El clinker de cemento es un material sólido que se produce en la fabricación de cemento portland como producto intermedio. El clinker se presenta en forma de bultos o nódulos, generalmente de 3 milímetros (0,12 pulgadas) a 25 milímetros (0,98 pulgadas) de diámetro. Se produce sinterizando (fusionando sin fundir hasta el punto de licuación ) piedra caliza y materiales de aluminosilicato como la arcilla durante la etapa del horno de cemento . [1] [2]
El clinker 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 ) 2O5 ) . Estas principales fases minerales se producen calentando a alta temperatura arcillas y calizas . [3]
La principal materia prima para la fabricación de clinker 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 (SiO 2 ). El contenido de carbonato de calcio (CaCO 3 ) de estas calizas puede ser tan bajo como el 80% en peso. Durante el proceso de calcinación que ocurre en la producción de clinker, la piedra caliza se rompe en cal (óxido de calcio), que se incorpora al producto final de clinker, y dióxido de carbono que generalmente se libera a la atmósfera.
La segunda materia prima (materiales de la mezcla cruda distintos de la piedra caliza) dependen de la pureza de la piedra caliza. Algunas de las segundas materias primas utilizadas son: arcilla, esquisto , arena , mineral de hierro , bauxita , cenizas volantes y escorias .
El clinker 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 1.450 °C (2.640 °F). El óxido de aluminio y el óxido de hierro están presentes sólo como fundente para reducir la temperatura de sinterización y contribuyen poco a la resistencia del cemento .
Para cementos especiales, como los de baja temperatura (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 clinker 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 agregar 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 clinker Portland. También se puede combinar con otros ingredientes activos o adiciones de cemento para producir otros tipos de cemento , incluyendo, siguiendo la norma europea EN 197-1: [5]
El clinker es uno de los ingredientes de una roca artificial que imita la piedra caliza y se llama pulhamita en honor a su inventor, James Pulham (1820-1898). Otros ingredientes fueron cemento Portland y arena. La pulhamita puede ser extremadamente convincente y fue popular en la creación de jardines de rocas de aspecto natural en el siglo XIX.
El clinker, si se almacena en condiciones secas, puede conservarse durante varios meses sin una pérdida apreciable de calidad. Debido a esto, y debido a que puede manipularse fácilmente con equipos comunes de manipulación de minerales, el clinker se comercializa internacionalmente en grandes cantidades. Los fabricantes de cemento que compran clinker normalmente lo muelen en sus plantas de cemento como complemento al propio clinker. Los fabricantes también envían clinker a plantas de molienda en áreas donde no hay disponibilidad de materias primas para la fabricación de cemento.
El yeso se agrega al clinker principalmente como un aditivo que previene la formación de rebabas del cemento, pero también es muy efectivo para facilitar la molienda del clinker al evitar la aglomeración y el recubrimiento del polvo en la superficie de las bolas y las paredes del molino . [ cita necesaria ]
También se suelen añadir compuestos orgánicos como coadyuvantes de molienda para evitar la aglomeración del polvo. La trietanolamina (TEA) se usa comúnmente al 0,1 en peso. % y ha demostrado ser muy eficaz. A veces se utilizan otros aditivos, como etilenglicol , ácido oleico y dodecilbencenosulfonato. [6]
Al agregar agua, los minerales de clinker reaccionan para formar diferentes tipos de hidratos y se "endurecen" a medida que la pasta de cemento hidratada se convierte en concreto . Los hidratos de silicato de calcio (CSH) (hidratos de minerales de alita y belita ) representan los principales componentes "pegantes" 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 seca pero se dice que fragua y endurece. El cemento es un conglomerante hidráulico cuya hidratación requiere agua. Se puede colocar perfectamente bajo el agua. El agua es fundamental para su endurecimiento y se deben evitar las pérdidas de agua a una edad temprana para evitar el desarrollo de grietas. El hormigón joven está protegido contra la desecación (evaporación del agua que no ha reaccionado). Los métodos tradicionales para prevenir la desecación implican cubrir el producto con arpillera húmeda o el uso de 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 aproximadamente al 8% de todas las emisiones de carbono en todo el mundo, contribuyendo sustancialmente al calentamiento global . La mayoría de esas emisiones se produjeron en el proceso de fabricación de clinker. [8]