Presentacin de PowerPoint
Al principio la consistencia de la mezcla es aguada pero con el
tiempo la pasta (cemento ms agua) se va rigidizando, a este proceso
se le llama fraguado del cemento. Se destacan dos tipos de fraguado
en el cemento, el primero se llama fraguado inicial (en ese momento
ya no se debe perturbar la pasta), el cual se produce
aproximadamente a las 3 horas, el segundo se llama fraguado final,
el cual se produce aproximadamente a las 7 horas, en este tiempo la
pasta de cemento se ha endurecido totalmente (el fraguado inicial y
el fraguado final se verifican por medio de pruebas de penetracin
con el aparato de Vicat), de manera que la estructura que se
observa desde el exterior ya no cambia, sin embargo la estructura
interna sufre una gran transformacin a nivel microscpico.
HIDRATACION Y FRAGUADO DEL CEMENTO
Las pastas de cemento hidratadas estn fundamentalmente
constituidas por un conjunto de fases cristalinas, (portlandita,
etringita, monosulfo aluminato clcico hidratado), por granos de
cemento anhidro y sobre todo por un silicato clcico hidratado, de
naturaleza cuasi-amorfa, que se denominada gel C-S-H, que es el
principal producto en la hidratacin de los silicatos del cemento y
que adems confiere al producto final sus propiedades adherentes y
mecnico-resistentes; sin olvidar su contribucin a los aspectos de
durabilidad
El resultado del proceso de hidratacin est ligado a la generacin
de productos slidos que son como agujas o cristales que nacen de la
combinacin qumica progresiva del grano de cemento con el agua que
lo rodea, esta actividad contina siempre y cuando haya agua
disponible. A nivel experimental se ha llegado a encontrar que bajo
condiciones ptimas de curado (mantener la pasta hmeda y a
temperatura adecuada) se han detectado granos de cemento que nunca
llegan a hidratarse totalmente
Hidratacin de los compuestos puros del cemento.
Las reacciones qumicas que describen la hidratacin del cemento
son muy complejas. Para poder entender los procesos qumicos que
determinan el fraguado del cemento, es necesario estudiar la
hidratacin de cada uno de los minerales de clnker por separado.
Esto supone que la hidratacin de cada compuesto es un proceso
independiente de los otros procesos que tienen lugar durante la
hidratacin del cemento. Esta es una suposicin y no siempre es
vlida, ya que las reaciones entre los compuestos de hidratacin
pueden tener consecuencias importantes pero, por lo menos con
respecto a la hidratacin de los silicatos, la suposici6n es
bastante representativa. Las caractersticas tratadas se refieren a
la hidratacin de un cemento mezclado con agua para simular las
condiciones del hormign.
Silicatos de Calcio.
Los dos compuestos de silicato clcico tienen casi el mismo
proceso de hidratacin. Slo se distinguen por lacantidad de Ca(OH)2
= CH que se forma y por la cantidad de calor de hidratacin liberado
durante lasreacciones.
2C3S + 7H C3S2H4 + 3CH H = -1114 KJ/mol (3.1)(silicato
triclcico) (agua) (C-S-H) (hidrxido de calcio)
2C2S + 5H C3S2H4 + CH H = - 43 KJ/mol (3.2)(silicato diclcico)
(agua) (C-S-H) (hidrxido de calcio)
Silicatos de Calcio.
El producto principal de la hidratacin es un Hidrato de Silicato
Clcico. La frmula C3S2H4 slo es unaaproximacin, porque la
composicin de este hidrato puede variar en un intervalo amplio.
Es una materia no cristalina de composicin variable (geliforme),
que forma partculas muy pequeas (menos de 1 micra en cualquier
dimensin). La denominacin C-S-H gel refleja esas propiedades. Por
el contrario, el hidrxido de calcio es una materia cristalina con
una composicin fija.
MORFOLOGIAS DE LOS C-S-H.
Morfologa de los diferentes tipos de C-S-H (a).- Tipo I,
partculas fibrosas, (b).- Tipo II, reticular (c).- Tipo III , (d).-
Tipo IV, morfologa interior
MORFOLOGIAS DE LOS C-S-H.
Secuencia de hidratacin del Silicato Tricalcico .
Etapa 1, Periodo inicial o de preinduccin.
Cuando se mezcla C3S con el agua de amasado comienza un perodo
donde hay una rpida evolucin de calor (la reaccin es rpida por la
gran superficie de en contacto con agua), que cesa despus de,
aproximadamente, 15 min. El silicato tricalcico se disuelve
superficialmente (Figura 3.4) suministrando iones silicato.
Etapa 2, perodo de induccin o durmiente.
Luego de la etapa 1, sigue un perodo de inactividad relativa,
denominado perodo de induccin, en el cual el consumo de agua y la
cantidad de hidratos formados son muy pequeos, lo que explica
porque el hormign de cemento Portland queda manejable y trabajable,
es decir, en un estado plstico durante un determinadotiempo.
Etapa 2, perodo de induccin o durmiente.
Aparentemente, el perodo de induccin esta causado por la
necesidad de obtener una cierta concentracin de iones en la solucin
antes de que se formen ncleos de cristales que facilitan el
crecimiento del producto de hidratacin. Este fenmeno es una
caracterstica de muchas reacciones qumicas y es denominado control
denucleacin.
Etapa 3:
Despus de 1-3 horas, es decir, al final del perodo de induccin,
empieza la solidificacin o fraguado inicial. El C3S empieza a
hidratarse rpidamente otra vez, ya que el Ca(OH)2 empiece a
cristalizar y as se mueve el equilibrio de la reaccin hacia la
derecha. La velocidad de hidratacin alcanza un mximo al final del
perodo de aceleracin. Este mximo corresponde con el mximo de la
evolucin de calor. A este tiempo (2-8 horas) el fraguado final ha
ocurrido y comienza el endurecimiento inicial.
Etapa 4, Perodo de deceleracin.
Por la hidratacin del C3S, el espesor de la capa C-S-H crece.
Por consiguiente, llega un momento en que lavelocidad de reaccin es
igual a la velocidad de difusin. A partir de este momento, mientras
el espesor de la capa sigue creciendo y el movimiento a travs de la
capa C-S-H determina la velocidad de la reaccin y la hidratacin
queda controlada por la velocidad de difusin dentro de la capa.
Luego la velocidad de reaccin empieza a disminuir hasta que llegue
un estado estable (etapa 5) despus de 12 a 24 horas.
Etapa 5, periodo de difusin estacionario.
Durante esta etapa, la difusin es tan lenta que la velocidad de
hidratacin est controlada nicamente por la velocidad de difusin.
Como el espesor de la capa sigue creciendo, la velocidad de difusin
sigue disminuyendo hasta que no haya ms C3S a hidratar.
Crecimiento de los productos de hidratacin durante la etapa 4
1.- Ncleo no hidratado, 2.- CH , 3.- C-S-H.Etapa 5, periodo de
difusin estacionario.
.
La hidratacin, como otras reacciones qumicas, es sensible con
respecto a la temperatura. La velocidad de reaccin aumenta con la
temperatura, pero la dependencia entre la velocidad y la
temperatura est relacionada con el grado de reaccin. La etapa en la
que la temperatura tiene ms importancia es en el perodo de
aceleracin (etapa 3) donde la velocidad de reaccin es controlada
qumicamente. En la etapa 5 en que la hidratacin es controlada
completamente por difusin, la reaccin no es tan sensible con
respecto a la temperatura, aunque el coeficiente de difusin puede
variar con la temperatura.
Aluminato Triclcico.
Entre los minerales presentes en el cemento de Portland, el
aluminato tricalcico,C3A. es el ms reactivo con el agua y tiene una
influencia significativa sobre la temprana hidratacin del cemento
Portland y hormign.
El comportamiento durante hidratacin del C3A, como el de los de
otros minerales del clinker, depende de varios factores tales como:
temperatura, relacinAgua-Solido, superficie especfica del 3CA ,
procedimiento de mezclado y presencia de adiciones.
a.- Hidratacin en ausencia de Yeso.
Cuando el aluminato tricalcico, 3CA , se pone en contacto con
agua, la reaccin inicial que se produce puede dar como resultado un
fraguado rpido de la pasta de cemento, causado por la formacin
rpida de los hidratos de aluminato de calcio.La alta evolucin de
calor que acompaa esta reaccion, significa que la temperatura en
una pasta de 3CA durante la hidratacin fcilmente puede subir muchos
grados Celsius.
b.- Hidratacin en presencia de yeso.
El yeso permite regular la hidratacin del aluminato tricalcico,
que en ausencia de iones sulfato tendra como consecuencia un
fenmeno de fraguado rpido del cemento, formando directamente
aluminatoshidratados (Reacciones autocataliticas).
Grado de hidratacin en compuestos de cemento en pastas de
compuestos puros.
Velocidad de calor desarrollada durante la hidratacin del
cemento portland
Fraguado.
Es comnmente aceptado que, sin la presencia del yeso, el C3A, al
hidratarse causara un fraguado rpido, ya que su reaccin con el agua
es casi inmediata. La adicin de yeso retardar la hidratacin y la
aparicin del fraguado. Diferentes mecanismos han sido propuestos
para intentar explicar la accin retardante del yeso en la
hidratacin del C3A.
Fraguado.
Las anomalas del fraguado son esencialmente debidas a la
naturaleza y cantidad de los compuestos hidratados, los cuales se
forman despus de que el cemento ha sido mezclado con agua. Estos
compuestos son producto de las reacciones de los aluminatos de
calcio y el sulfato de calcio. Esta primera reaccin se para
transcurridos de 10 a 15 minutos, despus existe un perodo de
reposo, (perodo durmiente), que dura varias horas, durante las
cuales no hay prcticamente actividad qumica, y finalmente comienzan
de nuevo las reacciones de hidratacin.