Composición de la pasta de cemento portland

Composition of portland cement

Powers y Brownyard (1948) fueron los primeros que investigaron sistemáticamente la reacción del cemento con el agua y la composición de la pasta de cemento. Ellos introdujeron el concepto de agua no evaporable (agua retenida en el caso de aplicarse un tipo de secado de la muestra conocido como P-secado (P-dried)) y el de agua del gel (agua adicional retenida por encima de la saturación). Sus volúmenes específicos (v_n y v_g) son inferiores que los correspondientes a los del agua libre, produciendo una retracción química. Además, el agua retenida se relacionó posteriormente con el contenido de las cuatro fases más abundantes en el clinker, es decir, alita, belita, aluminato y ferrita.

En primer lugar, su trabajo se revisa a fondo en este documento (dividido en dos partes). Posteriormente, el autor del documento pretende demostrar que sus datos relativos a la retención de agua permiten el estudio de las reacciones molares de las fases principales y de los productos de reacción formados, lo cual representa una innovación importante. En este sentido, el C₄AF reacciona muy probablemente con el C₃S y/o el C₂S para formar un hidrogranate que contiene silicio. Los silicatos de calcio restantes reaccionan para formar el gel C-S-H (C_1.7SH_3.2 cuando está saturado) y el CH. El C parece reaccionar exclusivamente con el C₃A. En el caso de la carbonatación, ambas fases reaccionan para dar hemi-carbonato, mono-sulfato, etringita y aluminato de calcio tetrahidratado. El concepto de “grado de carbonatación” se introduce para cuantificar la fracción del mono-sulfato que se carbonata en el tiempo, permitiendo así la cuantificación de los cuatro productos de hidratación.

Las dos partes de este documento son las siguientes:

• Parte 1
• Parte 2.

Cement raw materials

Materias primas del cemento

El cemento es un producto manufacturado elaborado a partir de la mezcla y firing de distintas materias primas a altas temperaturas para lograr proporciones químicas precisas de cal, sílice, aluminio y hierro en el producto final, conocido como cemento clinker. Así, el cemento es en esencia el resultado de una mezcla de aluminatos de calcio que reaccionan con agua que producen su fraguado (set).

El calcio necesario se obtiene a partir de grandes cantidades de piedra caliza (o material calcáreo equivalente) y arcilla; las fuentes de silicio y aluminio se encuentran principalmente en lutita (mudstone) o pizarra arcillosa (shale). El cemento terminado se produce por medio de triturado (grinding) fino de 95% de clinker y 5% de yeso (o anhidrita), lo cual ayuda a retrasar el tiempo de fraguado (setting time) del cemento. 

La calidad del cemento clinker está directamente relacionada con las materias primas utilizadas. Alrededor de 80-90% de la materia prima de alimentación del horno (kiln) es piedra caliza. Los materiales arcillosos se encuentran entre 10-15%, aunque las cantidades precisas varían. El carbonato de magnesio, que puede estar presente en la piedra caliza, es la principal impureza indeseable. El nivel de magnesia (MgO) en el clinker no debe exceder 5% y muchos productores favorecen un máximo de 3%; esto excluye la dolomita o la piedra caliza dolomítica para la fabricación de cemento. Otros materiales perjudiciales incluyen aquellos con exceso de álcalis (óxido de sodio, Na₂O o soda y óxido de potasio), inaceptables debido a problemas de durabilidad del concreto por su reactividad con algunos agregados de silicio y la formación de un gel hinchado.