El clínker de cemento es un material sólido que se produce en la fabricación de cemento Portland como producto intermedio. El clínker se presenta en forma de grumos o nódulos, generalmente de 3 milímetros (0,12 pulgadas) a 25 milímetros (0,98 pulgadas) de diámetro. Se produce mediante la sinterización (fusión sin fundir hasta el punto de licuefacción ) de materiales de piedra caliza y aluminosilicato como la arcilla durante la etapa de horno de cemento . [1] [2]
El clínker Portland se compone esencialmente de cuatro minerales: dos silicatos de calcio , alita (Ca 3 SiO 5 ) y belita (Ca 2 SiO 4 ), junto con aluminato tricálcico (Ca 3 Al 2 O 6 ) y aluminoferrita de calcio (Ca 2 (Al,Fe) 2 O 5 ). Estas fases minerales principales se producen calentando a alta temperatura arcillas y calizas . [3]
La principal materia prima para la fabricación de clínker suele ser piedra caliza mezclada con un segundo material que contiene arcilla como fuente de aluminosilicato. Se puede utilizar una piedra caliza impura que contenga arcilla o dióxido de silicio (SiO2 ) . El contenido de carbonato de calcio (CaCO3 ) de estas calizas puede ser tan bajo como el 80% en peso. Durante el proceso de calcinación que se produce en la producción de clínker, la piedra caliza se descompone en cal (óxido de calcio), que se incorpora al producto final de clínker, y dióxido de carbono que normalmente se libera a la atmósfera.
La segunda materia prima (materiales de la mezcla cruda distintos de la piedra caliza) depende de la pureza de la piedra caliza. Algunas de las segundas materias primas utilizadas son: arcilla, pizarra , arena , mineral de hierro , bauxita , cenizas volantes y escoria .
El clínker de cemento Portland se fabrica calentando una mezcla homogénea de materias primas en un horno rotatorio a alta temperatura. Los productos de la reacción química se agregan a su temperatura de sinterización, aproximadamente 1450 °C (2640 °F). El óxido de aluminio y el óxido de hierro están presentes solo como fundente para reducir la temperatura de sinterización y contribuyen poco a la resistencia del cemento .
Para cementos especiales, como los de bajo calor (LH) y resistentes a los sulfatos (SR), es necesario limitar la cantidad de aluminato tricálcico formado.
El clínker y sus reacciones de hidratación se caracterizan y estudian en detalle mediante muchas técnicas, incluidas la calorimetría , el desarrollo de resistencia , la difracción de rayos X , el microscopio electrónico de barrido y la microscopía de fuerza atómica . [4]
El clínker de cemento Portland (abreviado k en las normas europeas) se muele hasta obtener un polvo fino y se utiliza como aglutinante en muchos productos de cemento. Se debe añadir una pequeña cantidad de yeso (menos del 5 % en peso) para evitar el fraguado instantáneo del aluminato tricálcico (Ca 3 Al 2 O 6 ), la fase mineral más reactiva (reacción de hidratación exotérmica) en el clínker Portland. También se puede combinar con otros ingredientes activos o adiciones de cemento para producir otros tipos de cemento , incluidos, según la norma europea EN 197-1: [5]
El clínker es uno de los componentes de una roca artificial que imita la caliza y que recibe el nombre de pulhamita en honor a su inventor, James Pulham (1820-1898). Otros componentes eran el cemento Portland y la arena. La pulhamita puede resultar muy convincente y fue muy popular para crear jardines de rocas de aspecto natural en el siglo XIX.
El clínker, si se almacena en condiciones secas, puede conservarse durante varios meses sin sufrir una pérdida apreciable de calidad. Por ello, y porque se puede manipular fácilmente con equipos de manipulación de minerales comunes, el clínker se comercializa internacionalmente en grandes cantidades. Los fabricantes de cemento que compran clínker normalmente lo muelen como complemento a su propio clínker en sus plantas de cemento. Los fabricantes también envían clínker a plantas de molienda en zonas donde no hay materias primas disponibles para la fabricación de cemento.
El yeso se añade al clínker principalmente como aditivo para evitar la solidificación del cemento, pero también es muy eficaz para facilitar la molienda del clínker evitando la aglomeración y el recubrimiento del polvo en la superficie de las bolas y las paredes del molino . [ cita requerida ]
También se suelen añadir compuestos orgánicos como coadyuvantes de molienda para evitar la aglomeración del polvo. La trietanolamina (TEA) se utiliza habitualmente al 0,1 % en peso y ha demostrado ser muy eficaz. A veces se utilizan otros aditivos, como el etilenglicol , el ácido oleico y el dodecilbencenosulfonato. [6]
Al añadir agua, los minerales del clínker reaccionan para formar diferentes tipos de hidratos y "fragúan" (endurecen) a medida que la pasta de cemento hidratada se convierte en hormigón . Los hidratos de silicato de calcio (CSH) (hidratos de minerales de alita y belita ) representan los principales componentes "pegamentos" del hormigón. Después del fraguado inicial, el hormigón continúa endureciéndose y desarrollando su resistencia mecánica .
Los primeros 28 días son los más críticos para el endurecimiento. El hormigón no se seca, sino que se dice que fragua y se endurece. El cemento es un ligante hidráulico cuya hidratación requiere agua. Puede fraguar perfectamente bajo el agua. El agua es esencial para su endurecimiento y se deben evitar las pérdidas de agua en la edad joven para evitar la aparición de grietas. El hormigón joven está protegido contra la desecación (evaporación del agua no reaccionada). Los métodos tradicionales para evitar la desecación consisten en cubrir el producto con arpillera húmeda o utilizar láminas de plástico.
Para proyectos más grandes, como carreteras, la superficie se rocía con una solución de compuesto de curado que deja una capa impermeable al agua. [7]
En 2018 [actualizar], la producción de cemento contribuyó con aproximadamente el 8 % de todas las emisiones de carbono a nivel mundial, lo que contribuyó sustancialmente al calentamiento global . La mayoría de esas emisiones se produjeron en el proceso de fabricación de clínker. [8]