Cemento Portland: Composición, Fabricación del Clinker y Propiedades Esenciales

Cemento: Composición y Propiedades

Introducción al Cemento

El cemento es un conglomerante hidráulico capaz de unir fragmentos o sustancias y dar cohesión al conjunto, originando nuevos compuestos. Tiene la capacidad de fraguar y endurecer en contacto con aire y agua, y es estable en presencia de esta última.

Se obtiene a partir de una mezcla de materiales pétreos naturales (principalmente calizas y arcillas) sometida a la acción del calor. Tras su molienda, da lugar a un polvo que, mezclado con agua, forma una pasta moldeable capaz de fraguar y endurecer, adquiriendo la propiedad de adherirse a otros materiales.

Componentes del Cemento Comercial

Los cementos comerciales están constituidos generalmente por:

• Clinker de cemento Portland.
• Clinker de cemento de aluminato de cal.
• Adiciones (materiales que forman parte del Clinker o se añaden posteriormente).
• Sulfato de calcio (yeso).
• Aditivos.

Clinker de Cemento

Fabricación del Clinker

El proceso de fabricación del clinker generalmente sigue estos pasos:

1. Extracción y trituración de la caliza.
2. Adición de arcilla y molienda conjunta para obtener un polvo fino (crudo).
3. Introducción del crudo en un horno rotatorio donde se somete a altas temperaturas (entre 600°C y 1450°C). Se requiere más cal que arcilla. Cuanto más largo sea el horno, más largo será el proceso y, generalmente, de mejor calidad será el clinker resultante.
4. Formación del clinker de cemento Portland (compuesto principalmente por silicatos cálcicos, como SiO₂·(CaO)₂ y otros).
5. Enfriamiento rápido del clinker.
6. Molienda fina del clinker.
7. Adición de yeso (sulfato de calcio) para regular el fraguado y otras posibles adiciones para modificar propiedades.

El resultado final de este proceso es el cemento.

Clinker de Cemento Portland (K)

Reacciones de Fraguado y Endurecimiento

Estas reacciones se producen simultáneamente y de forma progresiva hasta el agotamiento del cemento anhidro o hasta la pérdida del agua de amasado. Las etapas principales son:

• Mojado superficial de cada grano de cemento.
• Disoluciones e hidrólisis de los componentes del clinker.
• Reacciones de hidratación con desprendimiento de calor (exotérmicas).
• Precipitación y cristalización de los productos de hidratación.
• Consolidación y endurecimiento de la pasta.

El fraguado del cemento se define como el periodo comprendido entre el comienzo de la pérdida de plasticidad de la pasta húmeda y el inicio del endurecimiento significativo.

El agua añadida (aproximadamente 50-70% en peso del cemento) se distribuye en la pasta endurecida como:

• Agua combinada químicamente (forma parte de los hidratos).
• Agua ocluida (adherida físicamente a las superficies de los hidratos).
• Agua evaporable capilar (en los poros de la pasta).

Características de la Pasta de Cemento Endurecida

Estabilidad Química

El proceso de hidratación del cemento es, en gran medida, irreversible, lo que confiere estabilidad química a la pasta endurecida en condiciones normales.

Variaciones de Volumen por Cambios de Temperatura

Las reacciones de hidratación tienen un carácter exotérmico, provocando un desprendimiento de calor. Esto causa una dilatación inicial de la pasta, seguida de una retracción al enfriarse a la temperatura ambiente.

Variaciones de Volumen por Efecto del Agua (Retracción Hidráulica)

Cuando se utiliza más agua de la estrictamente necesaria para la hidratación completa del cemento, el agua sobrante ocupa espacio en los poros capilares. Si esta agua se evapora posteriormente (en ambiente seco), se produce una reducción del volumen de la pasta, conocida como retracción por secado o retracción hidráulica. Una pasta de cemento mantenida sumergida en agua no experimenta esta retracción por secado.

Velocidad de Fraguado y Endurecimiento

La velocidad a la que la pasta fragua y desarrolla su resistencia (endurecimiento) depende de varios factores:

• Características del cemento:
  • Composición química del clinker.
  • Finura de la molienda: Cuanto más pequeño sea el radio del grano de cemento (mayor finura), la hidratación ocurre más rápidamente y en mayor profundidad inicial.
• (Otros factores como la temperatura ambiente, la relación agua/cemento, y la presencia de aditivos también influyen, aunque no se detallan en el texto original).