
El cemento Portland es el tipo de cemento más común en todo el mundo como ingrediente básico del hormigón , el mortero , el estuco y las lechadas no especiales . Fue desarrollado a partir de otros tipos de cal hidráulica en Inglaterra a principios del siglo XIX por Joseph Aspdin , y generalmente se fabrica a partir de piedra caliza . Es un polvo fino , producido calentando piedra caliza y minerales arcillosos en un horno para formar clínker , y luego moliendo el clínker con la adición de varios por ciento (a menudo alrededor del 5%) de yeso . Existen varios tipos de cemento Portland. El más común, históricamente llamado cemento Portland ordinario (OPC), es gris, pero también está disponible el cemento Portland blanco.
El cemento recibió ese nombre de Joseph Aspdin, quien obtuvo una patente para él en 1824, porque, una vez endurecido, se parecía a la fina y pálida piedra caliza conocida como piedra de Portland , extraída de los acantilados azotados por el viento de la isla de Portland en Dorset . La piedra de Portland fue muy apreciada durante siglos en la arquitectura británica y se utilizó en estructuras emblemáticas como la catedral de San Pablo y el Museo Británico .
Su hijo William Aspdin es considerado el inventor del cemento Portland "moderno" debido a sus desarrollos en la década de 1840. [ 1 ]
El bajo costo y la amplia disponibilidad de la piedra caliza, las pizarras y otros materiales naturales utilizados en el cemento Portland lo convierten en un material de construcción relativamente económico. Con 4400 millones de toneladas fabricadas (en 2023), el cemento Portland ocupa el tercer lugar en la lista (por masa) de materiales manufacturados, superado únicamente por la arena y la grava . Estos tres se combinan, con agua, para producir el material más manufacturado: el hormigón . Este es el uso más común del cemento Portland. [ 2 ]
Historia
El cemento Portland se desarrolló a partir de cementos naturales fabricados en Gran Bretaña a partir de mediados del siglo XVIII. Su nombre deriva de su similitud con la piedra de Portland , un tipo de piedra de construcción extraída en la isla de Portland en Dorset , Inglaterra. [ 3 ] El desarrollo del cemento Portland moderno (a veces llamado cemento Portland ordinario o normal) comenzó en 1756, cuando John Smeaton experimentó con combinaciones de diferentes calizas y aditivos, incluyendo trass y puzolanas , destinados a la construcción de un faro, [ 4 ] ahora conocido como la Torre de Smeaton . A finales del siglo XVIII, James Parker desarrolló y patentó el cemento romano en 1796. [ 5 ] El cemento romano se popularizó rápidamente, pero fue reemplazado en gran medida por el cemento Portland en la década de 1850. [ 4 ] En 1811, James Frost produjo un cemento que llamó cemento británico. [ 5 ] Se dice que James Frost construyó una fábrica para la elaboración de un cemento artificial en 1826. [ 6 ] En 1811, Edgar Dobbs de Southwark patentó un cemento del tipo inventado 7 años después por el ingeniero francés Louis Vicat . El cemento de Vicat es una cal hidráulica artificial y se considera el "principal precursor" [ 4 ] del cemento Portland.

El nombre cemento Portland aparece registrado en un directorio publicado en 1823, asociado a un tal William Lockwood y posiblemente a otros. [ 7 ] En su patente de cemento de 1824, Joseph Aspdin denominó a su invención «cemento Portland» debido a su parecido con la piedra de Portland . [ 3 ] El cemento de Aspdin no se parecía en nada al cemento Portland moderno, pero sí fue un primer paso en su desarrollo, y se le ha denominado «protocemento Portland». [ 4 ]

William Aspdin había dejado la empresa de su padre para fundar su propia fábrica de cemento. En la década de 1840, William, aparentemente por accidente, produjo silicatos de calcio , un paso intermedio en el desarrollo del cemento Portland. En 1843, estableció una planta de fabricación en Rotherhithe , al sureste de Londres, donde pronto comenzó a producir un cemento que causó sensación entre los usuarios londinenses. [ 8 ] En 1848, William mejoró aún más su cemento. Luego, en 1853, se trasladó a Alemania, donde se dedicó a la fabricación de cemento. [ 7 ] William elaboró lo que podría denominarse "cemento meso-Portland" (una mezcla de cemento Portland y cal hidráulica). [ 9 ] Isaac Charles Johnson perfeccionó aún más la producción de "cemento meso-Portland" (etapa intermedia de desarrollo) y afirmó ser el verdadero padre del cemento Portland. [ 10 ]
En 1859, John Grant, de la Junta Metropolitana de Obras, estableció los requisitos para el cemento que se utilizaría en el proyecto de alcantarillado de Londres . Esto se convirtió en una especificación para el cemento Portland. El siguiente avance en la fabricación de cemento Portland fue la introducción del horno rotatorio , patentado por Frederick Ransome en 1885 (Reino Unido) y 1886 (EE. UU.); que permitió una mezcla más fuerte y homogénea y un proceso de fabricación continuo. [ 4 ] El horno "sin fin" de Hoffmann, que se decía que proporcionaba un "control perfecto sobre la combustión", se probó en 1860 y demostró producir un grado superior de cemento. Este cemento se fabricó en la Portland Cementfabrik Stern en Stettin , que fue la primera en utilizar un horno Hoffmann. [ 11 ] La Asociación de Fabricantes de Cemento Alemanes publicó una norma sobre el cemento Portland en 1878. [ 12 ]
El cemento Portland se importaba a los Estados Unidos desde Inglaterra y Alemania, [ 13 ] y en las décadas de 1870 y 1880, Eagle Portland Cement lo producía cerca de Kalamazoo, Michigan . En 1875, el primer cemento Portland se produjo en los hornos de la Coplay Cement Company bajo la dirección de David O. Saylor en Coplay, Pensilvania , Estados Unidos. [ 14 ] A principios del siglo XX, el cemento Portland de fabricación estadounidense había reemplazado a la mayor parte del cemento Portland importado.
Composición
ASTM C219 [ 15 ] define el cemento Portland como:
un cemento hidráulico producido por pulverización de clínker, que consiste esencialmente en silicatos de calcio hidráulicos cristalinos y que generalmente contiene uno o más de los siguientes: agua, sulfato de calcio, hasta un 5 % de piedra caliza y aditivos de procesamiento.
La norma europea EN 197-1 utiliza la siguiente definición:
El clínker de cemento Portland es un material hidráulico que debe constar de al menos dos tercios en masa de silicatos de calcio ( 3 CaO·SiO₂ y 2 CaO ·SiO₂ ) , y el resto de fases de clínker que contienen aluminio y hierro, así como otros compuestos. La relación CaO / SiO₂ no debe ser inferior a 2,0. El contenido de óxido de magnesio ( MgO ) no debe exceder el 5,0 % en masa.
(Los dos últimos requisitos ya estaban establecidos en la norma alemana , publicada en 1909).
Los clinkers constituyen más del 90 % del cemento, junto con una cantidad limitada de sulfato de calcio (CaSO₄ , que controla el tiempo de fraguado) y hasta un 5 % de componentes menores (rellenos), según lo permiten diversas normas. Los clinkers son nódulos (con diámetros de 0,2 a 1,0 pulgadas [5,1 a 25,4 milímetros] ) de un material sinterizado que se produce cuando una mezcla cruda de composición predeterminada se calienta a alta temperatura. La reacción química clave que distingue al cemento Portland de otras cales hidráulicas ocurre a estas altas temperaturas (> 1300 °C (2370 ° F) ) cuando la belita (Ca₂SiO₄ ) se combina con el óxido de calcio ( CaO) para formar alita ( Ca₃SiO₅ ) . [ 16 ]
Fabricación
El clínker de cemento Portland se fabrica calentando, en un horno de cemento , una mezcla de materias primas a una temperatura de calcinación superior a 600 °C (1112 °F) y luego a una temperatura de fusión, que es de aproximadamente 1450 °C (2640 °F) para los cementos modernos, para sinterizar los materiales y convertirlos en clínker.
Las cuatro fases minerales presentes en el clínker de cemento son alita ( abreviada C₃S en la notación de los químicos cementeros ), belita ( C₂S ), aluminato tricálcico ( C₃A ) y aluminoferrita tetracálcica ( C₄AF ) . Los óxidos de aluminio, hierro y magnesio están presentes como fundente , lo que permite que los silicatos de calcio se formen a menor temperatura [ 17 ] y contribuyen poco a la resistencia. Para cementos especiales, como los de bajo calor (LH) y los resistentes a los sulfatos, es necesario limitar la cantidad de aluminato tricálcico ( C₃A ) que se forma.
La principal materia prima para la fabricación de clínker suele ser la caliza ( CaCO₃ ) mezclada con un segundo material que contiene arcilla como fuente de aluminosilicato. Normalmente, se utiliza una caliza impura que contiene arcilla o SiO₂. El contenido de CaCO₃ de estas calizas puede ser tan bajo como el 80%. Las materias primas secundarias (materiales en la mezcla de materias primas distintos de la caliza) dependen de la pureza de esta. Algunos de los materiales utilizados son arcilla , esquisto , arena , mineral de hierro , bauxita , cenizas volantes y escoria . Cuando un horno de cemento se alimenta con carbón, la ceniza de carbón actúa como materia prima secundaria.
Molienda de cemento

Para lograr las cualidades de fraguado deseadas en el producto final, se agrega una cantidad (2–8%, pero generalmente 5%) de sulfato de calcio (normalmente yeso o anhidrita ) al clínker, y la mezcla se muele finamente para formar el cemento en polvo. Esto se logra en un molino de cemento . El proceso de molienda se controla para obtener un polvo con un amplio rango de tamaño de partícula , en el que normalmente el 15% en masa consiste en partículas de menos de 5 μm de diámetro, y el 5% en partículas de más de 45 μm. La medida de finura que se suele utilizar es la " superficie específica ", que es la superficie total de las partículas por unidad de masa de cemento. La velocidad de reacción inicial (hasta 24 horas) del cemento al añadir agua es directamente proporcional a la superficie específica. Los valores típicos son 320–380 m² · kg⁻¹ para cementos de uso general , y 450–650 m² ·kg⁻¹ para cementos de fraguado rápido. El cemento se transporta mediante cintas transportadoras o bombas de polvo hasta un silo para su almacenamiento. Las plantas cementeras suelen tener suficiente espacio en sus silos para cubrir entre una y veinte semanas de producción, según los ciclos de demanda locales. El cemento se entrega a los usuarios finales en sacos o a granel, inyectado mediante un vehículo a presión directamente en el silo del cliente. En los países industrializados, el 80 % o más del cemento se entrega a granel.
Fraguado y endurecimiento
El cemento fragua al mezclarse con agua mediante una compleja serie de reacciones químicas que aún no se comprenden del todo. [ 18 ] A continuación se presenta un breve resumen:
Las fases del clínker —silicatos de calcio y aluminatos— se disuelven en el agua que se mezcla con el cemento, lo que da como resultado un fluido con concentraciones relativamente altas de iones disueltos . Este fluido alcanza la sobresaturación con respecto a fases minerales específicas: generalmente primero la etringita y luego el silicato de calcio hidratado (CSH), que precipita como sólidos recién formados. El entrelazamiento del CSH (que está cristalográficamente desordenado y puede adoptar morfologías de aguja o lámina arrugada) y los cristales de etringita confiere al cemento su fraguado inicial, convirtiendo el fluido en un sólido e incorporando químicamente gran parte del agua a estas nuevas fases. [ 19 ]
El yeso se incluye en el cemento como inhibidor para evitar el fraguado rápido; si no está presente, no es posible la formación inicial de etringita (en forma de aguja), por lo que se forman en su lugar fases de aluminato de calcio del grupo de la hidrocalumita ("AFm") (en forma de placa). La formación prematura de fases AFm provoca una rápida pérdida de fluidez, lo cual suele ser indeseable porque dificulta enormemente la colocación del cemento o del hormigón. [ 20 ]
El endurecimiento del cemento continúa mediante la formación de CSH, que rellena los espacios entre los granos de cemento (que aún se disuelven) con fases sólidas recién formadas. La portlandita también precipita de la solución de poros para formar parte de la microestructura sólida. Parte de la etringita formada inicialmente puede convertirse en fases AFm, liberando parte del sulfato de su estructura para que continúe reaccionando con el aluminato tricálcico restante. [ 21 ]
Difusión de gases y permeabilidad del radón
Los hormigones de cemento Portland ordinario (OPC) pueden actuar como barreras contra gases como el radón, y su eficacia depende del espesor del hormigón y de sus propiedades de difusión. La medición directa del coeficiente de difusión del radón en el cemento es compleja, pero puede estimarse a partir del coeficiente de difusión del oxígeno, que se obtiene con mayor facilidad experimentalmente. La permeabilidad relativamente baja del OPC al radón lo hace útil en construcciones donde se requiere mitigar la exposición al radón , como en estructuras residenciales o subterráneas. [ 22 ]
La seguridad radiológica de los cementos mezclados que contienen residuos industriales alcalinos carbonatados —incluida la escoria de acero blanca, las cenizas de biomasa y los residuos de construcción y demolición— también se ha evaluado mediante espectrometría gamma . Aunque las cenizas de biomasa pueden presentar concentraciones elevadas de ²¹⁰Pb y ⁴⁰K (alrededor de 5000 Bq·kg⁻¹), las tasas de dosis absorbida por la radiación externa de los materiales de construcción resultantes se mantienen por debajo del nivel de radiación de fondo natural de 84 nGy·h⁻¹. Además, las tasas de emanación y exhalación de ²²²Rn de las pastas de cemento que contienen un 20 % de estos materiales cementicios suplementarios carbonatados son equivalentes a las del cemento Portland ordinario, lo que confirma su seguridad radiológica para su uso en aplicaciones de construcción. [ 23 ]
Usar

El uso más común del cemento Portland es en la producción de hormigón. [ 25 ] El hormigón es un material compuesto formado por áridos ( grava y arena ), cemento y agua. Como material de construcción, el hormigón puede moldearse en casi cualquier forma deseada y, una vez endurecido, puede convertirse en un elemento estructural (portante). El hormigón puede utilizarse en la construcción de elementos estructurales como paneles, vigas y mobiliario urbano , o puede moldearse in situ para superestructuras como carreteras y presas. Estos pueden suministrarse con hormigón mezclado en obra o con hormigón premezclado elaborado en plantas de mezclado permanentes. El cemento Portland también se utiliza en morteros (solo con arena y agua), para enlucidos y soleras , y en lechadas (mezclas de cemento y agua inyectadas en huecos para consolidar cimientos, lechos de carreteras, etc.).
Cuando se mezcla agua con cemento Portland, el producto fragua en unas pocas horas y se endurece en varias semanas. Estos procesos pueden variar ampliamente, dependiendo de la mezcla utilizada y las condiciones de curado del producto, [ 26 ] pero un hormigón típico fragua en aproximadamente 6 horas y desarrolla una resistencia a la compresión de 8 MPa en 24 horas. La resistencia aumenta a 15 MPa a los 3 días, 23 MPa a la semana, 35 MPa a las 4 semanas y 41 MPa a los 3 meses. En principio, la resistencia continúa aumentando lentamente mientras haya agua disponible para la hidratación continua, pero el hormigón generalmente se deja secar después de unas semanas, lo que hace que el crecimiento de la resistencia se detenga.
Tipos
General
ASTM C150
Existen cinco tipos de cementos Portland, con variaciones de los tres primeros según ASTM C150. [ 27 ] [ 28 ]
El cemento Portland tipo I se conoce como cemento común o de uso general. Generalmente se asume su uso a menos que se especifique otro tipo. Se utiliza comúnmente en la construcción en general, especialmente en la fabricación de hormigón prefabricado y pretensado que no estará en contacto con el suelo ni con el agua subterránea. Las composiciones típicas de este tipo son:
- 55% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2,8% MgO, 2,9% (SO 3 ), 1,0% pérdida por ignición y 1,0% CaO libre (utilizando la notación del químico del cemento ).
Una limitación en la composición es que el (C 3 A) no debe exceder el 15%.
El cemento de tipo II ofrece una resistencia moderada a los sulfatos y genera menos calor durante la hidratación. Este tipo de cemento cuesta aproximadamente lo mismo que el de tipo I. Su composición típica es:
- 51% (C 3 S), 24% (C 2 S), 6% (C 3 A), 11% (C 4 AF), 2,9% MgO, 2,5% (SO 3 ), 0,8% de pérdida por ignición y 1,0% de CaO libre.
Una limitación en la composición es que el (C 3 A) no debe exceder el 8%, lo que reduce su vulnerabilidad a los sulfatos. Este tipo es para construcción general expuesta a un ataque moderado de sulfatos. Está diseñado para usarse cuando el concreto está en contacto con suelos y aguas subterráneas, especialmente en el oeste de Estados Unidos debido al alto contenido de azufre de los suelos. Debido a su precio similar al del tipo I, el tipo II se usa mucho como cemento de uso general, y la mayoría del cemento Portland que se vende en Norteamérica cumple con esta especificación.
- Nota : El cemento que cumple (entre otras) las especificaciones para los tipos I y II se encuentra disponible de forma generalizada en el mercado mundial.
El tipo III tiene una resistencia inicial relativamente alta. Su composición típica es:
- 57% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3,0% MgO, 3,1% (SO 3 ), 0,9% de pérdida por ignición y 1,3% de CaO libre.
Este cemento es similar al tipo I, pero con una molienda más fina. Algunos fabricantes producen un clínker aparte con mayor contenido de C₃S y/o C₃A, pero esto es cada vez más raro, y generalmente se utiliza el clínker de uso general, molido hasta alcanzar una superficie específica típicamente entre un 50 % y un 80 % mayor. El nivel de yeso también puede incrementarse ligeramente. Esto confiere al hormigón que utiliza este tipo de cemento una resistencia a compresión a los tres días igual a la resistencia a compresión a los siete días de los tipos I y II. Su resistencia a compresión a los siete días es casi igual a las resistencias a compresión a los 28 días de los tipos I y II. La única desventaja es que la resistencia a los seis meses del tipo III es igual o ligeramente inferior a la de los tipos I y II. Por lo tanto, se sacrifica la resistencia a largo plazo. Se suele utilizar para la fabricación de hormigón prefabricado, donde su alta resistencia a un día permite un rápido recambio de los moldes. También puede utilizarse en construcciones y reparaciones de emergencia, así como en la construcción de bases de maquinaria e instalaciones de puertas.
El cemento Portland tipo IV es generalmente conocido por su bajo calor de hidratación. Su composición típica es:
- 28% (C 3 S), 49% (C 2 S), 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1,8% MgO, 1,9% (SO 3 ), 0,9% de pérdida por ignición y 0,8% de CaO libre.
Los porcentajes de ( C₂S ) y ( C₄AF ) son relativamente altos, mientras que los de ( C₃S ) y ( C₃A ) son relativamente bajos. Una limitación de este tipo es que el porcentaje máximo de (C₃A ) es del siete por ciento, y el de (C₃S) es del treinta y cinco por ciento . Esto provoca que el calor liberado por la reacción de hidratación se desarrolle más lentamente. En consecuencia, la resistencia del hormigón se desarrolla lentamente. Tras uno o dos años, la resistencia es mayor que la de otros tipos una vez curado por completo. Este cemento se utiliza para grandes estructuras de hormigón, como presas, que tienen una baja relación superficie-volumen. Generalmente, los fabricantes no tienen este tipo de cemento en stock, pero algunos podrían considerar un pedido especial de gran volumen. Este tipo de cemento lleva muchos años sin fabricarse, ya que el cemento Portland puzolánico y la adición de escoria granulada de alto horno molida ofrecen una alternativa más económica y fiable.
El tipo V se utiliza cuando la resistencia a los sulfatos es importante. Su composición típica es:
- 38% (C 3 S), 43% (C 2 S), 4% (C 3 A), 9% (C 4 AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO 3 ), 0,9% pérdida por ignición y 0,8% CaO libre.
Este cemento tiene una composición muy baja de (C₃A ) , lo que explica su alta resistencia a los sulfatos. El contenido máximo permitido de (C₃A ) es del 5% para el cemento Portland tipo V. Otra limitación es que la composición (C₄AF ) + 2(C₃A ) no puede exceder el 20%. Este tipo se utiliza en concreto expuesto a suelos alcalinos y sulfatos de aguas subterráneas que reaccionan con el (C₃A ) , causando una expansión disruptiva. No está disponible en muchos lugares, aunque su uso es común en el oeste de Estados Unidos y Canadá. Al igual que con el tipo IV, el cemento Portland tipo V ha sido reemplazado en gran medida por el uso de cemento ordinario con escoria granulada de alto horno molida añadida o cementos terciarios mezclados que contienen escoria y cenizas volantes.
Los tipos Ia , IIa y IIIa tienen la misma composición que los tipos I, II y III. La única diferencia radica en que, en los tipos Ia, IIa y IIIa, se incorpora un agente aireante a la mezcla. Este agente aireante debe cumplir con las especificaciones mínimas y máximas opcionales que se encuentran en el manual ASTM. Estos tipos solo están disponibles en el este de Estados Unidos y Canadá, y de forma limitada. No son la mejor opción para incorporar aire, lo cual mejora la resistencia a la congelación a bajas temperaturas.
Los tipos II(MH) y II(MH)a tienen una composición similar a los tipos II y IIa, pero con un calor suave.
Norma EN 197
La norma europea EN 197-1 define cinco clases de cemento común que tienen como componente principal el cemento Portland. Estas clases difieren de las clases ASTM.
* Los componentes permitidos en los cementos compuestos de Portland son las puzolanas artificiales (escoria de alto horno (un aglutinante hidráulico latente), humo de sílice y cenizas volantes) o las puzolanas naturales (materiales silíceos o silíceos aluminosos como vidrios de ceniza volcánica, arcillas calcinadas y esquisto).
CSA A3000-08
Las normas canadienses describen seis clases principales de cemento, cuatro de las cuales también pueden suministrarse como una mezcla que contiene piedra caliza molida (indicada con el sufijo 'L' en los nombres de las clases).
cemento Portland blanco
El cemento Portland blanco o cemento Portland blanco ordinario ( WOPC ) es similar al cemento Portland gris ordinario en todos los aspectos, excepto por su alto grado de blancura. Para obtener este color se requieren materias primas con un contenido de Fe₂O₃ suficientemente bajo y algunas modificaciones en el método de fabricación, entre ellas, una temperatura de horno más alta necesaria para sinterizar el clínker en ausencia de óxidos férricos que actúan como fundente en el clínker normal. Dado que el Fe₂O₃ contribuye a disminuir el punto de fusión del clínker (normalmente 1450 °C), el cemento blanco requiere una temperatura de sinterización más alta (alrededor de 1600 °C). Como resultado, es ligeramente más caro que el producto gris. El requisito principal es tener un bajo contenido de hierro, que debe ser inferior al 0,5 % en peso expresado como Fe₂O₃ para el cemento blanco, e inferior al 0,9 % en peso para el cemento blanquecino. También es beneficioso que el óxido de hierro sea óxido ferroso (FeO), que se obtiene mediante condiciones ligeramente reductoras en el horno, es decir, operando sin exceso de oxígeno a la salida del horno. Esto le da al clínker y al cemento un tono verdoso . Otros óxidos metálicos como Cr₂O₃ (verde), MnO ( rosa), TiO₂ (blanco), etc., en cantidades traza, también pueden dar color, por lo que para un proyecto determinado es mejor usar cemento de un solo lote.
Cuestiones de seguridad
Las bolsas de cemento suelen llevar impresas advertencias sobre salud y seguridad, ya que el cemento no solo es altamente alcalino , sino que su proceso de fraguado también es exotérmico . Como resultado, el cemento húmedo es altamente cáustico y puede causar quemaduras graves en la piel si no se lava rápidamente con agua. Del mismo modo, el cemento seco en polvo en contacto con las membranas mucosas puede causar irritación ocular o respiratoria grave. [ 29 ] [ 30 ] La reacción del polvo de cemento con la humedad en los senos paranasales y los pulmones también puede causar quemaduras químicas, así como dolores de cabeza, fatiga [ 31 ] y cáncer de pulmón. [ 32 ]
La producción de cementos con una alcalinidad relativamente baja (pH < 11) es un área de investigación en curso. [ 33 ]
En Escandinavia , Francia y el Reino Unido, el nivel de cromo (VI) , que se considera tóxico y un importante irritante para la piel, no puede superar las 2 partes por millón (ppm).
En Estados Unidos, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición al cemento Portland en el lugar de trabajo en 50 millones de partículas por pie cúbico (mppcf) durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg/m³ de exposición total y 5 mg/m³ de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 5000 mg/m³ , el cemento Portland es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [ 34 ]
Efectos ambientales
La fabricación de cemento Portland puede causar impactos ambientales en todas las etapas del proceso. Estos incluyen emisiones de contaminación atmosférica en forma de polvo; gases; ruido y vibraciones al operar maquinaria y durante voladuras en canteras; consumo de grandes cantidades de combustible durante la fabricación; liberación de CO2. De las materias primas durante la fabricación, y daños al paisaje derivados de la extracción de áridos. Se utilizan ampliamente equipos para reducir las emisiones de polvo durante la extracción de áridos y la fabricación de cemento, y cada vez se utilizan más equipos para atrapar y separar los gases de escape. La protección del medio ambiente también incluye la reintegración de las canteras al medio rural una vez cerradas, devolviéndolas a su estado natural o rehabilitándolas.
El cemento Portland es cáustico , por lo que puede causar quemaduras químicas. [ 27 ] El polvo puede causar irritación o, con una exposición severa, cáncer de pulmón, y puede contener varios componentes peligrosos, incluyendo sílice cristalina y cromo hexavalente . Las preocupaciones ambientales son el alto consumo de energía requerido para extraer, fabricar y transportar el cemento, y la contaminación del aire relacionada, incluyendo la liberación del gas de efecto invernadero dióxido de carbono , dioxinas , NO x , SO 2 , y partículas . La producción de cemento Portland contribuye con aproximadamente el 10% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono . [ 35 ] La Agencia Internacional de Energía ha estimado que la producción de cemento aumentará entre un 12 y un 23% para 2050 para satisfacer las necesidades de la creciente población mundial. [ 36 ] Hay varios tipos de investigación en curso dirigidas a un reemplazo adecuado del cemento Portland por materiales cementicios suplementarios . [ 37 ]
Notas e informes epidemiológicos sobre la exposición al dióxido de azufre en plantas de cemento Portland , de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades , afirman:
Los trabajadores de las instalaciones de cemento Portland, en particular aquellos que queman combustible que contiene azufre, deben ser conscientes de los efectos agudos y crónicos de la exposición al SO₂.2 [dióxido de azufre], y concentraciones máximas y de turno completo deSO2 debe medirse periódicamente. [ 38 ]
Un esfuerzo de investigación independiente de AEA Technology para identificar los problemas críticos para la industria cementera actual concluyó que los problemas más importantes de desempeño ambiental, de salud y seguridad que enfrenta la industria cementera son las emisiones atmosféricas (incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero , dioxinas, NO x , SO2 , y partículas), accidentes y exposición de los trabajadores al polvo. [ 39 ]
El CO2. La información asociada a la fabricación de cemento Portland proviene principalmente de cuatro fuentes:
En general, con energía nuclear o hidroeléctrica y una fabricación eficiente, el COLa generación 2 se puede reducir a0,7 kg (1,5 lb)por kg de cemento, pero puede llegar a ser el doble.El impulso de la innovación futura es reducir las fuentes 1 y 2 mediante la modificación de la química del cemento, el uso de residuos y la adopción de procesos más eficientes.Aunque la fabricación de cemento es una enormefuente de COEn cuanto a emisiones, el hormigón (del cual el cemento constituye aproximadamente el 15%) se compara favorablemente con otros sistemas de construcción modernos en este sentido.,emiten significativamente menosCO₂. [ 40 ]
Una estrategia para reducir el contenido de clínker consiste en sintetizar en laboratorio materiales de aluminosilicato diseñados específicamente para actuar como materiales cementicios suplementarios, en lugar de depender de subproductos industriales o puzolanas naturales. Estos materiales sintéticos pueden producirse con una composición química y una estructura controladas con precisión, lo que permite optimizar su reactividad. Cuando se utilizan como componente principal (más del 67 %) en cementos híbridos activados alcalinamente —conocidos como cementos de contenido ultrabajo de clínker (ULCC)—, estos aluminosilicatos sintéticos proporcionan resistencias a la compresión superiores a 50 MPa tras 28 días de curado, comparables a las de los cementos estructurales convencionales. El principal producto de reacción responsable de este rendimiento mecánico es un gel de tipo (N)-CASH, similar al que se forma en los cementos activados alcalinamente. Esta estrategia ofrece una vía hacia cementos con un contenido mínimo de clínker, fabricados a partir de materiales de composición controlada, independientemente de la disponibilidad de flujos de residuos industriales específicos. [ 41 ]
Otro enfoque para reducir la huella de carbono del cemento consiste en el pretratamiento de residuos industriales alcalinos mediante carbonatación , exponiéndolos a CO₂ antes de su uso como materiales cementicios suplementarios. En lugar de tratar el CO₂ únicamente como un contaminante, esta estrategia lo utiliza para estabilizar químicamente los materiales de desecho , fijando así el carbono en el producto en lugar de liberarlo a la atmósfera. Los morteros que contienen hasta un 20 % de residuos carbonatados como sustituto del cemento presentan menores profundidades de carbonatación natural que los morteros de cemento Portland ordinario, y las proyecciones a 100 años indican que cumplen con los criterios de durabilidad necesarios para proteger el refuerzo de acero de la corrosión , lo que confirma su viabilidad para aplicaciones estructurales. [ 42 ]
La búsqueda de materiales cementicios suplementarios alternativos es particularmente urgente en los países en desarrollo, donde los subproductos industriales convencionales, como las cenizas volantes o la escoria de alto horno, son escasos o económicamente inaccesibles. La ceniza obtenida mediante la calcinación controlada del carrizo gigante ( Phragmites sp.), una planta invasora abundante en el África subsahariana, contiene más del 92 % de sílice —comparable al humo de sílice o a la ceniza de cáscara de arroz— y presenta una alta actividad puzolánica, fijando el 94 % de la cal disponible en 28 días. Los morteros de cemento con un 10 % y un 20 % de sustitución de ceniza de carrizo cumplen con los requisitos mecánicos y reológicos de la norma europea EN 197-1, manteniendo la clase de resistencia del cemento de referencia, y representan una vía para la producción local de cemento con bajas emisiones de carbono en regiones que carecen de adiciones minerales convencionales. [ 43 ]
Plantas cementeras utilizadas para la eliminación o el procesamiento de residuos.

Debido a las altas temperaturas que se alcanzan en el interior de los hornos de cemento , junto con la atmósfera oxidante (rica en oxígeno) y los largos tiempos de residencia, estos hornos se utilizan como opción de procesamiento para diversos tipos de residuos; destruyen eficazmente muchos compuestos orgánicos peligrosos. Los residuos también suelen contener materiales combustibles, lo que permite sustituir parte del combustible fósil que se utiliza habitualmente en el proceso.
Materiales de desecho utilizados en hornos de cemento como suplemento de combustible: [ 44 ]
- Neumáticos de coche y camión : las correas de acero se toleran fácilmente en los hornos.
- Lodo de pintura procedente de la industria automotriz
- Disolventes y lubricantes residuales
- Harina de carne y huesos : residuos de matadero debido a la preocupación por la contaminación por encefalopatía espongiforme bovina.
- residuos plásticos
- lodos de depuradora
- Cáscaras de arroz
- Residuos de caña de azúcar
- Traviesas de ferrocarril de madera usadas (durmientes de ferrocarril)
- Revestimiento de celda usada de la industria de fundición de aluminio (también llamado revestimiento de cuba usada )
La fabricación de cemento Portland también tiene el potencial de beneficiarse del uso de subproductos industriales provenientes del flujo de residuos. [ 45 ] Estos incluyen, en particular:
- Escoria
- Cenizas volantes (procedentes de centrales eléctricas)
- Humo de sílice (procedente de las acerías)
- Yeso sintético (procedente de la desulfuración )
Véase también
- Instituto Americano del Hormigón
- Hidrato de silicato de calcio : producto principal de la hidratación del cemento Portland.
- Cemento energéticamente modificado : clase de cementos procesados mecánicamente para transformar su reactividad.
- Impacto ambiental del hormigón
- Mortero de cal – Material de construcción
- Marga – Lodo o lutita rica en cal que contiene cantidades variables de arcillas y limo.
- Asociación del Cemento Portland – Organización industrial estadounidense Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento
- Portland, Nueva Zelanda
- Recinto de la fábrica de cemento Portland : emplazamiento industrial en desuso en Australia.
- Cemento Rosendale – Material de construcción
Referencias
- 1 2 Courland, Robert (2011). Planeta de hormigón: la extraña y fascinante historia del material artificial más común del mundo . Amherst, NY: Prometheus Books. ISBN 978-1-61614-481-4Consultado el 28 de agosto de 2015 .
- ↑ "Estadísticas e información sobre el cemento" . USGS.gov . Servicio Geológico de los Estados Unidos. Archivado del original el 21 de marzo de 2025. Consultado el 21 de marzo de 2025 .
- ^ Gillberg , B.; Fagerlund, G.; Jönsson, A.; Tillman, AM. (1999). Betong och miljö [ Concreto y medio ambiente ] (en sueco). Estocolmo, Suecia: AB Svensk Byggtjenst. ISBN 978-91-7332-906-4.
- 1 2 3 4 5 Robert G. Blezard, "La historia de los cementos calcáreos" en Hewlett, Peter C., ed., Química del cemento y el hormigón de Lea, 4.ª ed. Ámsterdam, Países Bajos: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004, págs. 1-24. Impreso.
- 1 2 Saikia, Mimi Das. Bhargab Mohan Das, Madan Mohan Das. Elementos de ingeniería civil . Nueva Delhi: PHI Learning Private Limited. 2010. 30. Impreso.
- ↑ Reid, Henry (1868). Un tratado práctico sobre la fabricación de cemento Portland . Londres: E. & FN Spon.
- 1 2 Francis, AJ (1977). La industria del cemento 1796–1914: una historia .
- ↑ Johnson, Alfred Sidney (1911). "Cien años de cemento Portland" . American Carpenter and Builder . 10 ( 5–6 ): 29–32 . Recuperado el 8 de noviembre de 2025 .
- ↑ Rayment, DL (1986). "Análisis mediante microsonda electrónica de las fases CSH en una pasta de cemento de 136 años de antigüedad". Cement and Concrete Research . 16 (3): 341– 344. doi : 10.1016/0008-8846(86)90109-2 .
- ↑ Hahn, Thomas F., y Emory Leland Kemp. Fábricas de cemento a lo largo del río Potomac . Morgantown, Virginia Occidental: West Virginia University Press, 1994. pág. 16. Impreso.
- ↑ Reid, Henry (1877). La ciencia y el arte de la fabricación de cemento Portland con observaciones sobre algunas de sus aplicaciones constructivas . Londres: E&F.N. Spon.
- ↑ "125 años de investigación para la calidad y el progreso" . Asociación Alemana de Fábricas de Cemento. Archivado del original el 16 de enero de 2015. Consultado el 30 de septiembre de 2012 .
- ↑ "El mundo moderno depende del humilde cemento" . Smithsonian . Consultado el 8 de noviembre de 2025.
El cemento Portland, que se desarrolló originalmente en Inglaterra en los siglos XVIII y principios del XIX... En aquel entonces, los estadounidenses importaban cemento Portland de Inglaterra y Alemania.
- ↑ Meade, Richard Kidder. Cemento Portland: su composición, materias primas, fabricación, ensayos y análisis . Easton, Pensilvania: 1906. The Chemical Publishing Company, págs. 4–14. Impreso.
- ↑ "ASTM C219-25, Terminología estándar relativa a los cementos hidráulicos y otros cementos inorgánicos" . ASTM International. 8 de enero de 2025.
- ↑ Moore, Dylan. "Hornos de cemento: Termoquímica del clínker" . cementkilns.co.uk . Archivado del original el 6 de marzo de 2014.
- ↑ McArthur, Hugh y Duncan Spalding. Ciencia de los materiales de ingeniería: propiedades, usos, degradación y remediación . Chichester, Reino Unido: Horwood Pub., 2004. pág. 217. Impreso.
- ↑ Scrivener, Karen; Matschei, Thomas; Georget, Fabien; Juilland, Patrick; Mohamed, Aslam Kunhi (2023). "Avances en hidratación y termodinámica de sistemas cementicios" . Cement and Concrete Research . 174 107332. doi : 10.1016/j.cemconres.2023.107332 . ISSN 0008-8846 . Archivado del original el 15 de abril de 2024. Recuperado el 20 de febrero de 2023 .
- ↑ Mehta, PK; Monteiro, PJM (2013). Hormigón: Microestructura, propiedades y materiales . McGraw Hill. ISBN 978-0-07-179787-0.
- ↑ Monteiro, PJM "Conferencias – Cementos" . Universidad de California Berkeley. Archivado del original el 25 de mayo de 2025. Recuperado el 25 de febrero de 2025 .
- ↑ Lothenbach, Barbara; Le Saout, Gwenn; Gallucci, Emmanuel; Scrivener, Karen (2008). "Influencia de la caliza en la hidratación de los cementos Portland" . Cement and Concrete Research . 38 (6): 848– 860. doi : 10.1016/j.cemconres.2008.01.002 . Archivado del original el 8 de julio de 2022. Recuperado el 6 de diciembre de 2025 .
- ↑ Linares-Alemparte, P.; Souto-Allaoui, M.; Andrade-Perdrix, C. (2025). "Relación entre los coeficientes de difusión de radón y oxígeno en hormigones de OPC". Mater. Construcc . 75 (358): e379. doi : 10.3989/mc.2025.394624 . hdl : 10261/398074 .
- ↑ Suárez-Navarro, José Antonio; Moreno-Reyes, Ana María; Expósito-Suárez, Víctor Manuel; Guerrero, Ana; Frías, Moisés; Hernáiz, Guillermo; Benavente, José Francisco (2026). «Dosis efectiva procedente de radiación externa y exhalación de 222Rn de materiales de construcción fabricados con materiales de desecho alcalinos carbonatados» . Investigación en ciencias ambientales y contaminación . 33 (15): 7004– 7016. doi : 10.1007/s11356-026-37752-6 . hdl : 10261/430346 . PMC 13156194 . PMID 42008089 .
- ↑ "Prototipos de vivienda: Page Street" . housingprototypes.org . Archivado del original el 16 de septiembre de 2012. Consultado el 19 de enero de 2007 .
- ↑ Servicio Geológico de los Estados Unidos, 2020, Resúmenes de materias primas minerales, 200 págs. doi : 10.3133/mcs2020
- ↑ "Resistencia del cemento Portland – Pavimento interactivo" . Archivado del original el 7 de julio de 2024. Consultado el 16 de agosto de 2024 .
- 1 2 "ASTM C185-15a, Método de prueba estándar para el contenido de aire del mortero de cemento hidráulico" . ASTM International . West Conshohocken, Pensilvania: ASTM International . 2015. doi : 10.1520/C0185-15A . Archivado del original el 1 de junio de 2018. Recuperado el 16 de mayo de 2017 .
- ↑ Guía del contratista para la construcción de hormigón de calidad . 3.ª ed., St. Louis, Missouri: American Society of Concrete Contractors, 2005, pág. 17. Impreso.
- ↑ "Hoja informativa de HSE: Cemento" (PDF) . Reino Unido: Health and Safety Executive . Archivado (PDF) del original el 4 de junio de 2011. Consultado el 15 de febrero de 2011 .
- ^ Bolonia, Jean L.; José L. Jorizzo; Ronald P. Rapini (2003). Dermatología, volumen 1 . Mosby. ISBN 978-0-323-02409-9.
- ↑ Oleru, UG (1984). "Función pulmonar y síntomas de trabajadores nigerianos expuestos al polvo de cemento". Environ. Research . 33 (2): 379– 385. Bibcode : 1984ER.....33..379O . doi : 10.1016/0013-9351(84)90036-7 . PMID 6714189 .
- ↑ Rafnsson, V; H. Gunnarsdottir; M. Kiilunen (1997). "Riesgo de cáncer de pulmón entre los albañiles en Islandia" . Occup . Environ. Med . 54 (3): 184– 188. doi : 10.1136/oem.54.3.184 . PMC 1128681. PMID 9155779 .
- ↑ Cau-Dit-Coumes, Céline; Simone Courtois; Didier Nectoux; Stéphanie Leclercq; Xavier Bourbon (diciembre de 2006). « Formulación de un hormigón de baja alcalinidad, alta resistencia y bajo calor para depósitos de residuos radiactivos» (PDF) . Cement and Concrete Research . 36 (12). Elsevier Ltd.: 2152–2163 . doi : 10.1016/j.cemconres.2006.10.005 . S2CID 96407505. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
- ↑ "CDC – Guía de bolsillo de NIOSH sobre riesgos químicos: cemento Portland" . www.cdc.gov . Archivado del original el 21 de noviembre de 2015. Consultado el 21 de noviembre de 2015 .
- ↑ Scrivener, Karen L.; John, Vanderley M.; Gartner, Ellis M. (junio de 2018). "Cementos ecoeficientes: posibles soluciones económicamente viables para una industria de materiales a base de cemento con bajas emisiones de CO₂" ( PDF ) . Cement and Concrete Research . 114 : 2–26 . doi : 10.1016/j.cemconres.2018.03.015 . hdl : 10044/1/51016 . S2CID 139685537. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
- ↑ "Hoja de ruta tecnológica: Transición hacia una economía baja en carbono en la industria cementera: desplegable" . Tienda web de la AIE . Archivado del original el 1 de febrero de 2021. Consultado el 13 de septiembre de 2018 .
- ↑ Lothenbach, Barbara; Scrivener, Karen; Hooton, RD (diciembre de 2011). "Materiales cementicios suplementarios" . Cement and Concrete Research . 41 (12): 1244– 1256. doi : 10.1016/j.cemconres.2010.12.001 .
- ↑ "Notas e informes epidemiológicos sobre la exposición al dióxido de azufre en plantas de cemento Portland" . cdc.gov . Archivado del original el 25 de junio de 2017.
- ↑ "Hacia una industria cementera sostenible: mejora del desempeño en materia de medio ambiente, salud y seguridad" (PDF) . wbcsd.ch . Archivado del original (PDF) el 28 de septiembre de 2007. Consultado el 5 de diciembre de 2006 .
- ↑ Kent, Douglas (22 de octubre de 2007). "Respuesta: La cal es una opción mucho más ecológica que el cemento, dice Douglas Kent" . The Guardian . Consultado el 22 de marzo de 2022 .
- ↑ Martín-Rodríguez, P.; García-Lodeiro, I.; Palomo, A.; Fernández-Jiménez, A. (2026). "Materiales cementosos suplementarios sintéticos sostenibles para fabricar cemento ultra bajo en clinker" . Revista de ingeniería de la construcción . 121 115690.doi : 10.1016/ j.jobe.2026.115690 . hdl : 10261/426273 .
- ↑ Moreno-Reyes, AM; Paredes, MV; Guerrero, A.; Sánchez, J.; Torres, J.; Vegas, I.; Frías, M. (2026). "Evaluación de los efectos del CO2 en la durabilidad de eco-morteros de cemento mezclado que contienen residuos alcalinos con diferentes condiciones de carbonatación" . Journal of Building Engineering . 119 115244. doi : 10.1016/j.jobe.2026.115244 . hdl : 10261/419761 .
- ↑ Moreno-Reyes, AM; Frías, M.; Guerrero, A.; Savastano, H.; Manhique, AJ; Sitoe, AEJ; Madivate, C. (2026). "Propiedades de morteros de ecocemento binarios elaborados con ceniza de caña de Mozambique" . Journal of Sustainable Cement-Based Materials : 1–12 . doi : 10.1080/21650373.2026.2666619 . hdl : 10261/432143 .
- ↑ Boyd, Chris (diciembre de 2001). "Recuperación de residuos en hornos de cemento" (PDF) . Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible . Archivado del original el 24 de junio de 2008. Consultado el 25 de septiembre de 2008 .
- ↑ Kosmatka, SH; Panarese, WC (1988). Diseño y control de mezclas de concreto . Skokie, Illinois : Portland Cement Association . pág. 15. ISBN 978-0-89312-087-0En términos generales ,
probablemente el 50% de todos los subproductos industriales tienen potencial como materias primas para la fabricación de cemento Portland.
Enlaces externos
- Producción mundial de cemento hidráulico, por país
- Alpha, la compañía de cemento Portland garantizado: literatura comercial de 1917 procedente de las bibliotecas de la Institución Smithsoniana.
- Iniciativa de sostenibilidad del cemento
- Una alternativa excelente al cemento.
- Vistas aéreas de la mayor concentración mundial de capacidad de fabricación de cemento, provincia de Saraburi , Tailandia, en 14°37′57″N 101°04′38″E / 14.6325°N 101.0771°E / 14.6325; 101.0771
- Fountain, Henry (30 de marzo de 2009). "El hormigón se reinventa teniendo en cuenta el medio ambiente" . The New York Times . Consultado el 30 de marzo de 2009 .
- Guía de bolsillo del CDC-NIOSH sobre riesgos químicos
Lecturas adicionales
- Gharpure, A.; Heim Jw, II; Vander Wal, RL (2021). "Caracterización e identificación de riesgos del polvo respirable de cemento y hormigón procedente de actividades de construcción" . Revista Internacional de Investigación Ambiental y Salud Pública . 18 (19) 10126. doi : 10.3390/ijerph181910126 . PMC 8508395. PMID 34639428 .
- Liu, Jia; Zhang, Yongming; Zhang, Qixing; Wang, Jinjun (2018). "Matriz de dispersión para polvo de cemento de origen antropogénico urbano típico y discriminación de partículas atmosféricas representativas" . Journal of Geophysical Research: Atmospheres . 123 (6): 3159– 3174. Bibcode : 2018JGRD..123.3159L . doi : 10.1002/2018JD028288 . S2CID 135035398. Archivado del original el 25 de marzo de 2023. Recuperado el 25 de marzo de 2023 .
- Taylor, Harry FW (1997). Química del cemento . Thomas Telford. ISBN 978-0-7277-2592-9.
- Peter Hewlett; Martin Liska (2019). Química del cemento y el hormigón de Lea . Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-100795-2.
- Cemento
- Concreto
- Inventos ingleses
- Caliza
- Isla de Portland
- Materiales de construcción
- Inventos del siglo XIX