HIDRATACIÓN DEL CEMENTO

Cuando se agrega agua al cemento Pórtland, los compuestos básicos presentes se transforman en nuevos compuestos por reacciones químicas. Como por ejemplo:

Silicato tricálcico + agua  -->  gel de tobermorita + hidróxido de calcio

Silicato dilcico + agua  -->  gel de tobermorita + hidróxido de calcio

Ferroaluminato tetracálcico + agua + hidróxido de calcio  -->  hidrato de calcio Aluminato tricálcico + agua + hidróxido de calcio  -->  hidrato de Aluminato tricálcico Aluminato tricálcico + agua + yeso  -->  sulfoaluminatos de calcio

 Las dos primeras reacciones, donde intervienen los silicatos de calcio, que constituyen alrededor del  75%  por  peso  del  cemento  Pórtland,  reaccionan  con  el  agua  para  producir  dos  nuevos compuestos: gel de tobermorita el cual es no-cristalino e hidróxido de calcio que es cristalino. En la pasta de cemento completamente hidratada, el hidróxido de calcio constituye el 25% del peso y el gel de tobermorita, alrededor del 50%.

La tercera y cuarta reacciones muestran como se combinan los otros dos compuestos principales del cemento Pórtland con el agua para formar productos de reacción.
En  la  última  reacción  aparece  el  yeso,  compuesto  agregado  al  cemento  Pórtland  durante  la trituración del clinker para controlar el fraguado.
Cada producto de la reacción de hidratación desempeña una función en el comportamiento mecánico de la pasta endurecida. El más importante de ellos es el compuesto llamado gel de tobermorita, el cual es el principal compuesto aglomerante de la pasta de cemento, porque liga o aglutina entre sí a
todos los componentes. Este gel es una sustancia dividida, muy fina, con estructura coherente, con una composición y estructura semejantes a la de un mineral natural, llamado tobermorita.

La rapidez de hidratación es afectada, además de la composición, por la finura del molido, la cantidad de agua agregada y las temperaturas de los componentes al momento de mezclarlos. Para lograr una hidratación más rápida, los cementos se trituran hasta dejarlos muy finos. El diámetro promedio de un grano de cemento Pórtland proveniente de la trituración del clinker es de alrededor de 10  m. Las partículas del producto de hidratación, como el gel de tobermorita, son del orden de una milésima de ese  tamaño,  por  lo  que  su  enorme  superficie  específica,  de  alrededor  de  3  millones  de  cm2   por gramo, produce fuerzas de atracción entre las partículas. Estas fuerzas ocasionan que las partículas de gel de tobermorita se adhieran entre sí y con otras partículas introducidas en la pasta de cemento.

CALOR DE HIDRATACIÓN

La reacción del cemento con el agua es exotérmica; es decir, se genera calor en la reacción, durante la hidratación del cemento.

Se  puede  sacar  ventaja  de  esta  propiedad,  durante  el  tiempo  frío,  para  mantener  temperaturas adecuadas de curado mediante el aislamiento que brinda el encofrado. No obstante, para las cortinas de presas y otras estructuras de hormigón masivo, deben tomarse medidas para reducir o eliminar el calor   mediante   el   diseño   y   métodos   de   construcción  adecuados,   esto   puede   comprender   la circulación   de   agua   fría   u   otros   medios   de   enfriamiento.   Otro   método   para   controlar   el desprendimiento  de  calor  es  reducir  el  porcentaje  de  compuestos  que  generan  elevado  calor  de hidratación, como el C3A y el C3S, y usar un cemento con menos finura.
El  uso  de  agregado  grande  (≤  15cm)  también  ayuda  a  reducir  el  requisito  del  cemento  y  el  calor consecuente,  al  reducir  la  cantidad  de  agua,  y  por  tanto  menos  cemento,  con  la  misma  relación agua/cemento.

A continuación se dan los valores para la cantidad total de calor desprendido durante la hidratación completa del cemento:
Silicato tricálcico        120 cal/gr       Ferroaluminato tetracálcico    100 cal/gr
Silicato dicálcico         62 cal/gr         Cal Libre                                279 cal/gr
Aluminato tricálcico    207 cal/gr

Si se considera que la cantidad de calor generada durante los primeros 7 días de hidratación para el cemento del Tipo I es el 100%, entonces:

Tipo II, moderadamente resistente al sulfato       85-94%
Tipo II. calor moderado de hidratación              75-85%
Tipo III, alta resistencia temprana                      150%
Tipo IV, bajo calor de hidratación                     40-60%
Tipo V, resistente al sulfato      60-90% Los porcentajes son un poco mayores después de, más o menos, un año.

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