La historia del cemento
El significado de la palabra cemento
El nombre «cemento» proviene de la palabra latina «caementum», que significa fragmento de piedra tallada.
Historia del cemento y su primer uso
Se sabe que el material más antiguo utilizado como aglomerante es la cal. La cal se producía calentando una piedra caliza bastante pura, y luego se le añadía agua y se mezclaba con arena para obtener un mortero de cal.
El primer hormigón se utilizó en el Imperio romano. En Roma, «The Castel Sant' Angelo» se construyó en el 138 a. C. Hoy en día, en este edificio las piedras se han desgastado, mientras que el hormigón conserva todavía sus propiedades.
Ejemplos de uso del cemento
Se han utilizado diversos aglomerantes en muchas construcciones que simbolizan las civilizaciones de la época, como las pirámides de Egipto, la Gran Muralla China y las fortalezas construidas en distintos periodos.
Los griegos hicieron mortero mezclando las tobas volcánicas de la isla de Santorini con cal, o con una especie de cal hidráulica que obtenían de la caliza arcillosa. En Egipto se utilizó yeso impuro calcinado en lugar de cemento.
Hace unos 2000 años, los griegos y los romanos molían junto con la cal una ceniza volcánica llamada «pozzolin», conocida hoy como puzolana, y añadían esta mezcla a la arena para utilizarla como mortero en la mampostería de las piedras.
Aunque en épocas pasadas se utilizaron diferentes aglomerantes, quienes se dedicaban a las obras de construcción no disponían de conocimientos suficientes sobre la obtención de los aglomerantes que empleaban ni sobre sus condiciones de trabajo. Por ejemplo, el sabio romano Gaius Plinius escribió que era incomprensible «por qué la cal obtenida al quemar la piedra con fuego volvía a arder al entrar en contacto con el agua».
En el 27 a. C. se creó la «arquitectura romana» utilizando cemento en el gran «Coliseo» y las «termas romanas».
Los romanos produjeron cemento moliendo cenizas volcánicas y añadiéndolas a la cal; al observar que el cemento podía fraguar bajo el agua, lo utilizaron en la construcción de puertos. Posteriormente, esta mezcla se denominó «cemento puzolánico», inspirándose en el pueblo de Pozzuoli, cerca del Vesubio en Roma, de donde se extraían las cenizas volcánicas.
En Inglaterra, las cenizas volcánicas se molían y se moldeaban en forma de ladrillos y tejas. Grandes catedrales medievales, como Chartres y Reims en Francia, y Durham, Lincoln y Rochester en Inglaterra, se construyeron utilizando las tecnologías avanzadas de la época. Los romanos no tenían conocimiento de las tecnologías utilizadas mil años antes.
Los romanos, con toda probabilidad, observaron las propiedades de las cenizas volcánicas y las utilizaron con distintos fines en las construcciones. En el siglo I a. C., Marcus Vitruvius Pollio, arquitecto e ingeniero en Roma, trató la tecnología relativa a las construcciones del pasado en su libro titulado «Ten books of Architecture», y habló del «hormigón para poder pulir el suelo y obtener un suelo sólido». En este libro se menciona, en relación con la puzolana, que la mezcla compuesta de cal y piedras trituradas confiere resistencia a los edificios y que este material también endurece bajo el agua.
Los habitantes de Europa quedaron rezagados respecto a los romanos en cuanto al uso del cemento. Los morteros se preparaban utilizando sobre todo cal, por lo que el endurecimiento se producía más tarde. El uso de la puzolana en la preparación de morteros fue redescubierto por los europeos en la Edad Media.
En 1756, John Smeaton, encargado de construir el faro de Eddystone, estudió las propiedades químicas de la cal y llegó a importantes conclusiones sobre las propiedades aglomerantes de la cal. Más tarde, a la luz de estos trabajos, Joseph Parker produjo un aglomerante conocido como «Roman Cement», el «cemento romano», cuya materia prima era la caliza de los alrededores de Londres; el cemento producido se utilizó en la construcción de canales y puertos. En esos mismos años, el «cemento inglés» producido por el inglés James Frost no tuvo tanta aceptación como el cemento romano.
Con el Renacimiento comenzó una nueva era para que las personas pensaran de otra manera, y se abrieron las puertas de la revolución industrial. En el siglo XVIII fue necesario construir faros para las flotas de buques de guerra con fines comerciales y coloniales de Inglaterra. Esto supuso un impulso para el desarrollo del sector del cemento.
En Inglaterra, las rocas de Eddystone frente al puerto de Plymouth suponían un problema constante y creaban un peligro durante la entrada y salida de los barcos del puerto. Con el fin de facilitar la navegación a los marineros mediante el uso de morteros capaces de endurecer bajo el agua, la construcción del faro de Eddystone, de unos 37 metros de altura, se completó entre 1757 y 1759; en la construcción de este faro se utilizó una mezcla de cal, arcilla y escoria de hierro que endurece bajo el agua. El faro se fijó a barras de hierro sujetas con plomo en agujeros perforados bajo el mar.
En 1756, el ingeniero inglés John Smeaton determinó que la caliza blanda que contenía una cierta proporción de arcilla constituía el mejor cemento. Unos 40 años después, James Parker produjo cemento a partir de caliza con un porcentaje de impurezas bastante alto en Inglaterra. La producción de cemento a partir de arcilla y caliza comenzó en 1813 en Francia por Louis Vicat y en 1822 en Inglaterra por James Frost.
El aglomerante producido por el francés Louis Vicat se utilizó en puentes y canales de hormigón. Vicat investigó la capacidad de endurecimiento bajo el agua de la cal hidráulica, de los aglomerantes obtenidos a partir de la mezcla de cal y puzolana y del cemento natural; produjo un aglomerante hidráulico sintético combinando sílice, alúmina y óxido de calcio en proporciones determinadas, y sus trabajos allanaron el camino a la producción del cemento portland utilizado hoy en día. Utilizó el aglomerante hidráulico que produjo en una de las pilas del puente de Souillac, cuya construcción se completó en 1822.
En 1824, en Leeds, Inglaterra, el albañil Joseph Aspdin calentó arcilla y caliza molidas hasta que la caliza se calcinó, y luego volvió a moler esta mezcla; al añadir agua al material molido y mezclarlo, observó que la mezcla endurecía al cabo de un tiempo. Aspdin dio a su cemento el nombre de «Portland Cement» y también obtuvo su patente, ya que se parecía a la piedra de las canteras explotadas en la región «Isle of Portland of the British Coast», utilizada comúnmente en la construcción de edificios en Inglaterra.
Se sabe que el edificio «Wakefield Arms», que aún se conserva hoy junto a la estación de Kirkgate en Inglaterra, fue construido con el aglomerante de Joseph Aspdin. La cocción a altas temperaturas y la molienda de las materias primas fueron realizadas posteriormente, en 1845, por el inglés Isaac Johnson.
En 1845, Isaac Johnson produjo el primer cemento portland moderno cociendo una mezcla de caliza y arcilla a una temperatura de 1400 °C-1500 °C, de forma similar a la utilizada hoy en día. Así se puso de manifiesto la importancia de la temperatura en la producción del cemento. A altas temperaturas se produjo la clinkerización y la formación de componentes del cemento muy reactivos y más resistentes.
En la primera mitad del siglo XIX, en América se empezó a necesitar cemento a gran escala. Un año después del inicio de la apertura del canal Erie en 1818, el ingeniero Canvass White determinó que el material de una cantera situada en Madison County, cerca de Nueva York, poseía de forma natural propiedades hidráulicas mediante un proceso sencillo. El cemento producido con este material se utilizó en la construcción del canal Erie.
En 1850, el estadounidense David O. Saylor obtuvo cemento natural moliendo la roca de cemento que había encontrado tras cocerla en el horno. Sin embargo, se constató que la resistencia del cemento natural producido en los Estados Unidos y en algunos otros países era más débil que la del cemento portland.
Mientras que en la década de 1850 la producción de cemento había alcanzado cierto nivel en Europa, en América no se produjo a gran escala hasta la década de 1870. El primer cemento se exportó de Europa a América en 1868, y en 1885 las exportaciones ascendieron a 3 millones de barriles.
La primera fábrica de cemento de los Estados Unidos fue fundada en 1871 por David O. Saylor. Saylor seleccionó y mezcló distintas formaciones de sus propias canteras, y en 1876 John K. Shinn produjo cemento portland en Filadelfia.
En América se encontraron formaciones adecuadas para la producción de cemento en Rosendale (Nueva York), Indiana, Kentucky y en el Lehigh Valley de Pensilvania. En 1874, Robert W. Lesley planteó la idea de que alimentar el horno con el material en forma de aglomerados reduciría los costes de mano de obra.
En 1880 se produjeron 42 millones de barriles de cemento al año en los Estados Unidos. En la década siguiente, la cantidad producida alcanzó los 335 millones de barriles. El factor más importante de este aumento fueron los avances en el horno rotatorio. Los hornos verticales, que se construían y, tras cada producción, se vaciaban y se volvían a llenar, dieron paso a los hornos rotatorios en los que era posible una producción continua.
Los hornos rotatorios comenzaron, en la década de 1890, a sustituir a los hornos de cuba verticales originales utilizados en la fabricación de la cal. En los hornos rotatorios, la transferencia de calor y el tratamiento térmico se realizaron en mejores condiciones, y se alcanzaron temperaturas más altas.
En 1885, el ingeniero inglés Frederick Ransome patentó el horno rotatorio de baja inclinación. En los hornos rotatorios inclinados, dado que el material que contienen se desplaza hacia la boca de salida gracias al movimiento de rotación del horno, aumentaron las capacidades de producción y se obtuvo un producto más homogéneo. Como consecuencia, los hornos verticales instalados fueron sustituidos por los nuevos hornos rotatorios inclinados.
A finales del siglo XIX se añadió yeso al clínker y se empezaron a utilizar molinos de bolas para la molienda.
En 1902, Thomas A. Edison instaló en los New Jersey Portland Cement Works, en los Estados Unidos, el horno más largo de la época, con una longitud de 45 metros. Junto con el uso de hornos largos, así como con los avances en los trituradores y molinos, también aumentaron las capacidades de las plantas de cemento.
La primera gran aplicación de ingeniería del cemento portland fue el túnel construido bajo el río Támesis en 1928. Se fundó una planta en Wakefield para producir el cemento portland destinado a este túnel.
En resumen; el nombre «Portland» proviene de una especie de piedra de construcción que presenta semejanza con el cemento portland, encontrada en los alrededores de Portland, en Inglaterra (Taylor 1992). Aunque no se sabe cuándo se descubrió el cemento portland, su patente fue obtenida en 1824 por J. Aspdin. Aunque las propiedades del cemento portland que produjo no eran tan buenas como las del cemento portland actual, debido a que no se aplicó un tratamiento térmico a temperatura suficiente, en la literatura debe considerarse a J. Aspdin como la persona que inventó el cemento.
En 1845, Isaac Johnson utilizó las mismas materias primas que las empleadas para el cemento portland actual.
La producción de cemento portland fue realizada de manera regular en Inglaterra, en Swanscombe, en 1825 por James Frost. Posteriormente, en 1855 se fundaron las primeras fábricas de cemento en Bélgica y Alemania. En los Estados Unidos, los trabajos sobre el cemento comenzaron en 1865 y la producción de cemento portland se realizó por primera vez en 1871. Después comenzaron trabajos regulares sobre la composición del cemento portland y, en 1906, la aplicación de los métodos de tratamiento térmico y de producción se asentó sobre bases científicas. En 1913 se utilizaron por primera vez los camiones de cemento de nuestra época en Baltimore, Maryland.
A partir de 1926 se realizaron numerosos estudios científicos sobre el cemento portland en distintos países y continuó el desarrollo del cemento hidráulico.
En la década de 1900, el uso del horno rotatorio para el tratamiento térmico, de los molinos de bolas para moler la materia prima y el clínker, así como la incorporación de aditivos, principalmente yeso, al clínker, permitieron importantes avances en la calidad del cemento y, con el tiempo, en el proceso de producción. Como resultado;
- en 1928, el sistema Lepol de Polysius,
- en 1930, el molino vertical de rodillos,
- en 1932, los ciclones de precalentamiento previos al horno,
- en 1937, el enfriador de parrilla Fuller,
- en 1950, los clasificadores mecánicos,
- en 1960, el primer sistema de bypass en el horno,
- en 1966, el sistema de precalcinación,
- en 1970, los clasificadores de alta eficiencia,
- en 1973, comenzaron a utilizarse en la producción de cemento los sistemas de calcinación con el aire terciario procedente del enfriador.
En los años posteriores se adoptaron en el sector del cemento nuevas disposiciones orientadas, sobre todo, a reducir los costes utilizando la totalidad del calor del sistema.
Preguntas frecuentes
¿Cuándo llegó el cemento a Turquía?
El cemento llegó a Turquía hacia finales del siglo XIX.
¿Cuándo y dónde se fundó la primera fábrica de cemento?
La primera fábrica de cemento del mundo se fundó en Inglaterra en 1824.
¿Cuándo se fundó la primera fábrica de cemento de Turquía?
La primera fábrica de cemento de Turquía se fundó en 1911 en Darıca (actualmente Kocaeli).
¿Quién inventó el hormigón?
El hormigón se desarrolló en la época de la antigua Roma, y el hormigón moderno fue inventado en el siglo XVIII por el ingeniero inglés Joseph Aspdin.
