Distribución de tamaños de partículas críticas para cemento mediante difracción láser

“El puente de Londres está cayendo…” Bueno, en realidad no… ¡pero solo porque el cemento sigue haciendo su trabajo bien! La producción de cemento de alto rendimiento está directamente relacionada con el mantenimiento de una distribución de tamaño de partículas muy específica. Los métodos tradicionales de caracterización de tamaños incluyen: Tamizado utilizando una pantalla de 45 μm, medición de número de Blaine y medición del turbidímetro Wagner. Estos métodos solo producen un número único y no son suficientes para caracterizar adecuadamente la distribución del tamaño de las partículas (PSD) de cemento. La difracción láser se está convirtiendo rápidamente en el método de preferencia, ya que ofrece una imagen clara y precisa de todo el PSD.

Introducción

Decir que la industria del cemento es un gran negocio podría ser el eufemismo de la década. En 2014, la producción mundial de cemento fue de aproximadamente 4200 millones de toneladas1. Considere el número de edificios, puentes y carreteras construidos en todo el mundo cada año utilizando cemento y empezará a hacerse una idea de la magnitud de las consideraciones de calidad asociadas en cuanto a seguridad de uso diario que eso conlleva.

Es bastante común confundir el cemento con el hormigón; en realidad, el cemento es un material de construcción utilizado para producir hormigón. Existen muchas etapas dentro del proceso de producción de cemento que requieren caracterización del tamaño de las partículas. La figura 1 muestra un proceso típico de producción de cemento. El punto más importante en el proceso para realizar una medición de distribución de tamaño de partículas es la fase final del producto. La mayor contribución a la resistencia del cemento proviene de las partículas menores de 30 μm, mientras que las partículas de menos de 10 μm contribuyen a la etapa de curado temprana y las partículas entre 10-30 μm tienen un impacto más grande en la etapa posterior del proceso de endurecimiento2. En general, cuanto mayor sea el porcentaje de distribución de partículas entre 3 y 30 μm, mejor será la calidad del cemento2. La experiencia nos indica que la distribución óptima del tamaño es cuando el 60-70 % de las partículas en la distribución general se encuentran dentro del rango de 3-30 μm y el 10-20 % son inferiores a 3 μm2. En el proceso de triturado, el triturar en exceso genera costes innecesarios; además, crea demasiadas partículas menores de 3 μm2. Este fenómeno, a su vez, producirá demasiado calor durante la solidificación y causará sedimentación excesiva, lo que puede provocar problemas de calidad como el agrietamiento. Por otra parte, triturar menos de lo necesario resultará en demasiadas partículas grandes, lo que a su vez prolongará el tiempo de solidificación y podrán reducir la fuerza y resistencia general del cemento.

Proceso de producción de cemento

La difracción láser ha emergido como el método de preferencia en la industria del cemento para la medición del tamaño, debido a su simplicidad y exactitud en comparación con los métodos más tradicionales. Los usuarios de difracción láser actuales en la industria del cemento han experimentado una buena correlación entre el análisis húmedo (alcohol) o en seco mediante el sistema de polvo seco Beckman Coulter (Tornado™). Esto se ilustra claramente en el documento técnico “Medición de la distribución del tamaño de las partículas en el polvo de cemento Portland: Análisis de los estudios interlaboratorios de ASTM”.

Resultados y conclusiones

Para estandarizar la caracterización de los productos de cemento utilizando difracción láser, NIST ha publicado una documentación de referencia estándar (SRM) del cemento Portland (NIST SRM 114q). Además de incluir los valores de superficie específicos certificados de las mediciones de Blaine y Wagner y los valores de residuo de tamiz certificado, la distribución del tamaño de partículas de NIST SRM 114q también se especifica mediante difracción láser, con el análisis húmedo o en seco como técnicas de medición3. Beckman Coulter no participó en el análisis interlaboratorios que determinó la distribución del tamaño del NIST SRM 114q. La fig. 2 detalla los resultados del análisis utilizando un Beckman Coulter LS 13320 para caracterizar el NIST SRM 114q, con ambos métodos: húmedo y en seco. En el certificado de análisis, NIST especifica la incertidumbre ampliada del 95 % simultánea para la diferencia entre un laboratorio típico y el valor certificado de SRM 114q3. Los límites para la concordancia normal se marcan a través de dos líneas sólidas azules en la fig. 2 y los límites para la concordancia más estricta se marcan a través de barras de error en cada punto de datos de la fig. 2. Como el gráfico ilustra claramente en la figura 2, tanto los análisis con el LS 13320 húmedo (utilizando el módulo ULM) como el seco (utilizando el módulo de sistema de polvo seco Tornado) han coincidido mucho, todo dentro de los límites más estrictos exigidos por la certificación NIST2.

LS 13 320 mediciones de cemento NIST SRM 114q

Referencias

  1. Producción de cemento mundial y en EE. UU. 2014
    Extraído de http://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/
  2. Guillermo Smart, AN-12784A BCPCS009LE LS-Cement
  3. Chiara F. Ferraris, Vincent A. Hackley, and Ana Ivelisse Avil´es Measurement of Particle Size Distribution in Portland Cement Powder: Análisis de los estudios interlaboratorios de ASTM.
    Extraído de http://fire.nist.gov/bfrlpubs/build04/PDF/b04040.pdf

Autor

Bill F. Bars Científico sénior de aplicaciones de la organización de caracterización y recuento de partículas de Beckman Coulter.

Bill F. Bars es un científico sénior de aplicaciones para Beckman Coulter Life Sciences en Grants Pass, Oregon, EE. UU. Él ha creado y desarrollado muchos de los procesos de producción de sistemas en líquido y muchas de las herramientas de procedimiento para los productos de recuento de partículas BEC. Entre estos productos se incluyen: Sensores HRLD, HIAC PODS, HIAC GlyCount, 9703+, 8011+, ROC. Recibió su licenciatura en Ingeniería Electrónica en el Instituto de Tecnología DeVry. Ha trabajado para Beckman Coulter Life Sciences durante 19 años en una gran variedad de funciones de ingeniería, desde Metrología hasta formación de servicio técnico y soporte de aplicaciones.

Envíe un correo electrónico a Bill F. Bars en bbars@beckman.com

Beckman Coulter Life Sciences
Recuento de partículas y caracterización
481 California Ave
Grants Pass, OR 97526 EE. UU.

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