Resistencia y Estabilidad de Volumen en Cementos: Factores Clave

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Resistencia a Agentes Físicos y Químicos

Las resistencias mecánicas de un cemento son de capital importancia en la mayor parte de las obras. En algunos casos, las obras se exponen a agentes externos y su comportamiento frente a ellos es crucial.

Agentes Físicos

Los más destacados son el hielo y la cristalización de sales. La causa de la acción destructiva es la misma en ambos casos: fuerzas de expansión desarrolladas en la cristalización del agua o de las sales. Para combatir esto, se hace hormigón compacto y rico en cemento.

Agentes Químicos

Las destrucciones de orden químico en la parte de cemento endurecida pueden deberse a:

  • Gases contenidos en la atmósfera o en humos.
  • Aguas puras, turbias, ácidas, selenitosas y marinas.

Las aguas puras destruyen por su poder de disolución, y las ácidas y salinas, por disolución o por transformación de los constituyentes del cemento en sales solubles que se eliminan por lavado. Los constituyentes más ricos en cal (S3C) son los que resisten peor a los ácidos, incluso débiles. Igual ocurre en presencia de soluciones salinas, que sustituyen sus bases por cal para formar sales cálcicas menos solubles. A veces, estas sales cálcicas forman nuevos compuestos de naturaleza perniciosa con los demás compuestos del cemento.

Un componente muy débil frente a las aguas sulfatadas es el aluminato tricálcico, ya que se combina con el sulfato cálcico contenido en aguas selenitosas formando con él el sulfoaluminato tricálcico (sal de Candlot) de carácter expansivo. Lo mismo ocurre con las sales tipo sulfato disueltas en el agua del mar.

Hoy en día se ha mejorado la resistencia de los cementos Portland a las aguas puras y ligeramente ácidas aumentando su contenido en SiO2 en relación con la cal, aumentando la proporción de S2C en detrimento del S3C. De igual forma, se ha mejorado la resistencia a aguas sulfatadas y al agua del mar reduciendo el contenido de A3C o reduciendo el Al2O3 o elevando el Fe2O3.

Estabilidad de Volumen

Para que un cemento sea estable, ninguno de sus constituyentes debe sufrir, una vez puesto en obra, una expansión perniciosa y destructiva. La expansión se puede deber a factores como un exceso de yeso, aunque la causa principal de esto viene de la cal y el magnesio libre.

La hidratación de la cal y la magnesia producen hidróxidos que ocupan un volumen superior al de los óxidos originales, dando lugar a una expansión que, según la temperatura de cocción y la velocidad de enfriamiento del clínker, será más o menos lenta y más o menos peligrosa. Si la magnesia está en forma de periclasa cristalizada, cuando la velocidad de enfriamiento del clínker ha sido lenta, se da una hidratación de la misma más diferida que en el caso en que la magnesia esté en forma vítrea (velocidad de enfriamiento del clínker rápida). Estas hidrataciones se dan tras el fraguado, lo que origina tensiones que producen la disgregación de la pasta de cemento en los morteros y hormigones.

Para descubrir la presencia nociva de compuestos expansivos en cementos, se ideó el ensayo de las agujas de Le Chatelier.

Puesta en Obra del Cemento Portland

La propiedad esencial en cementos hidráulicos con vistas a su empleo en morteros y hormigones es la de dar, mezclados con agua, una pasta que fragua y endurece al aire y bajo el agua.

Fraguado y Endurecimiento

Las primeras reacciones de hidratación tienen lugar en la superficie de los granos, provocando precipitaciones que se aceleran por aquellos principios físicos que concurren en el desarrollo de la solubilidad de constituyentes y que conducen más rápido a la sobresaturación. Estas precipitaciones reducen la movilidad de los granos de la pasta y aumentan la viscosidad: fraguado. Luego, las partículas se aprietan entre sí por interposición de cristales y adherencia coloidal, dando a la pasta cohesión y dureza: endurecimiento.

El fraguado se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido. Hay que distinguir dos fases: el principio de fraguado y el fin de fraguado, que son importantes para conocer el tiempo durante el cual la pasta permanece plástica y es trabajable. El principio de fraguado se caracteriza por iniciarse la rigidización de la pasta, y el final del mismo lo marca la pérdida de plasticidad.

El fraguado y el endurecimiento son estados separados convencionalmente de las reacciones de hidratación. El endurecimiento se caracteriza por un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas del que son responsables los constituyentes del clínker en curso de hidratación en este orden:

  1. Aluminato tricálcico: rápida y corta duración, según el yeso.
  2. Silicato tricálcico: aportación importante y continuada mucho tiempo.
  3. Silicato dicálcico: aportación débil al principio, pero notable desde los 28 días.

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