de tiempo, hasta que, llegado un
instante, pierde la plasticidad y se empieza a poner rígida al mismo tiempo que desarrolla
calor. Este es el momento que se considera como principio de fraguado y a partir del cual no
se debe trabajar la pasta o el mortero u hormigón fabricado con ella.
El principio de fraguado se produce entre 1 y 2 horas entre los cementos de fraguado rápido
y en 3 a 5 horas en los cementos de fraguado más lento.
La hidratación de los compuestos mineralógicos es lenta (en casos extremos puede durar
años). Sin embargo, se considera que en los cementos Portland corrientes, el 80% se hidrata
antes de 28 días y, por lo tanto, se ha fijado esa edad para verificar o medir las resistencias.
Las reacciones de hidratación se desarrollan con desprendimiento de calor y retracción. Estas
propiedades deben ser consideradas en los proyectos para controlar algún efecto negativo
derivado de una contracción térmica posterior.
Mantener la pasta, los morteros u hormigones en ambiente saturado de humedad mientras se
desarrollan las reacciones de hidratación conducirá a disminuir las retracciones y a aumentar
las resistencias.
HIDRATACIÓN DEL CEMENTO
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
(MM ton)
(Años)
1913 1920 1950 1980 1990 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
MARCA
CEMENTO
BÍO BÍO
ESPECIAL
CEMENTO
BÍO BÍO ALTA
RESISTENCIA
CEMENTO
BÍO BÍO
ESPECIAL
CEMENTO
BÍO BÍO ALTA
RESISTENCIA
INICIAL
CEMENTO
INACESA
ESPECIAL
CEMENTO
INACESA ALTA
RESISTENCIA
PuzolánicoCLASE Puzolánico Portland
puzolánico
Siderúrgico Portland
Siderúrgico
Portland
puzolánico
GRADO Corriente Alta
resistencia
Corriente Alta
resistencia
Corriente Alta
resistencia
COMPOSICIÓN
Clínker Puzolona Clínker Puzolona Clínker Puzolona Clínker Puzolona Clínker Puzolona Clínker Puzolona
65%
45%
30%
50%
> 65% < 30% 65%
20%
30%
75%
> 65% < 30% 65%
45%
30%
50%
> 65% < 30%
APÉNDICE
Es un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una
pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire (NCh 148, Of. 68).Siendo el cemento un material necesario para construir las obras de infraestructura de
un país, el consumo per cápita es un índice que permite señalar el grado de desarrollo
de una nación.
1 PRODUCCIÓN MUNDIAL DE CEMENTO
Los países desarrollados tienen consumos per cápita superiores a 450 kg/habitante/año
llegando hasta 800 kg/habitante/año.
Laproducciónmundialdecementohamantenidouncrecimientode2a3%anualyactualmente
llega a los 3.000 millones de toneladas al año. Por lo tanto, es un material que difícilmente
se podrá sustituir.
2 cementos fafricados por cementos bío bío
e INACESA
APÉNDICE
Fuente: Cembureau, Global Cemet Report

14. 26 27
APÉNDICE
ESQUEMADELPROCESODEFABRICACIÓNDECEMENTO
APÉNDICE
NORMAS oficiales para cemento
NCh147.Of1969 Cementos - Análisis químico.
NCh148.Of1968 Cemento - Terminología, clasificación y especificaciones generales.
NCh149.EOf1972 Cemento - Determinación de la superficie específica por el
turbidímetro de Wagner.
NCh150.Of1970 Cemento - Determinación de la finura por tamizado.
NCh151.Of1969 Cemento - Método de determinación de la consistencia normal.
NCh152.Of1971 Cemento - Método de determinación del tiempo de fragüado.
NCh153.Of1973 Cemento - Ensayo de indeformabilidad al vapor de agua.
NCh154.Of1969 Cemento - Determinación del peso específico relativo.
NCh157.Of1967 Cemento - Ensayo de expansión en autoclave.
NCh158.Of1967 Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros de cemento.
NCh159.Of1970 Cemento - Determinación de la superficie específica por el
permeabilímetro según Blaine.
NCh160.Of1969 Cemento - Agregado tipo A para uso en cemento – Especificaciones.
NCh161.EOf1969 Cemento - Puzolana para uso en cementos – Especificaciones.
NCh162.Of1977 Cemento - Extracción de muestras.
NCh642.Of1999 Cemento - Envases - Sacos de válvula - Especificaciones.
Fuente: INN
4
3
MOLIENDADECRUDO
MOLIENDADECEMENTO
CLINKERIZACIÓN
PRECALENTADOR/
PRECALCINADOR
RECEPCIÓNDE
MATERIASPRIMAS
ACOPIODEMATERIASPRIMAS:
CALIZAS+CORRECTORES
MOLIDO
DECRUDO
SILO
DECRUDO
SILOS
DECEMENTO
FILTRO
ELECTRESTÁTICOHORNOROTATORIO
ENFRIADOR
SILOS/NAVES
DECLINKER
CLINKER
CLINKER
ADICIONES
MILINO
DECEMENTO
ENVASADO/PALETIZADO/DESPACHO
COMBUSTIBLES:
CARBÓN+OTROS
MOLIDO
DECARBÓN

15. Plantas Cemento
INACESA
Planta Antofagasta
Fono: (55) 645600
Fax: (55) 645610
Cementos Bío Bío Centro
Planta Curicó
Fono: (75) 207000
Fax: (75) 207900
Cementos Bío Bío
Planta San Antonio
Fono: (35) 232061
Cementos Bío Bío Sur
Planta Talcahuano
Fono: (41) 2267000
Fax: (41) 2544741
www.cbb.cl