Reacciones de Hidratación en Cemento: Efectos y Causas

¿Qué componente mineralógico del cemento reacciona primero con el agua?

El yeso dihidratado actúa como regulador de fraguado. Se mezcla el cemento Portland con agua; los silicatos y aluminatos se hidratan, dando lugar a una masa rígida y dura (cemento endurecido). La hidratación se produce mediante una reacción con el agua y la hidrólisis. El primer componente que reacciona con el agua en el fraguado es el C₃S, aunque el C₃A es más activo que el C₃S. Las primeras reacciones de la hidratación se producen en la superficie de los granos, dando lugar a precipitaciones de productos hidratados y nuevas disoluciones, produciendo sobresaturación, lo que reduce la movilidad de los granos y aumenta su viscosidad.

Efectos de la reacción de hidratación del CaSO₄ + 2H₂O y C₃A según la fase de hidratación del cemento

Para evitar el fraguado relámpago, se añade al clinker yeso dihidratado, que disminuye la solubilidad del aluminato anhidro al existir ahora cal y yeso en disolución. El yeso y el aluminato reaccionan, dando sulfoaluminato de calcio hidratado insoluble. Puede formarse aluminato tricalcico hidratado, aunque es probable que se forme a partir del sulfoaluminato metaestable pobre en sulfato. El aluminato hidratado es estable y en la pasta de cemento hidratada aparece en forma de cristales cúbicos: C₃A + 6H = C₃AH₆.

1.- Fenómenos y causas que originan un falso fraguado

2.- Durante el almacenaje de cemento, ¿puede originarse un falso fraguado? ¿Mediante qué proceso se genera?

El falso fraguado se produce como consecuencia de una accidental deshidratación parcial del yeso al molerlo con el clinker, provocada por una elevación excesiva de la temperatura de la mezcla. El yeso dihidratado se transforma en yeso hemihidratado y, al mezclar el cemento con el agua, se produce una hidratación rápida de estos últimos sulfatos, agarrotándose la pasta. Otra causa puede ser la carbonatación de los alcalis durante el almacenaje. Los carbonatos alcalinos formados reaccionan con la portlandita liberada en la hidratación del silicato tricalcico, formando carbonato cálcico que rigidiza la pasta.

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Se produce una prematura rigidización de la pasta de cemento a los pocos minutos del amasado. No hay desprendimiento de calor y la masa recupera su plasticidad inicial si se sigue amasando. No debe adicionarse más agua a la mezcla por peligro de reducir las resistencias mecánicas de los morteros y hormigones.

1.- Indicar los cambios volumétricos en el fraguado del cemento, su proceso de formación en el tiempo y en qué consisten

2.- Expresar e indicar el porqué de los cambios volumétricos en el proceso de transición de la pasta de cemento hasta alcanzar su estado pseudosólido

La expansión puede estar motivada por la hidratación de la cal o el exceso de contenido en yeso. La hidratación de la cal y la de la magnesia dan lugar a hidróxidos que ocupan un volumen superior al de los óxidos originales, provocando expansiones que, de acuerdo con la temperatura de cocción y la velocidad de enfriamiento del clinker, pueden ser lentas. Si la hidratación tiene lugar antes del fin de fraguado del cemento, los efectos de la expansión no se traducirán en tensiones, pero si esta ocurre después del fraguado, las tensiones que se originan producirán la disgregación de la pasta en los morteros y hormigones.

Elementos básicos del cemento de horno alto

¿Qué sucede con su calor de hidratación para que sea menor en los cementos Portland y cuál es su causa?

Las escorias granuladas y el sulfato de calcio en forma de anhidrita pueden llevar cal, clinker o Portland. Al no existir aluminato ni silicato tricalcico en las escorias, el calor desarrollado en la hidratación será menor que en los cementos Portland.

Cementos de bajo calor de hidratación: concepto y resistencia a compresión a los 28 días

El cemento Portland se hidrata de acuerdo a unas reacciones que dan lugar a una elevación de la temperatura, que puede ser alta, llegando a suponer problemas de figuración en los hormigones. Para evitar este problema, se utilizan cementos cuyo calor de hidratación es bajo. A los 28 días, el hormigón alcanza la resistencia prevista. La menor velocidad de hidratación y desarrollo de calor se debe al menor contenido de C₃S y C₃A en el clinker.

Aluminosis

Los cementos de aluminato de calcio han sufrido un fuerte revés en sus aplicaciones al observarse una regresión muy fuerte en las resistencias con el paso del tiempo, si las temperaturas son altas y el ambiente húmedo. La regresión de resistencia de estos cementos se atribuye a un aumento de la porosidad interna de la pasta endurecida, debido al paso de los cristales hexagonales de aluminato de calcio hidratado a cristales cúbicos de menor volumen. Esto depende mucho de la relación agua-cemento del amasado y de la temperatura a las 24 horas contadas desde la puesta en obra. Los curados deben ser muy intensos durante las primeras 24 horas debido a la gran velocidad de desprendimiento de calor. Estos cementos no deben emplearse con temperatura ambiente superior a 30ºC.