El cemento Portland es un cemento hidráulico, por lo tanto, deriva su fuerza de las reacciones químicas entre el cemento y el agua. El proceso se conoce como hidratación.
El cemento consta de los siguientes compuestos principales (ver composición del cemento):
Silicato tricálcico, C3S
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Silicato dicálcico, C2S
Aluminato tricálcico, C3A
Aluminoferrita de tetracalcio, C4AF
Yeso, CSH2
Reacciones químicas durante la hidratación.
Cuando se agrega agua al cemento, ocurre la siguiente serie de reacciones:
El aluminato tricálcico reacciona con el yeso en presencia de agua para producir ettringita y calor:
Aluminato tricálcico + yeso + agua ® ettringita + calor
C3A + 3CSH2 + 26H ® C6AS3H32, DH = 207 cal / g
La ettringita consiste en cristales largos que solo son estables en una solución con yeso. El compuesto no contribuye a la resistencia del pegamento de cemento.
El silicato tricálcico (alita) se hidrata para producir hidratos de silicato de calcio, cal y calor:
Silicato tricálcico + agua ® silicato cálcico hidrato + cal + calor
2C3S + 6H ® C3S2H3 + 3CH, DH = 120 cal / g
El CSH tiene una estructura de fibra de red corta que contribuye en gran medida a la resistencia inicial del pegamento de cemento.
Una vez que se utiliza todo el yeso según la reacción (i), la ettringita se vuelve inestable y reacciona con cualquier aluminato tricálcico restante para formar cristales de hidrato de aluminato monosulfato:
Aluminato tricálcico + ettringita + hidrato de aluminato monosulfato de agua ®
2C3A + 3 C6AS3H32 + 22H ® 3C4ASH18,
Los cristales de monosulfato solo son estables en una solución deficiente en sulfato. En presencia de sulfatos, los cristales recurren nuevamente a la ettringita, cuyos cristales son dos veces y media más grandes que el monosulfato. Es este aumento de tamaño lo que causa grietas cuando el cemento está sujeto a un ataque de sulfato.
La belita (silicato dicálcico) también se hidrata para formar hidratos de silicato de calcio y calor:
Silicatos dicálcicos + agua ® silicato cálcico hidrato + cal
C2S + 4H ® C3S2H3 + CH, DH = 62 cal / g
Como en la reacción (ii), los hidratos de silicato de calcio contribuyen a la resistencia de la pasta de cemento. Esta reacción genera menos calor y avanza a una velocidad más lenta, lo que significa que la contribución de C2S a la resistencia de la pasta de cemento será lenta inicialmente. Sin embargo, este compuesto es responsable de la resistencia a largo plazo del concreto de cemento portland.
La ferrita sufre dos reacciones progresivas con el yeso:
En la primera de las reacciones, la ettringita reacciona con el yeso y el agua para formar hidróxidos de ettringita, cal y alúmina, es decir
Ferrita + yeso + agua ® ettringita + hidróxido de aluminio férrico + cal
C4AF + 3CSH2 + 3H ® C6 (A, F) S3H32 + (A, F) H3 + CH
la ferrita reacciona además con la ettringita formada anteriormente para producir granates, es decir
Granate ferrita + ettringita + lima + agua ®
C4AF + C6 (A, F) S3H32 + 2CH + 23H ® 3C4 (A, F) SH18 + (A, F) H3
Los granates solo ocupan espacio y no contribuyen de ninguna manera a la resistencia de la pasta de cemento.
La pasta de cemento endurecido
La pasta endurecida consiste en lo siguiente:
Ettringita – 15 a 20%
Hidratos de silicato de calcio, CSH – 50 a 60%
Hidróxido de calcio (cal) – 20 a 25%
Vacíos: del 5 al 6% (en forma de huecos capilares y aire atrapado y atrapado)
Conclusión
Por lo tanto, se puede ver que cada uno de los compuestos en el cemento tiene un papel que desempeñar en el proceso de hidratación. Al cambiar la proporción de cada uno de los compuestos constituyentes en el cemento (y otros factores, como el tamaño de grano), es posible hacer diferentes tipos de cemento para satisfacer varias necesidades de construcción y el medio ambiente. Cuanto mejor sea la hidratación del cemento, mejor será la resistencia del hormigón y, cuanto más fino sea el tamaño de partícula, más será la superficie específica y, por lo tanto, más calor de hidratación.
