COMPOSICIN QUIMICA DEL CONCRETOLa composicin bsica del concreto
es cemento, agua y agregados. El cemento y los agregados
representan un 25% y 65% del concreto formado respectivamente,
aunque esto puede variar segn el uso y destino del concreto. De
esta manera, las propiedades qumicas y fsicas del concreto
dependern en gran medida de las propiedades que presenten estos
materiales y del grado en que el cemento se hidrate. Una hidratacin
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 adhesivas y cohesivas las
cuales lo hacen de unir fragmentos de minerales dentro de una masa
compacta. Esta definicin abarca una gran cantidad de materiales
cementosos. Para fines de construccin, la palabra cemento es
utilizada para todo aquel material cuya finalidad es unir
ladrillos, rocas o bloques. Los tipos de cementos utilizados para
la fabricacin de tuberas de drenaje tienen la propiedad de
endurecerse cuando se mezcla con agua, bajo una reaccin qumica y de
sta manera reciben el nombre de cementos hidrulicos.Como los
agregados ocupan un gran volumen del concreto formado, su calidad
es de gran importancia, ya que no solo pueden afectar la fortaleza
del concreto, sino tambin su durabilidad y su resistencia al ataque
de cidos y sulfatos. El uso del agregado es visto en muchos casos
como un material inerte y econmico, con el que se puede aumentar
los volmenes de pasta del concreto, sin embargo, tambin representa
un buen material de construccin que no es totalmente inerte. Sus
propiedades trmicas, fsicas y algunas veces las propiedades qumicas
influyen las propiedades del concreto. Un buen ejemplo de lo
anterior es el uso de agregados alcalinos para aumentar la
resistencia del concreto al ataque de cidos.CEMENTO PORTLANDPor ser
uno de los cementos ms ampliamente usado y fabricado en todo el
mundo, el cemento Portland (Joseph Aspdin y James Parker patentaron
en 1824 el Portland Cement, denominado as por su color gris verdoso
oscuro similar a la piedra de Portland. Isaac Johnson, en 1845,
obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza
y arcilla calcinada a alta temperatura) representa un ejemplo
adecuado en el anlisis de composicin y propiedades de los
cementos.El cemento est compuesto por una serie de componentes, de
frmula qumica un tanto complejas, tratare de ver los mas
importante.Las materias primas para la fabricacin de cemento
portland son los minerales ricos en CaO, slice, almina y oxido de
fierro. Estos minerales al ser horneados reaccionan unos con otros
y forman una serie de xidos complejos (clinker) que, junto con el
CaO que no reaccion, alcanzan un equilibrio. La Tabla 1 muestra los
principales componentes del cemento Portland con sus respectivas
abreviaciones. En este caso C=CaO, S=SiO2, A=Al2O3 y F=Fe2O3 y agua
es denotado con H. La variacin en porciento de estos componentes en
el cemento da como resultado diferentes tipos de cemento. Aparte de
los componentes listados en la Tabla 1, existen otros que se
encuentran en menor proporcin como MgO, CaO, K2O y Na2O, los cuales
ocupan solo un porcentaje mnimo del cemento, sin embargo, el MgO y
K2O conocidos como alcalis, son de gran importancia ya que estos
reaccionan con algunos agregados y causan la desintegracin y la
perdida de fortaleza 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 1PRINCIPALES
COMPONENTES DEL CEMENTO PORTLAND
Nombre del ComponenteComposicin del xidoAbreviacin
Silicato triclcico3CaO.SiO2C3S
Silicato biclcico2CaO.SiO2C2S
Aluminato triclcico3CaO.Al2O3C3A
Aluminato tetraclcico4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF
A continuacin se detallara cada nombre de los componentes
mayoritarios del Cemento Portland: 1. Silicato triclcicoEs uno de
los componentes mayoritarios del cemento sobre todo en el cemento
Prtland.Es el componente ms importante del cemento, el problema es
de tipo econmico, ya que su produccin resulta muy cara. Este
componente le confiere al cemento las siguientes propiedades:-
Mucha resistencia.- Endurecimiento rpido.- Al hidratarse se
desprende mucho calor, por lo que no interesa un cemento muy rico
en silicato triclcico cuando se trabaja con grandes volmenes de
cemento, (presas, puentes, etc.) Frmula qumica: 3CaO. SiO2 Reaccin
qumica de obtencin del silicato triclcico:CaO + CaO.SiO2
2CaO.SiO2
2. Silicato biclcicoEs uno de los componentes mayoritarios del
cemento sobre todo en el cemento Prtland.El silicato biclcico
presenta un calor de hidratacin inferior al del silicato triclcico.
Por eso el silicato biclcico, pude aparecer en concentraciones
altas en cementos, que se empleen para trabajar con grandes
volmenes de cemento, (presas, puentes, etc.)Este componente le
confiere al cemento las siguientes propiedades:- Mucha
resistencia.- Endurecimiento progresivo, de manera que a largo
plaza puede llegar a tener la misma resistencia que el silicato
triclcico. Frmula qumica: 2CaO. SiO2 Reaccin qumica de obtencin del
silicato biclcico:CaO + 2CaO.SiO2 3CaO.SiO2
3. Aluminato triclcico y aluminato tetraclcicoEl trixido de
dialuminio (Al2O3) (tambin conocido como almina), favorece el
proceso de coccin de las materias primas, funciona como fundente
favoreciendo las reacciones qumicas, que se dan entre el dixido de
silicio (SiO2) (tambin conocido como slice) y el carbonato clcico
(CaCO3) (tambin conocido como roca caliza).El aluminato triclcico
le proporciona el cemento muy poca resistencia.Los cementos con
alto porcentaje en aluminato triclcico, desprenden mucho calor
durante el proceso de hidratacin.El aluminato triclcico, se altera
fcilmente en presencia de sulfatos.El aluminato tetraclcico suele
llevar incorporados xidos de hierro.Los cementos que contengan
estos componentes en porcentajes altos, necesitan mucho agua de
hidratacin, ms que otros tipos de cementos. Frmulas
qumicas:4CaO.Al2O3.Fe2O3 y 3CaO.Al2O3 Reacciones qumicas de
obtencin de aluminato triclcico y aluminato tetraclcico:
Fe2O3 + CaO CaO.Fe2O3
CaO.Fe2O3 + CaO 4CaO.Al2O3.Fe2O3
Ahora detallaremos los componentes minoritarios del Cemento
Portland:1. El xido de magnesioEl xido de magnesio es un componente
minoritario del cemento sobre todo del cemento Prtland.El xido de
magnesio procede del carbonato de magnesio que puede estar mezclado
con las materias primas, sobre todo con la caliza. Al enfriarse el
clnker se puede transformar en periclasa, y esta al hidratarse
aumenta considerablemente su volumen, este proceso ocurre una vez
que el cemento ya est solidificado, por lo que un aumento de
volumen de uno de sus componentes, le supone al cemento la aparicin
de una serie de tensiones internas no deseadas, de manera que se la
concentracin del xido de magnesio fuera alta, estas tensiones
podran terminar agrietando la estructura. Por todo este es
importante que la proporcin de xido de magnesio sea pequea, ya que
en caso contrario, esto puede suponer un grave problema. Frmula
qumica: MgO
2. El xido de calcio libreEl xido de calcio es un componente
minoritario del cemento sobre todo del cemento Prtland.Se puede
hidratar como el xido de magnesio, en este proceso de hidratacin
ocurre lo mismo que en el proceso de hidratacin del xido de
magnesio, y presenta los mismos efectos no deseados, ya que por
efecto de la hidratacin se produce un aumento de volumen en el
slido, esto puede ocasionar tensiones internas que pueden
resquebrajar una determinada estructura. Frmula qumica: CaO La
reaccin qumica de hidratacin del xido de calcio es:CaO + H2O
Ca(OH)2
3. Trixido de azufre. Frmula qumica: SO3El trixido de azufre
procede de los combustibles que adicionamos al horno giratorio para
la realizacin del proceso de coccin. Estos combustibles pueden
tener una determinada riqueza en azufre, y al producirse la
combustin este se transforma en trixido de azufre. El trixido de
azufre puede escapar en forma de gas, en las zonas del horno que se
encuentran a alta temperatura, mientras que en las zonas del horno
que estn a una temperatura no tan alta, da lugar a sulfato de
calcio mediante la siguiente reaccin qumica:SO3 + CaO CaSO4
4. xido de potasio y xido de sodio.Estos componentes son
componentes minoritarios en el cemento.Algunas arcillas pueden
tener una cierta cantidad de potasio y sodio. Es conveniente
eliminarlos por volatilizacin. Si no se eliminan totalmente,
mediante el proceso de coccin, se pueden combinar con el CO2
atmosfrico, y transformarse en carbonatos, con el consiguiente
riesgo de producir un falso fraguado, efecto no deseado. Frmulas
qumicas: K2O y Na2OK2O + CO2 K2CO3Na2O + CO2 Na2CO3
