Introducción
La calidad del cemento depende directamente de su distribución del tamaño de partícula (PSD, por sus siglas en inglés). Esta influencia se refleja en propiedades como la resistencia, la tasa de fraguado, la reactividad y el consumo de energía durante la molienda. Por ello, la industria cementera ha adoptado desde hace décadas técnicas precisas y eficientes para medir este parámetro. En la actualidad, el analizador de tamaño de partículas Bettersizer 2600, basado en difracción láser, se posiciona como una solución versátil, rápida y confiable para los laboratorios de control de calidad en cemento y los centros de investigación del sector.
La razón por la cual el tamaño de partícula es un factor clave en la producción de cemento radica en que afecta directamente la hidratación del mismo. Partículas más finas presentan una mayor superficie específica, lo que aumenta la velocidad de reacción con el agua y, por ende, el fraguado y la resistencia inicial del concreto. Sin embargo, una molienda excesiva también puede generar problemas térmicos y aumentar los costos energéticos. Por eso, lograr una distribución granulométrica óptima entre 3 y 32 µm es crucial.
Metodología
Equipos y muestras
El estudio se centró en la evaluación del cemento Portland tipo 32.5, utilizando el analizador de tamaño de partículas Bettersizer 2600 bajo condiciones de dispersión húmeda y seca. Además, se realizaron experimentos para evaluar la influencia de diferentes presiones de dispersión (de 1 a 4 bares) en la distribución del tamaño de partículas.
Preparación de muestras y procedimiento de medición
Modo seco:
- El cemento se colocó en el alimentador de muestra seca.
- Se realizaron 5 mediciones repetidas automáticamente, cada una con una duración total de 90 segundos.
- Las presiones evaluadas fueron de 1, 2, 3 y 4 bares.
Modo húmedo:
- Se disolvió la muestra de cemento en un alcohol industrial (Propanol) para prevenir hidratación prematura.
- Se aplicó agitación y ultrasonido para evitar aglomerados.
- Se controlaron cinco parámetros: tipo de solvente, velocidad de bomba, uso de ultrasonido, duración y potencia del ultrasonido.
Parámetros medidos:
- D10: Diámetro por debajo del cual se encuentra el 10% del volumen de partículas.
- D50: Mediana volumétrica.
- D90: Diámetro por debajo del cual se encuentra el 90% del volumen.
Resultados
Comparación entre modos húmedo y seco
Los resultados indicaron valores similares para ambos métodos de dispersión. El modo seco mostró una leve tendencia a subestimar el D10 en comparación con el modo húmedo:
| Método | D10 (µm) | D50 (µm) | D90 (µm) |
|---|---|---|---|
| Húmedo | 1.912 | 11.41 | 32.56 |
| Seco | 1.525 | 11.57 | 33.85 |
A pesar de la ligera variación, el modo seco es preferido por su menor costo, mejor reproducibilidad y facilidad operativa en entornos industriales. El analizador de tamaño de partículas demostró una excelente capacidad de adaptación a ambos métodos.
Evaluación de presiones de dispersión
Se midieron muestras de cemento 32.5 a presiones de 1 a 4 bares. Los valores de D50 disminuyeron ligeramente con el aumento de presión, reflejando una mejor disgregación de aglomerados:
| Presión (Bar) | D10 (µm) | D50 (µm) | D90 (µm) |
| 1 | 1.692 | 12.47 | 35.78 |
| 2 | 1.579 | 12.18 | 34.54 |
| 3 | 1.465 | 11.17 | 33.25 |
| 4 | 1.438 | 11.13 | 32.50 |
Una presión de 3 bar resultó óptima, ya que balancea eficiencia de dispersión y cuidado del sistema de medición mediante difracción láser.
Repetibilidad
Las 5 mediciones repetidas a 3 bares mostraron una desviación menor al 1.5%, lo que confirma la alta repetibilidad del analizador de tamaño de partículas Bettersizer 2600, incluso en condiciones de producción reales y procesos críticos de control de calidad en cemento.
Comparación entre tipos de cemento y aditivos
Se analizaron también cementos de grado 42.5 y 52.5, así como ceniza volante (fly ash). Se observó una clara relación entre mayor finura y mayor reactividad:
- Cementos 52.5 presentaron menores D50 que los de 42.5 y 32.5.
- La ceniza volante mostró distribuciones más amplias con partículas mayores a 100 µm.
Esto permite ajustar formulaciones y aditivos según requerimientos específicos del concreto con soporte del analizador de tamaño de partículas en procesos de control de calidad en cemento.
Conclusión
El uso del analizador de tamaño de partículas Bettersizer 2600 permite una caracterización rápida, precisa y repetible del cemento en laboratorios de control de calidad en cemento. Gracias a su capacidad para trabajar en modos húmedo y seco, así como su sensibilidad a condiciones de dispersión, el equipo facilita el ajuste fino de los procesos de molienda y formulación mediante difracción láser.
Entre los beneficios clave se incluyen:
- Reducción de costos energéticos mediante un control preciso del proceso de molienda.
- Mejora de la calidad del producto final gracias a la optimización de la distribución de tamaño de partículas.
- Capacidad de análisis de aditivos y nuevas materias primas para la innovación en cementos especiales.
- Tiempos de medición inferiores a 2 minutos con resultados confiables y automatizados.
En conjunto, el analizador de tamaño de partículas es una herramienta indispensable para la industria cementera moderna, donde la eficiencia, sostenibilidad y calidad son prioritarias. Además, su software permite establecer límites de especificación automáticos para cada tipo de cemento, facilitando la toma de decisiones rápidas y basadas en datos.
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Bettersize Instruments. (s.f.). Rapid laboratory particle size analysis of cements using laser diffraction. https://www.bettersizeinstruments.com/learn/knowledge-center/rapid-laboratory-particle-size-analysis-of-cements-using-laser-diffraction
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