Tipos de aglomerantes
INTRODUCCIÓN Los aglomerantes son materiales capaces de contener a otros sin reaccionar con ellos, estos últimos se denominan agregados o áridos. Debido a esto, los materiales formados por un aglomerante y uno o más materiales aglomerados se denominan “materiales compuestos. Ejemplos de este tipo de materiales son el hormigón, el asfalto y la madera aglomerada. En un material compuesto se pueden identificar claramente las diferentes fases que lo componen, como se puede ver en la Figura 3.1
Figura 3.1. Corte de una probeta de hormigón. Se pueden ver claramente la pasta, los agregados y los poros al interior de la masa del material.
TIPOS DE AGLOMERANTES
Dependiendo del proceso mediante el cual un aglomerante endurece y adquiere resistencia, se tienen: Aglomerantes térmicos: estos aglomerantes adquieren resistencia
pornfriamiento, por ejemplo el cemento asfáltico y el azufre. Aglomerantes polimérico : estos aglomerantes adquieren resistencia mediante
reacciones de polimerización, como sucede con las resinas epóxicas. Aglomerantes aéreos e hidráulicos: los aglomerantes aéreos endurecen en contacto con el aire y los hidráulicos en presencia de agua. A este tipo de aglomerante pertenecen la cal, el cemento y el yeso. Las reacciones de fraguado de los aglomerantes poliméricos e hidráulicos son exotérmicas, es decir, liberan calor, lo que se debe considerar cuando se trabaja con ellos, para evitar fisuración de los materiales finales o estructuras. Aglomerantes aéreos e hidráulicos Cal: En la naturaleza se encuentra la caliza o carbonato cálcico, la que
corresponde a óxido de calcio quemado, es decir, ha reaccionado con dióxido de carbono. Industrialmente, la caliza es molida en un horno, lo que permite obtener óxido de calcio en estado sólido. Este óxido es muy activo y se conoce con el nombre de “cal viva” debido a su alta reactividad y su carácter corrosivo. Este es un material altamente alcalino, es decir, tiene un pH muy alto. La cal viva se mezcla con agua para formar hidróxido de calcio o cal hidratada, la que se comercializa como adición para la elaboración de morteros o simplemente para pintar fachadas. Debido a que forma una capa relativamente impermeable, antiguamente, se utilizaba para proteger los adobes utilizados en la construcción de edificaciones.
Yeso: El yeso se encuentra en la naturaleza como un mineral denominado
“Selenita” y químicamente corresponde a un sulfato de calcio dihidratado. Industrialmente, se muele en un horno a una temperatura de 130º para deshidratarlo y transformarlo en un polvo blanco capaz de reaccionar con el agua. Cemento hidráulico: El cemento hidráulico o cemento Pórtland se obtiene de la
sinterización de caliza con algunas arcillas, tales como óxido de aluminio o alúmina, óxido de silicio o sílice y óxido de fierro. Estos materiales se muelen a alta temperatura en un horno rotatorio y como resultado se obtiene un material compacto denominado clinker. Si el clinker es molido finamente y se mezcla con agua, reacciona rápidamente y rigidiza, de modo que, desde el punto de vista de la construcción y aplicaciones en ingeniería, no se puede utilizar. Sin embargo, si durante la molienda se mezcla con bajos contenidos de yeso , se obtiene un material que tarda algunas horas en empezar a rigidiza, este material se conoce con el nombre de Cemento Pórtland. Para ver en detalle el proceso de fabricación del cemento Pórtland, se recomienda visitar los sitios web http://www.melon.cl/ y http://www.polpiaco.cl/. El clinker está compuesto por:
Silicato tricálcico (C3S) Silicato dicálcico (C2S) Aluminato tricálcico (C3A) Ferroaluminato tetracálcico (C4AF) Nota: En química del cemento se utiliza una nomenclatura simplificada, siendo S:
sílice, A: alúmina, C: caliza, F óxido de hierro, H: agua y Ŝ sulfatos. Dependiendo del porcentaje de caliza, alúmina, sílice y óxido de fierro que se utilice en la fabricación del clinker, se tienen cementos con diferentes propiedades, como se puede ver en la Tabla 3.1, donde aparece la clasificación de cementos Pórtland según la norma ASTM C-150.
Un factor relevante es la actividad de los componentes del clinker y el calor que liberan. Los componentes más activos son el C3S y C3A y de la cantidad de estos componentes depende la velocidad de fraguado y el calor que libera un cemento durante el proceso de hidratación. Tabla 3.1. Clasificación de los diferentes tipos de cementos Pórtland según ASTM C-150 Tipo Nombre
C3S C2S C3A C4AF CŜH3
I II III IV
Calor a 7 días 330 250 500 210
Ordinario 50 25 12 8 5 (*) 45 30 7 12 5 Fraguado rápido 60 15 10 8 5 Fraguado lento 25 50 5 12 4 Resistente a V 40 40 5 10 4 250 sulfatos (*) Moderada resistencia a los sulfatos y bajo calor con ganancia normal de resistencia. Hidratación del cemento Portland
Cuando el cemento Pórtland se mezcla con agua, los diferentes componentes del clinker y el yeso empiezan a reaccionar con el agua formando una serie de compuestos denominados “compuestos hidratado”. En las Figura 3.2 a, b, c y d, se pude ver esquemáticamente como varía la formación de compuestos hidratados a 1 hora, 2 horas, 4 horas y 9 horas a partir del momento en que se mezcla el cemento con el agua.
Figura 3.2 a. 1 Hora: Disolución del polvo de cemento en agua y formación de los primeros hidratados en tono a lo granos de
Figura 3.2b. 2 Horas: Formación de cristales de etringita.
cemento.
Figura 3.2c. 4 horas: Se observa la presencia de hidróxido de calcio. Se inicia el fraguado.
Figura 3.2d: 9 Horas: La estructura ya está rígida y más compacta. Algunos poros empiezan a perder agua y quedan vacíos.
Los principales compuestos hidratados que se obtienen como productos de la hidratación son: Silicato cálcico hidratado (CSH): Constituye el principal componente ocupando
entre un 50 y 60% del volumen sólido de pasta. Debido a su pequeño tamaño, es el principal responsable de la resistencia de la pasta . Se puede ver en la Figura 3.3 a.
Figura 3.3 a. En la imagen de microscopio electrónico, el 1 señala CSH, el 2 CH y el 3 un poro. Hidróxido de calcio (CH ): ocupa alrededor de un 25% del volumen sólido de
pasta. Esta formado por cristales de hexagonales planos de tamaño mucho mayor que el CSH. Dado el carácter alcalino del hidróxido de calcio, el hormigón tiene un pH cercano a 12,5, lo que contribuye a producir una pasivación que protege a las enfierraduras en su interior. Lamentablemente, este compuesto es muy soluble y origina problemas de durabilidad de la pasta de cemento hidratada. Sulfoaluminatos: Este grupo está formado por la etringita, que aparece en las primeras horas, y por los sulfoaluminatos hidratados. Estos últimos compuestos se producen después de 18 horas, por disolución de la etringita. Estos compuestos son altamente vulnerables en presencia de sulfatos (por ejemplo agua de mar) y contacto con aluminio. En la figura 6.3b, se pueden ver imágenes de la etringita y monosulfoaluminatos hidrtados.
Figura 3.3b Imagen con cristales de etringita y monosulfoaluminato hidratado.
