Óxidos principales, clinker y propiedades del cemento: química y hidratación

Óxidos principales que aportan las materias primas al cemento y reacción para dar el compuesto del clínker

Materias primas: calizas, margas, arcillas e impurezas que aportan SiO₂, Al₂O₃, CaO y Fe₂O₃.

Reacciones:

• 900 °C: calcinación (descomposición de las arcillas).
• 1200 °C: clinkerización (reaccionan los óxidos para dar los compuestos del clínker: C₂S, C₃S, C₃A y C₄AF).

Influencia de los constituyentes del clínker en las propiedades del cemento

• Propiedades hidráulicas: C₂S y C₃S.
• Fundentes: mezclados con el crudo permiten obtenerlo a menor temperatura.
• Calor de hidratación: desprendido en el orden C₃A > C₃S > C₂S debido a la hidrólisis de la pasta de cemento.
• Retracción-expansión: no se debe a los constituyentes principales.
• Resistencia al hielo-deshielo: baja en cementos con mucho C₃A.
• Agentes externos: el ion SO₄^2- reacciona con el C₃A expandiendo la masa.
• Resistencia mecánica: producida por C₃S y C₂S a largo plazo; C₃A y C₄AF aportan poca resistencia.
• Durabilidad (resistencia química): evitar C₃A en cementos en contacto con aguas sulfatadas; el C₃S es vulnerable al CO₂; añadir sílice y hierro aumenta la resistencia química.

Hidratación de los componentes del clínker

Teoría cristaloide: los constituyentes del cemento entran en solución según su solubilidad (anhidro > hidratado), luego cristalizan y así sucesivamente.

Teoría coloide: los elementos coloidales en forma de gel rellenan los huecos y van hidratando la pasta.

• Silicato tricálcico: hidratación rápida.
• Silicato bicálcico: hidratación en semanas.
• Aluminato tricálcico y ferrito aluminato tetracálcico: hidratación rápida.
• Cal y magnesia: depende de la temperatura.

Fraguado

Fenómeno por el cual una masa deformable se vuelve rígida.

Falso fraguado

A temperatura alta el yeso se deshidrata y, al mezclarse con agua, se produce una hidratación rápida que hace engarrotarse la pasta.

Fraguado relámpago

Hidratación del aluminato tricálcico, con desprendimiento de calor.

Retracción

Contracción de la pasta durante el fraguado. No depende de los constituyentes sino del tamaño del grano: es mayor cuanto más fino es el grano.

Expansión

Se debe a la hidratación de CaO y MgO y a las reacciones del C₃A con el yeso, dando sal de Candlot.

Endurecimiento

Adquisición de resistencias mecánicas por cohesión de los cristales formados.

Factores que alteran el endurecimiento

• Exceso de agua: perjudica.
• Materias orgánicas e inorgánicas: perjudican.
• Frío: retrasa el endurecimiento.
• Calor: acelera el endurecimiento.

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