SOBRE EL FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DE CEMENTOS

 

CONTENIDO
Se ofrece una panorámica sobre la hidratación de los cementos y su influencia, tanto por medio de controles de fabricación como también por las medidas de la técnica de elaboración. Además se comunica el estado de los conocimientos sobre la teoría del endurecimiento.

1.     INTRODUCCIÓN
El cemento es un conglomerante que endurece al aire y bajo el agua y que después del endurecimiento es resistente a aquélla, constando fundamentalmente de combinaciones de óxido de calcio con anhídrido silícico, óxido de aluminio y óxido de hierro y que cumple las condiciones de consistencia, resistencia a la interperie, y fraguado establecidos en las normas para cementos.

El material crudo o por lo menos el elemento importante de las sustancias de partida debe calentarse como mínimo hasta la sinterización.

La base de las explicaciones que siguen es, tanto sea necesaria, la nueva edición de la norma DIN 1164 de junio de 1970. Se emplean las abreviaturas corrientes en la química del cemento.

                                                C = CaO        Cs = CaSO4
                                                S = SiO2        M = MgO
                                                A = Al2O3      H = MgO
                                                F = Fe2O3

Los cementos normales según DIN 1164 y 4210 se caracterizan por los análisis que aparecen en la tabla 1

TABLA 1
COMPOSICIÓN QUÍMICA Y CONSTITUCIÓN DE LOS CEMENTOS NORMALES
Tabla01.JPG (45637 bytes)

 

El cemento portland consta de clínker de cementos portland y sulfatos de calcio. Desde el punto de vista químico el cemento portland es el conglomerante más rico en cal así como el más pobre en ácido silícico y alúmina. Mediante la sustitución de hasta 35 partes del clínker de cemento portland por la escoria siderúrgica obtenemos el cemento portland siderúrgico y por sustitución del 36 al 85% del clínker de cemento portland por escoria siderúrgica, el cemento de altos hornos. Esta creciente sustitución de clínker de cemento portland por escoria siderúrgica produce una reducción del contenido de CaO y un aumento de SiO2 y de Al2O3. El cemento trass consta de 20 a 40 partes de trass y de 80 a 60 partes de clínker de cemento portland, debiendo cumplir el trass la norma DIN 51043 de nueva elaboración.

Los cementos sobresulfatados ocupan una posición especial, estando compuestos fundamentalmente de escoria siderúrgica, sulfato cálcico y en el mejor de los casos de anhidrita, y un porcentaje de clínker inferior al 5%. Estos cementos, anteriormente llamados también cementos de escorias de yeso, se remontan a una patente de H. Kühl del año 1908, que comprobó la capacidad de combinación de los sulfatos con la escoria siderúrgica. Retrocesos en las resistencias unidos a composiciones químicas desfavorables de las escorias produjeron, sin embargo, en 1970 la anulación de esta norma. A continuación vamos a explicar brevemente cuáles son los componentes de los diferentes tipos de cemento.

1.1    CLÍNKER
Del mineral principal del clínker C3S -llamado también alita-, que se da en los clínkeres normales en cantidades de un 50 a  un 70% aproximadamente (fig. 1), se conocen 6 modificaciones diferentes (una romboédrica, dos monoclínicas y tres triclínicas), de las que tan sólo se han observado en los clínkeres una triclínica. una monoclínica y la romboédrica.

El C2S, llamado también belita, se presenta en cinco modificaciones diferentes (a, a' H, a' L , b y y-C2S). En el clínker se observan principalmente   b-C2S, raras veces  a-y   a'-C2S. El a-C2S es trigonal; las estructuras de las modificaciones  a'- no se conocen. El b-C2S es monoclínico y el y-C2S es rómbico. La belita produce un endurecimiento lento con una cesión de calor menor de 60 cal/g. Su proporción en el clínker asciende de 15 a 30%.

Fragua01.jpg (48757 bytes)
Fig. 1.-    Propiedades de los minerales del clínker.

Del C3A sólo se conoce una modificación cúbica y otra ortorrómbica que contiene Na2O. Se presenta en cantidades de 10% aproximadamente en los clínkeres normales y produce un endurecimiento rápido y un elevado calor de hidratación de 320 cal/g.

El C4AF es una fase de la serie C2F-C6A2F y cristaliza en forma ortorrómbica. En la química del cemento se le conoce también como Brownmillerita y existe en los clínkeres normales en proporciones de un 10% aproximadamente. Endurece lentamente, liberando un calor de hidratación de unas 100 cal/g. Hay que mencionar además el CaO libre, y el MgO, que no son deseables en el clínker, en proporción mayor del 2%.

1.2    ESCORIA SIDERÚRGICA
Las escorias siderúrgica básicas enfriadas rápidamente son adecuadas para la fabricación de cementos; son potencialmente hidráulicas, es decir que adicionándolas cal o sulfato cálcico, endurecen hidráulicamente. En la norma se considera como característica de calidad el cociente:

                            CaO + MgO + Al2O3       , que debe ser superior a 1.
                                        SiO2

La microscopía óptica especialmente importante para calcular el contenido de vidrio de la escoria siderúrgica. Respecto de las escorias adicionadas con sulfatos en el cemento sulfosiderúrgico exigen que el cociente que arriba se ha señalado sea igual o mayor que 1,6 y además el contenido de Al2O2 tiene que ser igual o superior al 13 %.

1.3    TRASS
Los trass son sustancias puzolánicas, entendiendo por puzolanicidad la capacidad reactiva con cal o cal sulfatos cálcicos en una disolución acuosa. La causa de esta capacidad reactiva es la composición química y mineralógica, además de la naturaleza física. La presencia de ácido silícico reactivo y de alúmina en las lavas volcánicas con una superficie específica elevada (un 15 hasta 60 m²/g según BET) explica su actividad puzolánica.

1.4    FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO
El fraguado indica de una forma aproximada el comienzo de la hidrólisis inicial, de la hidratación y el comienzo del endurecimiento del conglomerante. No tiene importancia para lo que trata este trabajo, que la norma DIN 1164 diga que el fraguado deberá iniciarse una hora después del amasado del cemento y que haya de finalizar después de 12 horas. El proceso del endurecimiento va unido al del fraguado, comprobándose normalmente con morteros en los que hay una parte de cemento y tres partes de arena, con una relación de a/c de 0,5.

2.    HIDRATACIÓN DE LOS CEMENTOS

2.1    CEMENTOS PORTLAND
Los procesos en la hidratación de cementos portland se representan esquemáticamente en la tabla 2.

TABLA 2
REACCIONES DURANTE EL FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DE CEMENTOS
Tabla02.JPG (60474 bytes)

La presencia de ettringitas hexagonales como consecuencia de la reacción de C3A o de alumino ferrito bicálcico, en presencia de hidróxido cálcico, ha sido ya observada por Schwiete y Niël, 30 segundos después del amasado del cemento portland con aguas. Es un hecho que el hidróxido cálcico y el sulfato cálcico se disuelven y se forman fases similares a la ettringita en las superficies de los gránulos que contienen aluminato o ferrito aluminato y debido a esto se inhibe la rápida reacción posterior de estos minerales del clínker. Ahora se determina la velocidad de reacción mediante la difusión del sulfatto cálcico a través de la envoltura de ettringita en las superficies que contienen aluminato cálcico a través de la envoltura de ettringita en las superficies que contienen aluminato cálcico y ferrito (fig. 2). Las capas de ettringita se desconchan debido a la presión de la cristalización que se origina de vez en cuando. Estas fisuras de la superficie se cierran mediante nuevas formaciones de ettringita. Sólo entonces reacciona el restante C3A o el ferrito aluminato cálcico a causa de la disolución de las primeras ettringitas formando monosulfato o sus cristales combinados con aluminato tetracálcico hidratrado y finalmente el ferrito aluminato. La figura 3 muestra la reacción de disolución de ettringita y la figura 4 esquemáticamente el desarrollo total de la reacción.

Fragua02.jpg (48418 bytes)

Fig. 2.- Estudio por microscopía electrónica del sistema
C3A-CaSO4- CaO-H2O.
Duración de la hidratación:  30 segundos.
Nomenclatura:  G= yeso, E = ettringita, C= portlandita,  M=C3ACsH12·
Mezcla de ensayo: 10 g C3A; 6 g CaSO4· 2H2O; 1,43 g CaO; 87,15 ml H2O (A/S =5).

 

                                                                               

                                                                                                                                                             Fragua03.JPG (65251 bytes)

 

 

 

Fig. 3.- Estudio por microscopía electrónica del sistema C3A-CaSO4 -CaO-H2O.
Duración de la hidratación: 24 Horas.

      
 

 

 

                                           

Fragua04.JPG (48472 bytes)

Fig 4.- Representación esquemática del retraso de fraguado debido a sulfatos.

 

Además se presenta aisladamente productos de hidratación cúbicos, cuya composición general se puede representar por la fórmula C3 (A,F) SnH 6-2n·

Paralelamente a las reacciones de hidratación ya mencionadas tiene lugar un desprendimiento de cal de los silicatos de calcio y la formación de silicatos de calcio hidratados. Se tratan de aquellos que tiene relaciones C/S mayores que 1,5 que en los libros se llaman CSH II, en contraposición con los que tienen una relación C/S 1,5 que hay en los cementos de hornos altos ricos en escoria siderúrgica y que se designan como CSH I. Estamos acostumbrados a designar estas fases de CHS como "fases similares a tobermorita".

Taylor hace referencia a que el CHS II en forma de fibras debería designarse más bien como fase similar a la genita (NC8S5H11), pues aquí existe una mayor relación estructural. (Fig. 5)    .

Fragua05.JPG (28057 bytes)
Fig. 5.- Representación idealizada de la difracción
de rayos X de fases CSH según Taylor.



Hay diversas hipótesis acerca del desarrollo de la hidratación de los silicatos cálcicos. Así Jong, Stein y Stevels suponen que el CSH II sólo se forma a través de dos etapas intermedias, mientras que por otra parte   Trojer supone como primera reacción una emisión de iones de calcio a la fase líquida y una simultánea formación de silicato cálcico hidratado en virtud de sus análisis por microscopía óptica. Nosotros tenemos más bien la idea de Trojer. Además es discutible la relación de C/S del CHS II, que ha sido hallada por Locher con un valor máximo de 2,30 y por Kantro, Brunauer y Weise con un valor máximo de 1,80. En ambas investigaciones se ha observado un factor de agua combinada en descenso y una relación C/S en aumento.

Estos datos son extremadamente problemáticos en nuestra opinión, pues tanto el método de extracción como también el método termogravimétrico para la determinación del hidróxido de clacio libre y la determinación difractográfica del silicato cálcico no transformado son problemáticos.

En análisis por espectroscopía infrarroja hallamos una relación máxima C/S de 2,90 con un factor de agua combinada de 0,5. En la transformación de MgSiF6 se pudieron adicionar, además de la cantidad de CaO necesaria para la saturación de cal, 6 moles de CaO, antes de presentarse el Ca(OH)2 libre, es decir, que después de estas pruebas incluso en condiciones normales de temperatura y presión, se contó con la formación de un C3S·aq. (Fig 6).


Fragua06.JPG (51785 bytes)

Fig. 6.-Registro por rayos X y microscopia electrónica del producto de reacción de hidróxido de calcio con solución de MgSiF6·

 

Para el enlace de agua, Locher así como Kantro, entre otros, señalan formas aproximadamente uniformes de la composición C 0,34 + n SHn ó C 0,5 + nSHn·

Por el contrario nosotros hemos hallado unos límites para el enlace del agua en las fases CSH, que depende de las condiciones de formación (Fig. 7). Además se puede hacer referencia al hecho de que según investigaciones de Copeland, Bodor, Chang y Weise pueden incorporarse iones del Al ³+  -, Fe³+ - y SO4² - - en lugar de iones de Si 4+ ó Ca² + - en la red de los silicatos de calcio hidratados. Además las investigaciones de Richartz muestran que se unen 0,35 % de iones de Cl- por medio del C3S. Nuestras propias investigaciones que han dado como resultado,  a una temperatura de 22ºC, valores de 1,65 % y 1,4 % de Cl- para el C3S y el B-C2S, respectivamente. Con temperaturas de hidratación comprendidas entre 80º y 150ºC hubo una reducción paulatina de ion Cl-. El efecto arriba mencionado, de la inclusión de ciertos iones en la red de los silicatos cálcicos hidratados, coincide perfectamente con nuestras observaciones en antiguos hormigones, en los que con frecuencia no hemos podido detectar aluminatos o ferrito aluminatos cálcicos hidratados, a los que, desde luego, se les encuentra en hormigones más recientes. Por consiguiente, hay que suponer que esas fases se eliminan en función del tiempo, al poder incluirse en los silicatos cálcicos hidratados.
Fragua07.JPG (33860 bytes)

 

 

Fig. 7.- Enlace de agua de las fases CSH en función de la relación C/S (A/S = 0,5).

 

La figura 8 expone una representación esquemática del desarrollo de la reacción, que se caracteriza por la formación inicial de ettringita procedente del C3A y de los ferrito aluminatos cálcicos junto a la formación de silicatos de calcio hidratados e hidróxido de calcio. Como segundo paso de la reacción se efectúa la formación de monofases con el consumo de más C3A, ferrito aluminato cálcico, hidróxido de calcio y nueva disolución delas ettringitas formadas inicialmente. Finalmente se forman además las fases de hidratación de los aluminatos tetracálcicos o fases de hidratación de ferrito aluminato tetracálcico junto a hidrogranates, que sin embargo sólo pueden observarse aisladamente en el cemento portland. La hidratación del CaO libre que se encuentra presente en el clínker de cemento portland, y del MgO no se mencionan aquí.

Fragua08.JPG (33289 bytes)

 

 

Fig. 8.- Hidratación del cemento portland

 

 

 

 

 

2.2     REACCIONES CON ESCORIA SIDERÚRGICA
Para el análisis de los productos de reacción en la hidratación de escorias siderúrgicas en presencia de hidróxido de calcio, o bien hidróxido de calcio, sulfato de calcio y agua, hemos hecho que reaccionen con hidróxido de calcio o bien hidróxido de calcio y sulfato de calcio, en solución acuosa. Hemos podido comprobar en este caso, como se puede ver en la tabla 2, que se forman los mismos productos de hidratación que nos son conocidos por la hidratación de los minerales del clínker de cemento portland. Además se forma una gelenita mono clínica hidratada, pero que sólo raras veces se puede comprobar su existencia en los cementos siderúrgicos hidratados. Es especialmente interesante con vistas al empleo de escoria siderúrgica rica en MgO para la preparación de cementos siderúrgicos, la reacción del vidrio de la composición de la kermanita en solución saturada de cal. Aquí se vio la formación de un C2MS2· aq, es decir que el MgO se puede incluir en los hidrosilicatos cálcicos. Además hay que hacer referencia al hecho de que el sulfuro de calcio que se presenta  en las escorias siderúrgicas se puede incluir en lugar del sulfato cálcico en las fases similares a ettringita o en las monofases, lo cual hemos podido comprobar experimentalmente.

Para resumir resulta por tanto que, en la hidratación de los cementos siderúrgicos se puede contar con los mismos productos de hidratación y también con el mismo proceso de formación que en el caso de los cementos protland, pudiendo desplazarse las fases que se presentan según sea  el tipo de escoria de que se trate.

2.3     REACCIONES CON TRASS O PUZOLANAS
Tampoco puede  informarse nada básicamente nuevo en la reacción de trass o puzolanas con cal o con cal y sulfato cálcico en soluciones acuosas (ver tabla 3). También se observan nuevamente productos de hidratación tipo ettringita como monofase, hidrosilicatos de calcio y aisladamente hidrogranates. El proceso de su formación es igualmente idéntico al que se ha descrito en la hidratación del cemento portland.

2.4     HIDRATACIÓN DE CEMENTO SOBRESULFATADO
Mientras que en el caso de los cementos arriba mencionados corresponde a la adición de sulfato ante todo a una función de retardador de fraguado, la adición de sulfato en el cemento sobresulfatado produce una aceleración de la hidratación; es decir, se forman también como en los demás cementos fases similares a la ettringita pero sin la formación de envoltura como consecuencia de un valor del pH inferior en la reacción, dado por la menor cantidad existente de clínker y por la superior velocidad de disolución de la alúmina a partir de la escoria siderúrgica. En este tipo de cementos se ve claramente que la intensa formación de ettringita, que se inicia al cabo de una hora de hidratación, coincide directamente con la adquisición de resistencia. Al cabo de 6 horas de hidratación se forman también en este cemento silicatos de calcio hidratados.

TABLA 3
REACCIONES PUZOLÁNICAS
Tabla03.JPG (51450 bytes)

Hay que señalar que este cemento no debería aplicarse en hormigón de construcción para edificios altos, pues es grande el peligro de carbonatación, con una disminución de resistencia ligada a ello, y un aumento de la porosidad con peligro para las armaduras.

3     ANÁLISIS DEL PROCESO DE HIDRATACIÓN

El proceso de la hidratación se puede investigar según los más diversos métodos. Métodos directos son los estudios del aumento de resistencia, del calor de hidratación, de la superficie específica, del enlace de agua, de la retracción de la densidad.

Otros métodos como el desprendimiento de cal, y la detección difractométrica de las sustancias que no han reaccionado, son sólo parcialmente adecuados para averiguar el grado de hidratación. Vamos a abordar más concretamente algunos de estos procedimientos.

En los últimos tiempos, con métodos directos, hemos estudiado el proceso de hidratación midiendo la reducción de la densidad, a fin de comprobar, partiendo de este dato, el grado medio de hidratación del cemento portland analizado.Somos de la opinión de que con este método se pueden obtener valores muy exactos del mencionado grado de hidratación.

Sería también interesante medir la retracción. Esta se caracteriza por el hecho de que los productos de hidratación obtienen un volumen más reducido que las fases anhidras de partida más el agua necesaria para la hidratación.

Es menos adecuada la medida de la superficie específica para caracterizar el grado de hidratación, pues durante el desarrollo de la hidratación hay que contar con envejecimientos, de modo que apenas resulta posible una conclusión  del problema planteado.

De los métodos para  interpretar parcialmente los desarrollos de la reacción es especialmente interesante el desprendimiento de cal o la combinación de la cal en la hidratación. Los métodos para determinar el hidróxido de calcio libre, por ejemplo, por la eliminación con éster acético o mediante análisis termogravimétricos, proporcionan a nuestro parecer, valores demasiado elevados del hidróxido de calcio libre y por ello sólo han de aplicarse condicionalmente. Compartimos más bien la opinión de que es más exacto averiguar el hidróxido de calcio libre por medio del análisis de espectroscopía infrarroja o por difractometría de rayos X.

Para estudiar reacciones parciales, se provocan combinaciones con sulfatos. En este caso se determina el sulfato de calcio libre por el método de espectroscopía infrarroja. Con este método es posible determinar la anhidrita junto al dihidrato y semihidrato.

En la determinación difractoria de las fases que permanecen sin reaccionar hay que señalar el hecho de que este método sólo proporciona valores adecuados si las relaciones de concentración del material no hidratado corresponden a las del hidratado. Sobre esto hemos hecho ciertas consideraciones y en nuestros trabajos hemos amasado el material no hidratado con un volumen de resina artifical, que correspondía al volumen del agua, que hemos añadido en la hidratación, de manera que los volúmenes de las pastas del material no hidratado son iguales a las del hidratado. Se emplea un patrón interno.

4.     RETARDO Y ACELERACIÓN DE LA HIDRATACIÓN

En la práctica interesa cómo se pueden retrasar o acelerar las reacciones de hidratación. El retraso sirve la mayor parte de las veces, para crear elementos constructivos compactos, es decir, sin juntas y además de esto para disminuir las tensiones térmicas en los elementos de construcción. La aceleración sirve para un progreso rápido en la edificación tanto en la fabricación de piezas prefabricadas como de no prefabricadas.

4.1 MEDIDAS DE FABRICACIÓN

4.1.1 Composición del clínker y de la escoria siderúrugica
Como se ha mencionado anteriormente, cada unos de los minerales del clínker tiene propiedades muy diferentes, es decir, los ricos en C3A y C3S producirán un cemento más reactivo y los ricos en C2S y también en ferrito aluminato cálcico producirán un cemento con menor tendencia a la reacción.

La composición de la escoria siderúrgica sólo se puede modificar algo, si el encargado del horno alto tiene en cuenta los intereses de la fabricación de cemento y fabrica una escoria rica en cal y en alúmina para lograr mayores resistencias. Normalmente, no se da este caso e interesa escoger y aplicar una escoria siderúrgica adecuada.

4.1.2 Tipo y volumen del sulfato
El tipo de sulfato así como la cantidad empleada en la molturación de los cementos es de gran influencia sobre el desarrollo de la reacción, especialmente al comienzo de la hidratación. Por una parte hay que procurar que halla suficientes iones sulfato en la solución, de este modo se puede formar una envoltura de ettringita; por otra parte, con una dosificación demasiado elevada de sulfato la formación de ettringita no concluye con el fin del fraguado, sino que se va formando topoquímicamente ettringita incluso después del endurecimiento ocurriendo esto, con cementos según DIN DIN 1164 pero no con cemento de escoria siderúrgica; de este modo, las resistencias iniciales disminuyen debido a una evolución lenta en el proceso de la hidratación. Además según nuestras investigaciones por la adición de sulfatos se acelera asimismo la hidratación del C3S y del B-C2S especialmente durante el primer día de hidratación.

Hemos hallado que lo más es que se trabaje con mezclas de dihidrato y anhidrita, debiendo alcanzar el porcentaje de yeso sólo a un máximo del 30%. Los cementos ricos en escoria y pobres en C3A, es decir los cementos de mayor resistencia a los sulfatos, pueden molturarse en nuestra opinión con anhidrita pura. El empleo de combinaciones de anhidrita pura o mezclada con dihidrato tienen dos ventajas:

a)     se obtienen resistencia mejores, y
b)    al sustituir parcialmente el dihidrato por la anhidrita se evita el falso fraguado, que se presenta       cuando se deshidrata el yeso a hemihidrato, en molinos que producen un exceso de temperatura,         y este hemihidrato al hidratarse produce inmediatamente una formación de dihidrato, que provoca      un fraguado rápido de la pasta de cemento.

4.1.3      Aditivos
Es posible acelerar la hidratación de los cementos también mediante aditivos especiales. El más conocido es el cloruro de calcio; pero que a causa del peligro que ocasiona a las armaduras no debe de usarse, como regla general. Por nuestras investigaciones se ha podido comprobar que la influencia del cloruro de calcio en la reducción de la concentración de sulfato cálcico y del valor del pH, produce un aumento en la concentración de iones aluminatos, con lo cual se reduce la formación de ettringita, o incluso se impide esa formación.

Además de esto también Kurczyk, Schwiete y otros han mostrado que el cloruro de calcio acelera asimismo la hidratación del C3S y del B-C3S y produce una formación de silicatos de calcio hidratados de mayor finura. La misma aceleración de la reacción no ha encontrado hasta ahora explicación alguna.

4.1.4 Finura de molienda
Se pueden variar las resistencias en un amplio margen mediante modificación de la finura de molienda. Esta se analiza o bien sobre el residuo del tamizado o a partir del valor Blaine. Así por ejemplo es posible fabricar todas las clases de calidad de cemento mediante modificación de la molturación del cemento entre 2.200 y  6.000 Blaine con un clínker de cemento portland de calidad media.

4.2     ELABORACIÓN Y TRATAMIENTO POSTERIOR
Las resistencias que se tratan de obtener dependen en gran parte de la elaboración y del tratamiento posterior del hormigón. En primer lugar tienen una gran importancia el tipo y calidad de cemento, el tipo y distribución del árido, la relación a/c y la compactación. En este caso debe recalcarse que las resistencias que han de esperarse son una función de la relación a/c del hormigón, reduciéndose con el aumento de ese factor. Interesa fabricar un hormigón con la menor cantidad de agua posible y compactar lo máximo factible. Mediante la aplicación de aditivos plastificantes se puede provocar, por ejemplo, una disminución posterior del contenido de agua.

Pueden aplicarse a pie de obra productos aceleradores como el cloruro de calcio, o productos retardadores, como por ejemplo el sílicofluoruro de magnesio, o ciertas sustancias orgánicas. Se ha hablado ya sobre la influencia del acelerador. En la acción de los retardadores debemos distinguir aquellos que mediante formación de sedimientos sobre la superficie de las partículas de cemento, producen un retardo de la hidratación y aquellos otros que mediante las reacciones de adición la retardan. Hemos hallado que, por ejemplo, con la aplicación de sílicofluoruro de magnesio para el retraso de la hidratación de cementos, el sedimiento que se forma con el agua de cal tiene una superficie tan elevada como el cemento que no ha reaccionado, de manera que de ello se ha podido deducir que se efectúa por el sedimento un apantallamiento de la superficie de los componentes del clínker o de sus productos de reacción. Tanto con las hexitas como con los ácidos carboxilos se ha llegado, por experimentaciones propias, a la conclusión de que se adicionan a las superficies y retrasan por ello las reacciones.

Además de estos métodos el desarrollo de la resistencia puede acelerarse mediante tratamientos térmicos adecuados con presión normal y también con presión elevada. Hay que tener cuidado con que la obra o el elemento de construcción, se mantenga durante el tiempo necesario y con suficiente humedad, para que se evite un secado demasiado rápido,   que impediría el fraguado deseado.

5.     CAUSAS DEL FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DE CEMENTOS AMASADOS CON          AGUA

Lo que intriga al químico especializado es la cuestión de la causa del fraguado y endurecimiento de cementos, después de que han sido mezclados con agua.

Le Chatelier presenta como causa del fraguado y endurecimiento, la cristalización de los productos de hidratación de nueva formación, que se pueden observarse por ejemplo, perfectamente bien en el caso de conglomerantes que basan su fraguado en productos de reacción del yeso (fig. 9). Esta teoría se ha introducido en la literatura como teoría del cristal.

Fragua09.JPG (52229 bytes)

 

Fig. 9.- Yeso hemihidrato endurecido

 

A esta teoría Michaelis ha opuesto su teoría coloidal, según la cual el estado de división del cemento hidratado es decisivo para la formación de las resistencias (fig. 10). En este caso Michaelis no excluye con seguridad la formación de productos de hidratación cristalinos.

Fragua10.JPG (58658 bytes)

 

 

 

Fig. 10.- Registro REM de una pasta de cemento portland con duración creciente de almacenamiento. a/c = 0,3%; temperatura = 20ºC.

 

 

 

 

 

En relación con el tipo de unión en la pasta de cemento endurecido son especialmente interesantes los análisis se Soroka y Sereda en cuerpos moldeados compactados en forma isostática(fig. 11).

Fragua11.JPG (39178 bytes)
Fig. 11.- Módulo E de probetas de yeso o cemento confeccionados
de diferente forma en función de la porosidad total.

Se estudió el módulo E de pasta normal de cemento, de pasta  de cemento compactada isostáticamente y de productos de hidratación de cemento compactados isostáticamente, que fueron confeccionados con agua en exceso, a través de toda su porosidad, obteniéndose una función que satisface la fórmula:

                                                    E= E0 · e -bP 

En esta función E significa el módulo E hallado en función de la porosidad y E0 el módulo E con cero por ciento de porosidad total; b es una constante y P la porosidad total.

La presencia de un E0 uniforme y de una constante b válida en amplios márgenes según el diferente tratamiento y fabricación de las muestras, sólo puede explicarse debido al hecho de que la adhesión o las fuerzas van der Waals son la causa del fraguado y endurecimiento. Son completamente diferentes las circunstancias, si se efectúan investigaciones análogas con yesos. Aquí el E0 teórico de los hemihidratos hidratados normalmente se encuentra bastante más elevado que el E0 de las probetas de pasta de yeso hidratadas con agua en exceso y presentadas posteriormente en forma isostática. Esto significa que los enlaces se destruyen por el prensado isostático.

De estas investigaciones se deduce que el enlace químico en la pasta de cemento endurecido sólo puede desarrollar un papel reducido, subordinado, mientras que en el endurecimiento de los yesos tiene una importancia decisiva. Si se sigue teniendo en cuenta que las probetas de cementos ya secas tienen una resistencia superior a la de las húmedas, hay que sacar la conclusión de que el agua perjudica fundamentalmente la cohesión entre las partículas y reduce las resistencias.

De aquí se sigue que hay que atribuir el fraguado y el endurecimiento de los cementos casi exclusivamente a las fuerzas de adhesión de las partículas entre sí.

Para resumir se puede decir, por lo tanto, que el fraguado y endurecimiento de los cementos debe atribuirse a su capacidad de reacción con el agua al formar un gran  volumen de hidrato con una gran superficie específica, lo que aumenta la adhesión entre las partículas.                  


| Contactar a Humboldt |