COMPOSICIÓN DEL CEMENTO

1. COMPOSICIÓN QUÍMICA

Análisis químico.-

La tabla 1.1 muestra los porcentajes típicos en que se presentan los compuestos en el cemento y las abreviaturas con las que suelen ser denominados:
TABLA 1.1     PORCENTAJES TÍPICOS DE INTERVENCIÓN DE LOS ÓXIDOS

Oxido componente
Porcentaje
Típico
Abreviatura
Cal combinada
CaO
62.5%
C
Sílice
SiO2
21%
S
Alúmina
Al2O3
6.5%
A
Hierro
Fe2O3
2.5%
F
Cal Libre
CaO
0%

Azufre
SO3
2%
Magnesio
MgO
2%
Álcalis
Na2O y K2O
0.5%
Perdida al Fuego
P.F.
2%
Residuo insoluble
R.I.
1%
Los  cuatro  primeros  componentes  nombrados  en  la  tabla  1.1  no  se  encuentran  libremente  en  el cemento,  si  no  combinados  formando  los  componentes  potenciales,  conocidos  como  “compuestos
Boguea”
Los compuestos Bogue, sus fórmulas químicas y abreviaturas simbólicas son los siguientes: Silicato tricálcico  3CaO · SiO2  = C3S

Silicato dicálcico          2CaO · SiO2  = C2S Aluminato tricálcico       3CaO · Al2O3  = C3A
Ferroaluminato tetracálcico      4CaO · Al2O3  · Fe2O3  = C4AF

Estos  compuestos  o  “Fases”,  como  se  les  llama,  no  son  compuestos  verdaderos  en  el  sentido
químico;  sin  embargo,  las  proporciones  calculadas  de  estos  compuestos  proporcionan  información valiosa  en  la  predicción  de  las  propiedades  del  cemento.  Las  formulas  utilizadas  para  calcular  los compuestos Bogue se pueden encontrar en la ASTM C150.


2. EFECTO DE LOS COMPONENTES

Cada  uno  de  los  cuatro  compuestos  principales  del  cemento  Pórtland,  así  como  los  compuestos secundarios,  contribuye  en  el  comportamiento  del  cemento,  cuando  pasa  del  estado  plástico  al endurecido  después  de  la  hidratación.  El  conocimiento  del  comportamiento  de  cada  uno  de  los compuestos principales, durante la hidratación, permite ajustar las cantidades de cada uno durante la fabricación, para producir las propiedades deseadas en el cemento.

El Silicato Tricálcico, C3S, es el compuesto activo por excelencia del clinker, es el que produce la alta  resistencia  inicial  del  cemento  Pórtland  hidratado.  Pasa  del  fraguado  inicial  al  final  en  unas cuantas  horas.  El  C3S  reacciona  con  el  agua  desprendiendo  una  gran  cantidad  de  calor  (calor  de hidratación).  La  rapidez  de  endurecimiento  de  la  pasta  de  cemento  está  en  relación  directa  con  el calor de hidratación; cuanto más rápido sea el fraguado, mayor será la exotermia. El C3S hidratado alcanza  gran  parte  de  su  resistencia  en  siete  días.  Debe  limitarse  el  contenido  de  S3C  en  los cementos para obras de grandes masas de hormigón, no debiendo rebasarse un 35%, con objeto de evitar valores elevados del calor de hidratación.

El  Silicato  Dicálcico,  C2S,  requiere  algunos  días  para  fraguar.  Es  el  causante  principal  de  la resistencia  posterior  de  la  pasta  de  cemento  Pórtland.  Debido  a  que  su  reacción  de  hidratación avanza  con  lentitud,  genera  un  bajo  calor  de  hidratación.  Este  compuesto  en  el  cemento  Pórtland desarrolla   menores   resistencias   que   el   C3S   en   las   primeras   edades;   sin   embargo,   aumenta gradualmente, alcanzando a unos tres meses una resistencia similar a la del C3S. Los cementos con alto contenido en silicato dicálcico son más resistentes a los sulfatos.

Aluminato Tricálcico, C3A, presenta fraguado instantáneo al ser hidratado y gran retracción. Es el causante primario del fraguado inicial del cemento Pórtland y desprende grandes cantidades de calor durante  la  hidratación.  El  yeso,  agregado  al  cemento  durante  el  proceso  de  fabricación,  en  la trituración  o  en  la  molienda,  se  combina  con  el  C3A  para  controlar  el  tiempo  de  fraguado,  por  su acción al retardar la hidratación de este. El compuesto C3A muestra poco aumento en la resistencia después  de  un  día.  Aunque  el  C3A  hidratado,  por  si  solo,  produce  una  resistencia  muy  baja,  su presencia  en  el  cemento  Pórtland  hidratado  produce  otros  efectos  importantes.  Por  ejemplo  un aumento  en  la  cantidad  de  C3A  en  el  cemento  Pórtland  ocasiona  un  fraguado  más  rápido,  pero conduce  a  propiedades  indeseables  del  hormigón,  como  una  mala  resistencia  a  los  sulfatos  y  un mayor cambio de volumen. Su estabilidad química es buena frente a ciertas aguas agresivas (de mar, por  ejemplo)  y  muy  débil  frente  a  sulfatos.  Con  objeto  de  frenar  la  rápida  reacción  del  aluminato tricálcico  con  el  agua  y  regular  el  tiempo  de  fraguado  del  cemento,  se  añade  al  clinker  un  sulfato (piedra de yeso).

El Ferroaluminato Tetracálcico, C4AF, El uso de más óxido de hierro en la alimentación del horno ayuda a disminuir el C3A, pero lleva a la formación de C4AF, un producto que actúa como relleno con poca o ninguna resistencia. No obstante, es necesario como fundente para bajar la temperatura de formación  del  clinker.  Es  semejante  al  C3A,  porque  se  hidrata  con  rapidez  y  sólo  desarrolla  baja resistencia. No obstante, al contrario del C3A, no muestra fraguado instantáneo. Su resistencia a las aguas selenitosas y agresivos en general es la mas alta de todos los constituyentes. Su color oscuro le hace prohibitivo para los cementos blancos por lo que en este caso se utilizan otros fundentes en la fabricación.

La  Cal  libre,  CaO,  No  debe  sobrepasar  el  2%,  ya  que  en  cantidades  excesivas  puede  dar  por resultado  una  calcinación  insuficiente  del  clinker  en  el  horno,  esto  puede  provocar  expansión  y desintegración del hormigón. Inversamente, cantidades muy bajas de cal libre reducen la eficiencia en el consumo de combustible y producen un clinker duro para moler que reacciona con mayor lentitud.

El  Oxido  de  Magnesio  queda  limitado  por  las  especificaciones  al  6%,  ya  que  conduce  a  una expansión de volumen variable en el hormigón, debido a la hidratación retardada, en especial en un medio ambiente húmedo.

Los  Álcalis  (Na2O  y  K2O)  son  componentes  secundarios  importantes,  ya  que  pueden  causar deterioro  expansivo  cuando  se  usan  tipos  reactivos  de  agregados  silíceos  para  el  hormigón.  Se especifica cemento de bajo álcali en zonas en donde se encuentran estos agregados. El cemento de bajo álcali contiene no más del 0,6% de álcalis totales. Sin embargo, debe controlarse el porcentaje
de  álcalis  totales  en  el  hormigón,  ya  que  el  álcali  puede  entrar  a  la  mezcla  de  ese  hormigón proveniente de ingredientes que no son el cemento, como el agua, los agregados y los aditivos.
Trioxido de azufre, SO3, el azufre proviene de la adición de piedra de yeso que se hace al clinker durante la molienda para regular su fraguado, pudiendo también provenir del combustible empleado en el homo. Un exceso de SO3  puede conducir al fenómeno de falso fraguado, por lo que conviene limitarlo a no mas del 4%.

Perdida  al  fuego,  cuando  su  valor  es  apreciable,  la  perdida  al  fuego  proviene  de  la  presencia  de adiciones  de  naturaleza  caliza  o  similar,  lo  cual  no  suele  ser  conveniente.  Si  el  cemento  ha experimentado un prolongado almacenamiento, la perdida al fuego puede provenir del vapor de agua
o  del  CO2   presentes  en  el  conglomerante,  siendo  entonces  expresiva  de  una  meteorización  del cemento.

Residuo insoluble, proviene de la presencia de adiciones de naturaleza silicea. No debe superar el 5% para el Pórtland I.

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