Composición de la pasta de cemento pórtland

H.J.H. Brouwers
Departamento de Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería Tecnológica
Universidad de Twente (Holanda)

Powers y Brownyard (1948) fueron los primeros que investigaron sistemáticamente la reacción del cemento con el agua y la composición de la pasta de cemento. Ellos introdujeron el concepto de agua no evaporable (agua retenida en el caso de aplicarse un tipo de secado de la muestra conocido como P-secado (P-dried)) y el de agua del gel (agua adicional retenida por encima de la saturación). Sus volúmenes específicos (vn y vg) son inferiores que los correspondientes a los del agua libre, produciendo una retracción química. Además, el agua retenida se relacionó posteriormente con el contenido de las cuatro fases más abundantes en el clínker, es decir, alita, belita, aluminato y ferrita.

En primer lugar, aquí su trabajo se revisa a fondo. Posteriormente, se demostrará que sus datos relativos a la retención de agua permiten el estudio de las reacciones molares de las fases principales y de los productos de reacción formados, lo cual representa una innovación importante. En este sentido, el C4AF reacciona muy probablemente con el C3S y/o el C2S para formar un hidrogranate que contiene silicio. Los silicatos de calcio restantes reaccionan para formar el gel C-S-H (C1.7SH3.2 cuando está saturado) y el CH. El C parece reaccionar exclusivamente con el C3A. En el caso de la carbonatación, ambas fases reaccionan para dar hemi-carbonato, mono-sulfato, etringita y aluminato de calcio tetrahidratado. El concepto de “grado de carbonatación” se introduce para cuantificar la fracción del mono-sulfato que se carbonata en el tiempo, permitiendo así la cuantificación de los cuatro productos de hidratación.

Los volúmenes específicos del agua no-evaporable y del agua del gel se determinan empleando las reacciones molares y los volúmenes específicos conocidos de los productos cristalinos de la hidratación. También, se han obtenido estas propiedades para el gel C-S-H amorfo, así como la densidad del gel C-S-H saturado (2,25 g/cm3) y su porosidad (34%). Para todos los productos de hidratación se obtiene un vn = 0,72 cm3/g, y para la mayoría de dichos productos de hidratación un vg = 0,9 cm3/g, lo que implica una concordancia acertada de las reacciones molares individuales y del modelo original de la pasta.

El nuevo modelo de reacción proporciona la masa y el volumen de cada producto de hidratación formado para cualquier composición dada del cemento (clínker y yeso), por lo que cada fase del clínker puede seguir su propio desarrollo en cuanto a la madurez. Esta información se utiliza para obtener una expresión mejorada para la porosidad real del gel de la pasta y del agua químicamente enlazada. Cada producto formado influye en las propiedades macroscópicas de la pasta, tales como la permeabilidad, la resistencia, la fluencia, la retracción química y la capacidad de enlace de la pasta. La cuantificación de estos productos según lo presentado aquí, será útil a la ingeniería que utilice materiales fabricados con cemento pórtland. (…)