¿Cuáles son las propiedades del cemento? La propiedad de liga de las pastas de cemento Pórtland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua llamada hidratación. El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos.
Propiedades del cemento
Cuatro de ellos conforman el 90% o más de el peso del cemento Pórtland y son:
- Silicato tricálcico,
- Silicato dicálcico,
- Aluminato tricalcico y
- Aluminio ferrito tetracálcico.
Además de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratación. Los tipos de cemento Pórtland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes.
Cuando el clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Pórtland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos mas pequeños evaden la detección visual.
El diámetro promedio de una partícula de cemento típica es de aproximadamente 10 micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las promedio, el cemento Pórtland contendría aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido al alto rango de tamaños de partícula. Las partículas en un kilogramo de cemento Pórtland tiene una área superficial aproximada de 400 metros cuadrados.
Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto.
La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y sílice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. el área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo.
Las partículas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; también se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es la acción cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia.
Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte sólida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.
Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima Agua – Cemento (en peso) para la hidratación total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.
El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento se hidrato puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por temperaturas de congelación. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer.
- El cemento Pórtland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratación en tres días.
- El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho menos de tres días.
- El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas de tres días para que se libere únicamente la mitad de ese calor.
- El uso de cemento tipo 4, cemento Pórtland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en consideración donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación.
Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido.
El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del clinker, actúa como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Pórtland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.
Campos de aplicación del cemento.
Se emplea en todo tipo de obra que no requiera de un cemento especial, a saber:
- Estructuras de Hormigón Armado, pretensado y postesado.
- Premoldeados.
- Pavimentos, pistas de aeropuertos y puentes.
- Canales y alcantarillas.
- Trabajos de albañilería (carpetas, morteros).
Por su elevada resistencia y rápida evolución, se recomiendan especialmente para:
- Hormigones de alta resistencia.
- Habilitación al tránsito (fast-track). Pavimentos de hormigón donde se requiere una rápida.
- Estructuras elaboradas con encofrados deslizantes.
- Hormigonados en períodos de baja temperatura.
Los hormigones elaborados con Cemento Pórtland Normal poseen los máximos valores de resistencia, permitiendo:
- Incrementar la seguridad, si se mantiene la dosificación.
- Posibilitar, además, una durabilidad mayor.
- Economizar el costo, si se reduce el contenido de cemento
Los hormigones elaborados con Cemento Pórtland Normal desarrollan una rápida evolución de resistencia posibilitando:
- Acortar los tiempos de obra.
- Habilitar más rápidamente la obra.
- Reducir costos.
- El Cemento Pórtland Normal es moderadamente resistente a los sulfatos.
