Reacciones Químicas En El Cemento 26r48

POR: VALDIVIESO MÉNDEZ DAVID IRVIN INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA. INGENIERÍA CIVIL.

• Los orígenes del cemento se encuentran en el hidróxido de calcio y arena, que poco a poco capturan dióxido de carbono de la atmósfera, convirtiéndose en carbonatos: Ca(OH)2(s) + CO2 (g) → CaCO3(s) + H2O(g)

• Estos carbonatos forman las piedras calizas. La caliza (en un 80%) se mezcla con: • Pizarra (que contiene Al,Mg,Fe y silicatos SiO44-) en un 15%

• Hematita (Fe2O3) • Sílice (SiO2)

• Los materiales se llevan a un horno, y conforme aumenta la temperatura, se suceden una serie de fases, cada una con sus reacciones características: Secado. Deshidratación. Calcinación. Sinterización.

• El agua libre presente como humedad se desprende en un intervalo de temperatura hasta 110 o 200°C.

• A temperaturas de 100 a 400°C, los minerales ceden el agua adsorbida, incluyendo la interlaminar, y posteriormente, el agua combinada químicamente (hasta los 900°C aproximadamente). • Ejemplo: deshidratación de la caolitina a metacaolitina.

• El metacaolin da lugar a óxidos reactivos:

• El carbonato cálcico se descompone a temperaturas iguales o superiores a 896°C. Ésta temperatura sólo es válida para la calcita pura, entre más impurezas contenga se disocia a menor temperatura. (belita)

• Tanto la deshidratación como la disociación de carbonatos, nos dan lugar simplemente a óxidos reactivos.

• Al analizar la composición en este punto, se encuentran los siguientes compuestos:

Compuesto

CCN

% en masa

Óxido de calcio, CaO

C

61-67%

Dióxido de Sílice, SiO2

S

19-23%

Óxido de aluminio, Al2O3

A

2.5-6%

Óxido férrico, Fe2O3

F

0-6%

Sulfato

S

1.5-4.5%

Notación de la CCN. Clinker

CCN

Mass %

Silicato tricálcico (Ca3SiO5) ó (CaO)3 · SiO2

C3S

45-75%

Silicato dicálcico (Ca2SiO4) ó (CaO)2 · SiO2

C2S

7-32%

Aluminato tricálcico (Ca3Al2O6) ó (CaO)3 · Al2O3

C3A

0-13%

Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4 · Al2O3 · Fe2O3

C4AF

0-18%

Yeso CaSO4 · 2 H2O

• Antes de las reacciones rápidas y principales, hay un paso previo debido a las reacciones entre fases sólidas, que comienza desde los 550 o 600°C.

• Ejemplos:

• Reacciones en fase líquida, es la siterización en sí, también llamada clinkerización; tiene lugar a temperaturas de 1260 y 1310°C, los materiales se disuelven, y las reacciones se incrementan.

• A los 1338° C los materiales disueltos en el ferroaluminato tetracálcico (C4AF) reaccionan, formando todo el silicato dicálcico (C2S):

• El aluminato tricálcico (C3A) se termina de formar a los 1400° C. La cal que se encuentra en exceso reacciona con parte del silicato dicálcico (C2S) (belita) para formar silicato tricálcico (C3A) (alita):

• El material resultante es denominado clinker.

• Para mejorar las características del producto final al clinker se agrega aproximadamente el 2% de yeso y la mezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.

• El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato, estringita y monosulfato. • El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato de tricalcio formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato, siendo reacciones exotérmicas.