COMPOSICIÓN QUIMICA DEL CONCRETO La composición básica del concreto es cemento, agua y agregados. El cemento y los los agregados representan un 25% y 65% del concreto for formado resp respec ectiv tivam amen ente te,, aunq aunque ue esto esto pued puede e varia variarr seg segn n el uso uso y dest destin ino o del del concreto. !e esta manera, las propiedades qu"micas y f"sicas del concreto depe depend nder erán án en gran gran medi medida da de las las prop propie ieda dade des s que que pres presen ente ten n esto estos s materiales y del grado en que el cemento se #idrate. $na #idratación pobre del cemento conduce a una porosidad alta en el concreto final. El cemento, en el sentido general de la palabra, puede ser descrito como un material con propiedades ad#esivas y co#esivas las cuales lo #acen de unir fragmentos de minerales dentro de una masa compacta. Esta definición abarca una gran cantidad de materiales cementosos. ara fines de construcción, la palabra cemento es utili&ada para todo aquel material cuya finalidad es unir ladrillos, rocas o bloques. Los tipos de cementos utili&ados para la fabricación de tuber"as de drena'e tienen la propiedad de endurecerse cuando se me&cla con agua, ba'o una reacción qu"mica y de (sta manera reciben el nombre de cementos #idráulicos. )omo los agregados ocupan un gran volumen del concreto formado, su calidad es de gran importancia, ya que no solo pueden afectar la fortale&a del concreto, sino tambi(n su durabilidad y su resistencia al ataque de ácidos y sulfatos. El uso uso del del agre agrega gado do es vist visto o en muc# muc#os os caso casos s como como un mate materi rial al iner inerte te y econ económ ómic ico, o, con con el que que se pued puede e aume aument ntar ar los los vol volme mene nes s de past pasta a del del concreto, sin embargo, tambi(n representa un buen material de construcción que no es totalmente inerte. *us propiedades t(rmicas, f"sicas y algunas veces las propie propiedad dades es qu"mic qu"micas as influy influyen en las propie propieda dades des del concr concreto eto.. $n buen buen e'emplo de lo anterior es el uso de agregados alcalinos para aumentar la resistencia del concreto al ataque de ácidos.
CEMENTO PORTLAND or ser uno de los cementos más ampliamente usado y fabricado en todo el mundo, el cemento ortland +osep# -spdin y ames arer patentaron en /021 el ortland )ement, denominado as" por su color gris verdoso oscuro similar a la piedra de ortland. saac o#nson, en /015, obtiene el prototipo del ceme cement nto o mode modern rno, o, con con una una me&c me&cla la de cali cali&a &a y arci arcilla lla calc calcin inad ada a a alta alta temperatura3 representa un e'emplo adecuado en el análisis de composición y propiedades de los cementos. El cemento está compuesto por una serie de componentes, de fórmula qu"mica un tanto comple'as, tratare de ver los mas importante. Las materias primas para la fabricación de cemento portland son los minerales rico ricos s en )a4, )a4, s"li s"lice ce,, alm almin ina a y oid oido o de fier fierro ro.. Esto Estos s mine minera rale les s al ser ser
#orneados reaccionan unos con otros y forman una serie de óidos comple'os +cliner3 que, 'unto con el )a4 que no reaccionó, alcan&an un equilibrio. La Tabla 1 muestra los principales componentes del cemento ortland con sus respectivas abreviaciones. En este caso ))a4, **i42, --l247 y 88e247 y agua es denotado con 9. La variación en porciento de estos componentes en el cemento da como resultado diferentes tipos de cemento. -parte de los componentes listados en la :abla /, eisten otros que se encuentran en menor proporción como ;g4, )a4, < 24 y =a24, los cuales ocupan solo un porcenta'e m"nimo del cemento, sin embargo, el ;g4 y < 24 conocidos como alcalis, son de gran importancia ya que estos reaccionan con algunos agregados y causan la desintegración y la perdida de fortale&a del concreto. Las proporciones de cada elemento pueden variar considerablemente de cemento a cemento y de esa manera se pueden obtener diferentes tipos de cementos con solo modificar las cantidades de sus componentes. Tabla 1
PRINCIPALES COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND Nombre del Composición del Abre!i"ción Componente Óido *ilicato tricálcico 7)a4.*i42 )7* *ilicato bicálcico 2)a4.*i42 )2* -luminato tricálcico 7)a4.-l247 )7 -luminato tetracálcico 1)a4.-l247.8e247 )1 -8 - continuación se detallara cada nombre de los componentes mayoritarios del )emento ortland>
#$ Silic"to tric%lcico Es uno de los componentes mayoritarios del cemento sobre todo en el cemento órtland. Es el componente más importante del cemento, el problema es de tipo económico, ya que su producción resulta muy cara. Este componente le confiere al cemento las siguientes propiedades> ? ;uc#a resistencia. ? Endurecimiento rápido. ? -l #idratarse se desprende muc#o calor, por lo que no interesa un cemento muy rico en silicato tricálcico cuando se traba'a con grandes volmenes de cemento, +presas, puentes, etc.3 •
8órmula qu"mica> 7)a4. *i42
•
@eacción qu"mica de obtención del silicato tricálcico> )a4 A )a4.*i42 BBBBBBBBBC 2)a4.*i42
&$ Silic"to bic%lcico Es uno de los componentes mayoritarios del cemento sobre todo en el cemento órtland. El silicato bicálcico presenta un calor de #idratación inferior al del silicato tricálcico. or eso el silicato bicálcico, pude aparecer en concentraciones altas en cementos, que se empleen para traba'ar con grandes volmenes de cemento, +presas, puentes, etc.3 Este componente le confiere al cemento las siguientes propiedades> ? ;uc#a resistencia. ? Endurecimiento progresivo, de manera que a largo pla&a puede llegar a tener la misma resistencia que el silicato tricálcico. • •
8órmula qu"mica> 2)a4. *i42 @eacción qu"mica de obtención del silicato bicálcico> )a4 A 2)a4.*i42 BBBBBBBBBC 7)a4.*i42
'$ Al(min"to tric%lcico ) "l(min"to tetr"c%lcico El trióido de dialuminio +-l2473 +tambi(n conocido como almina3, favorece el proceso de cocción de las materias primas, funciona como fundente favoreciendo las reacciones qu"micas, que se dan entre el dióido de silicio +*i423 +tambi(n conocido como s"lice3 y el carbonato cálcico +)a)473 +tambi(n conocido como roca cali&a3. El aluminato tricálcico le proporciona el cemento muy poca resistencia. Los cementos con alto porcenta'e en aluminato tricálcico, desprenden muc#o calor durante el proceso de #idratación. El aluminato tricálcico, se altera fácilmente en presencia de sulfatos. El aluminato tetracálcico suele llevar incorporados óidos de #ierro. Los cementos que contengan estos componentes en porcenta'es altos, necesitan muc#o agua de #idratación, más que otros tipos de cementos. 8órmulas qu"micas> 1)a4.-l247.8e247
y
7)a4.-l247
@eacciones qu"micas de obtención de aluminato tricálcico y aluminato tetracálcico> 8e247 A )a4 BBBBBBBBBC )a4.8e 247 )a4.8e247 A )a4 BBBBBBBBBC 1)a4.-l 247.8e247
-#ora detallaremos los componentes minoritarios del )emento ortland>
#$ El óido de m"*nesio El óido de magnesio es un componente minoritario del cemento sobre todo del cemento órtland. El óido de magnesio procede del carbonato de magnesio que puede estar me&clado con las materias primas, sobre todo con la cali&a. -l enfriarse el cl"ner se puede transformar en periclasa, y esta al #idratarse aumenta considerablemente su volumen, este proceso ocurre una ve& que el cemento ya está solidificado, por lo que un aumento de volumen de uno de sus componentes, le supone al cemento la aparición de una serie de tensiones internas no deseadas, de manera que se la concentración del óido de magnesio fuera alta, estas tensiones podr"an terminar agrietando la estructura. or todo este es importante que la proporción de óido de magnesio sea pequeDa, ya que en caso contrario, esto puede suponer un grave problema. 8órmula qu"mica> ;g4
&$ El óido de c"lcio libre El óido de calcio es un componente minoritario del cemento sobre todo del cemento órtland. *e puede #idratar como el óido de magnesio, en este proceso de #idratación ocurre lo mismo que en el proceso de #idratación del óido de magnesio, y presenta los mismos efectos no deseados, ya que por efecto de la #idratación se produce un aumento de volumen en el sólido, esto puede ocasionar tensiones internas que pueden resquebra'ar una determinada estructura. 8órmula qu"mica> )a4 La reacción qu"mica de #idratación del óido de calcio es> )a4 A 924 BBBBBBBBBC )a+493 2
'$ Trióido de "+(,re$
8órmula qu"mica> *47 El trióido de a&ufre procede de los combustibles que adicionamos al #orno giratorio para la reali&ación del proceso de cocción. Estos combustibles pueden tener una determinada rique&a en a&ufre, y al producirse la combustión este se transforma en trióido de a&ufre. El trióido de a&ufre puede escapar en forma de gas, en las &onas del #orno que se encuentran a alta temperatura, mientras que en las &onas del #orno que están a una temperatura no tan alta, da lugar a sulfato de calcio mediante la siguiente reacción qu"mica> *47 A )a4 BBBBBBBBBC )a*4 1
-$ Óido de pot"sio ) Óido de sodio$ Estos componentes son componentes minoritarios en el cemento. -lgunas arcillas pueden tener una cierta cantidad de potasio y sodio. Es conveniente eliminarlos por volatili&ación. *i no se eliminan totalmente, mediante el proceso de cocción, se pueden combinar con el )42 atmosf(rico, y transformarse en carbonatos, con el consiguiente riesgo de producir un falso fraguado, efecto no deseado. 8órmulas qu"micas> <24 y =a24 <24 A )42 BBBBBBBBBC < 2)47 =a24 A )42 BBBBBBBBBC =a 2)47