Comprendiendo el Cemento Portland: Fabricación y Propiedades Clave

Fabricación y Propiedades del Cemento Portland

Una vez frío, el clinker se muele en molinos tubulares para producir un polvo fino que pueda hidratarse fácil y lo más completamente posible al mezclarlo con el agua. Para corregir las dificultades del A3C (tricalcium aluminate), cuyo fraguado es rapidísimo, se alimentan los molinos junto con piedra de yeso en la proporción necesaria. El tope legal para adiciones de yeso indica que el cemento debe contener menos del 4% de SO3 analítico.

Importancia de la Finura del Cemento

La finura del cemento es crucial, por su influencia en el desarrollo de las principales propiedades físicas y mecánicas de las pastas, morteros y hormigones. Afecta a la velocidad de fraguado y endurecimiento, estabilidad, retracción, entre otras. Los cementos finos presentan inconvenientes como un mayor gasto de molienda y más sensibilidad a la meteorización.

El material obtenido en esta molienda es el CP (Cemento Portland). En esta última fase de molienda del clinker se pueden introducir otros constituyentes como filler calcáreos, escorias de altos hornos, puzolanas, cenizas volantes, para obtener cementos con características especiales.

Avances en el Proceso de Fabricación

Se ha avanzado en el proceso de fabricación, reduciendo el consumo energético y los costos, y mejorando la uniformidad y calidad de los productos obtenidos. El control con ordenadores y circuitos de televisión ha mejorado la cocción. Los sistemas rápidos de análisis por espectrografía, difracción de rayos X, plasma, etc., permiten obtener resultados en solo minutos.

Propiedades del Cemento Portland Según Componentes Principales

Velocidad de Hidratación

El S3C (tricalcium silicate) y el A4C (tetracalcium aluminoferrite) reaccionan con el agua rápidamente, y el S2C (dicalcium silicate) más lentamente. El componente que hay que tener más presente es el A3C, porque su velocidad de reacción es instantánea, lo que implica que la pasta de hormigón y agua fragüe enseguida, antes de dar tiempo a su puesta en obra, inutilizándola. Este fraguado relámpago se corrige incorporando yeso al cemento.

En presencia de CaSO4·2H2O (yeso), baja la solubilidad de los aluminatos anhidros, ya que ahora la solución madre contiene cal y yeso en solución. Así, la formación de aluminatos hidratados se cambia por una combinación más estable: sulfoaluminato cálcico (sal de Candlot). Si existe yeso suficiente, el A3C desaparece bajo esta forma, la cual es expansiva. Sin embargo, su acción es reducida e inofensiva en el producto hidratado porque el yeso se añade al cemento en proporciones limitadas y la mayor parte de estas reacciones se dan en el fraguado, antes de consolidarse la pasta.

Calor de Hidratación

Los componentes que desprenden más calor en el proceso de hidratación son el S3C y el A3C. Esto es perjudicial si se construyen obras de gran masa, por el elevado ritmo de construcción que hace que se produzca en la unidad de tiempo más calor del que se puede perder. Al enfriarse con el tiempo, la masa rígida se agrieta por contracción y se debilita.

Para hacer presas se necesitarán cementos en los que predomine el S2C (cementos fríos). Para pistas no perjudica que el cemento sea caliente, porque la relación superficie/volumen de la obra permite la eliminación del calor. Además, querer que la puesta en servicio pueda hacerse cuanto antes aconseja cementos que, como los tricalcicos, desarrollen pronto su resistencia.

Resistencias Mecánicas

Los silicatos son los componentes principales y decisivos para las cualidades mecánico-resistentes del cemento. En una determinada proporción de silicatos, a más tricalcico (S3C), más pronto dará resistencia el hormigón y más pronto se podrá poner en servicio la obra. Al mes de amasado, un producto tricalcico ha desarrollado ya casi toda su resistencia definitiva, y uno bicalcico tarda varios meses en tenerla.

La aplicación del cemento es la fabricación de morteros y hormigones destinados a hacer elementos en los que la propiedad más interesante es su resistencia mecánica. Los cementos y los áridos tienen que conferírsela, y esto lo logran porque dan lugar, al amasarlos con agua, a pastas que endurecen y tienen una gran cohesión. Su porosidad va bajando y sus resistencias mecánicas crecen con el tiempo, presentando una gran adherencia con los áridos que componen el mortero y el hormigón.

La determinación de las resistencias de un cemento se hace a las edades de 7 y 28 días. En estas pruebas se determina la resistencia del cemento a la flexotracción y a la compresión.

En las resistencias mecánicas proporcionadas por un cemento influyen:

• Su constitución mineralógica.
• La relación agua/cemento empleada.
• El empleo de aditivos.
• La finura de molido, siendo esta última importante porque el desarrollo de resistencias es una función lineal, dentro de unos límites, de la superficie específica del cemento.