Leccion7

LECCION 7 .- HIDRATACION DEL CEMENTO PORTLAND.
1.- Introducción.
E1 endurecimiento y fraguado del hormigón son el resultado de procesos químicos y físicos entre el cemento
portland y el agua, que se denominan hidratación.
E1 clínker de cemento Portland contiene 4 compuestos químicos mayoritarios, los minerales de clínker, que
son : C3S = silicato tricálcico, C2S = silicato dicálcico, C3A =aluminato tricálcico y C4AF = ferrita aluminato
tetracálcico (Esta fórmula es la composición promedia de una serie de soluciones sólidas entre C6A2F y C6AF2
), junto con varios compuestos minoritarios, como MgO, cal libre y sulfatos de álcalis.
A1 salir del horno el clínker es enfriado y luego es molido junto con yeso (CaSO4.2H2O o más abreviado

CSH 2 ) formándose así el cemento Portland. La cantidadde minerales principales en el clínker puede variar y
por eso el cemento Portland puede tener distintas propiedades. Los minerales C3S y C2S constituyen,
generalmente, el 75-80 % del peso del cemento Portland. Las distintas propiedades se refieren,
principalmente, a las diferencias en contenidos de C3S y C3A.
2.- Hidratación de los compuestos puros del cemento.
Las reacciones químicas que describenla hidratación del cemento son muy complejas. Para poder entender los
procesos químicos que determinan el fraguado del cemento, es necesario estudiar la hidratación de cada uno
de los minerales de clínker por separado. .
Esto supone que la hidratación de cada compuesto es un proceso independiente de los otros procesos que
tienen lugar durante la hidratación del cemento. Esta es una suposición yno siempre es válida, ya que las
reaciones entre los compuestos de hidratación pueden tener consecuencias importantes pero, por lo menos con
respecto a la hidratación de los silicatos, la suposici6n es bastante representativa. Las características tratadas
se refieren a la hidratación de un cemento mezclado con agua para simular las condiciones del hormigón.
3.- Silicatos de calcio.
Los doscompuestos de silicato cálcico tienen casi el mismo proceso de hidratación. Sólo se distinguen por la
cantidad de Ca(OH)2 = CH que se forma y por la cantidad de calor de hidratación liberado durante las
reacciones.
2C3S

+ 7H

→CSH
3 2

(silicato tricálcico) (agua)
2C2S

+ 5H

4

∆ H = -1114 KJ/mol

(3.1)

(C-S-H) (hidróxido de calcio)

→CSH

(silicato dicálcico) (agua)

+ 3CH

3 2

4

+ CH

∆ H = - 43KJ/mol

(3.2)

(C-S-H) (hidróxido de calcio)

E1 producto principal de la hidratación es un hidrato de silicato cálcico. La fórmula C3S2H4 sólo es una
aproximación, porque la composición de este hidrato puede variar en un intervalo bien amplio. Es una materia
no cristalina de composición variable (geliforme), que forma partículas muy pequeñas (menos de 1 micra en
cualquier dimensión). Ladenominación C-S-H gel refleja esas propiedades. Por el contrario, el hidróxido de
calcio es una materia cristalina con una composición fija.
En el curso de la hidratación, han sido identificadas varias morfologías difeentes de C-S-H, cuya
denominación , depende de la técnica usada para su identificación . Se han propuesto dos clasificaciones
principales basadas en la exploración por microscopía electrónicade barrido (SEM) y por microscopía
electrónica de transmisión (TEM), las cuales pueden verse en la tabla 3.1. En la figura 3.1 puede verse su
morfología, de acuerdo con Diamond.

Tabla 3.1 .- Clasificación de las morfologías de los C-S-H.

Figura 3.1.- Morfología de los diferentes tipos de C-S-H de acuerdo con S. Diamond. (a).- Tipo I, partículas
fibrosas, (b).- Tipo II, reticular (c).- Tipo III ,(d).- Tipo IV, morfología interior del producto.

La cinética de la reacción es bastante compleja e incluye varios procesos. La secuencia de reacción del C3S se
puede seguir más fácilmente tomando como referencia la curva calorimétrica de la figura 3.2, que nos
muestra la velocidad de evolución de calor en función del tiempo. E1 flujo de calor de la muestra es
proporcional a la velocidad de...