Leccion2.Componentes.MAYORITARIOS

COMPONENTES MAYORITARIOS- SILICATO TRICALCICO
SU CONTENIDO EN EL CLINKER PUEDE VARIAR DESDE EL 50 % HASTA EL 70 %
Y ES EL COMPONENTE PRINCIPAL Y DECISIVO DEL CLINKER, YA QUE LE
CONFIERE SUS CUALIDADES RESISTENTES Y SUS PROPIEDADES.
(DETERMINA LA RAPIDEZ DE FRAGUADO Y LAS RESISTENCIAS MECÁNICAS)
EN UNA SEMANA DESARROLLA PRÁCTICAMENTE SU RESISTENCIA (ALTA
RESISTENCIA INICIAL) Y DESPUÉS PRESENTA UNA ELEVACIÓN LENTA
SE PUEDE OBSERVAR QUE
HABLANDO DEL COMPUESTO PURO
LA FORMA POLIMÓRFICA ESTABLE A
TEMPERATURA AMBIENTE ES LA T1.
FORMAS POLIMÓRFICAS DE ALTA
TEMPERATURA PUEDEN SER
ESTABILIZADAS A TEMPERATURA
AMBIENTE POR LA ENTRADA EN
SOLUCIÓN SÓLIDA DE IMPUREZAS,
LAS CUALES USUALMENTE ESTÁN
PRESENTES EN LAS MATERIAS
PRIMAS QUE SE USAN EN LA
FABRICACIÓN DEL CLINKER.
EN EL CLINKER INDUSTRIAL LAS
FORMAS POLIMÓRFICAS QUE
SE HAN ENCONTRADO A
TEMPERATURA AMBIENTE SON
LA M1 O LA M3
O UNA MEZCLA DE ELLAS,
ENCONTRÁNDOSE ALGUNAS
VECES LA T2.
LA FORMA POLIMÓRFICA
ROMBOÉDRICA, R, ES MUY RARO
ENCONTRARLA EN LOS CLINKERES
COMERCIALES.
COMPONENTES MAYORITARIOS- SILICATO TRICALCICO
CATIONES MÁS FRECUENTES QUE ENTRAN EN SOLUCIÓN SÓLIDA EN EL
SILICATO TRICALCICO
Mg2+ , Al3+ , Fe3+ , CON PEQUEÑAS CANTIDADES DE K+ Y Na+ .
PROVIENEN DE LAS IMPUREZAS DE MgO, Al2O3 , Fe2O3 , Na2O Y K2O
PRESENTES EN LAS MATERIAS PRIMAS O EN EL COMBUSTIBLE.
EL LÍMITE DE
SUSTITUCIÓN DEL
MgO NO VIENE
AFECTADO POR LA
INCORPORACIÓN
DEL Al3+ O DEL
Fe3+ O AMBOS
PERO EL Al3+ Y EL
Fe3+ COMPITEN
POR LOS MISMOS
LUGARES Y, POR
TANTO, EL LÍMITE
DE UNO DISMINUYE
CON LA PRESENCIA
DEL OTRO.
LOS CONTENIDOS DE MgO y SO3 EN EL CLINKER SON
ESPECIALMENTE IMPORTANTES A LA HORA DE DETERMINAR SI
OCURRE LA TRANSFORMACIÓN DE M3 a M1.
ALTOS CONTENIDOS
DE MgO favorecen la
presencia de pequeños
cristales de M3, mientras
que altos contenidos de
SO3 favorecen la
presencia de grandes
cristales de M1
La tendencia a la formación de
M1 disminuye si la relación
Alcalis
SO3
es alta, ya que en este caso se
forman sulfatos alcalinos.
(Disminuye el contenido de SO3)
SILICATO
DICALCICO
LA FORMA POLIMÓRFICA
estable a temperatura
ambiente es la γ-C2S, que
no es hidráulica
β
-C2S.
LA FORMA POLIMÓRFICA
QUE COMÚNMENTE SE
ENCUENTRA EN EL
CLINKER COMERCIAL ES
LA β-C2S
EL SILICATO DICÁLCICO
IMPURO QUE SE
ENCUENTRA EN EL
CLINKER SE DENOMINA
BELITA
PREDOMINANTEMENTE O
ENTERAMENTE ES LA
FORMA POLIMÓRFICA
β-C2S
Y OCASIONALMENTE LAS
FORMAS α y α’
LA BELITA SE ESTABILIZA CON RESPECTO A LA
TRANSFORMACIÓN A LA FORMA γ - C2S MEDIANTE LA ENTRADA
EN SOLUCIÓN SÓLIDA DE IONES AJENOS Y ENFRIANDO EL
CLINKER RÁPIDAMENTE.
SI DURANTE EL ENFRIAMIENTO DE UN CLINKER COMERCIAL
TIENE LUGAR LA TRANSFORMACIÓN β ⇒ γ, DEBIDO A QUE LA
FORMA γ ES MENOS DENSA TIENE LUGAR UN GRAN CAMBIO DE
VOLUMEN (ΔV≈ 12 %), LO QUE PRODUCE LA DESINTEGRACIÓN
DEL CLINKER (LA FORMA β - C2S SE ROMPE), DANDO LUGAR A
GRANDES CANTIDADES DE POLVO, LO QUE CONSTITUYE UN
SERIO PROBLEMA PARA LA EFICIENCIA DEL ENFRIADOR.
POR OTRA PARTE, COMO LA FORMA γ -C2S NO ES HIDRÁULICA
TAMBIÉN LA CALIDAD DEL CLINKER SE VENA PERJUDICADA.
En la practica la transformación anterior es muy raro
que se presente, ya que están presentes, en cantidad
suficiente, álcalis, en particular el ión K+ , que estabiliza
la forma β - C2S.
Otra manera de suprimir la transformación β ⇒ γ es
limitar el crecimiento del cristal, lo cual se puede
conseguir enfriando rápidamente.
Si los cristalítos de β - C2S son lo suficientemente
pequeños, por ejemplo menores de 5 μm, la
transformación no ocurre, aún cuando no haya iones
estabilizadores presentes.
La presencia de SiO2, F, Mg (2 % en la belita o 5-6 % en
el clinker) promueven la transformación β ⇒ γ.
Se ha probado que la forma α’- C2S es más hidráulica
que la forma β, pero la entrada en solución sólida de
iones fosfato invierte dicha aseveración, ya que se ha
encontrado que la forma α’- C2S estabilizada a
temperatura ambiente por grandes cantidades de fosfato
clásico Ca3(PO4)2 , no es hidráulica.
En general, las proporciones de iones ajenos (cationes
Fe3+, Mg2+, K+ y aniones : SO42- y PO43- ), que entran en
solución sólida en la BELITA son mas altas que en el
caso de la ALITA.
Los iones anteriores, por ejemplo, los fosfatos, los
cuales estabilizan el C2S de alta temperatura durante la
clinkerización inhiben la formación del C3S y, por tanto,
deben evitarse y su contenido debe ser inferior al 0.3 %.
La reactividad hidráulica de las diferentes formas
polimórficas del silicato dicálcico es:
Para las formas α’, α y β estabilizadas con MgO, K2O,
Fe2O3 , Na2O, Al2O3, etc se tiene:
α > α’ > β
mientras que si están estabilizadas con P2O5 el orden es :
β > α’ > α
COMPONENTES MAYORITARIOS- SILICATO DICALCICO
COMPONENTES MAYORITARIOS- SILICATO DICALCICO
COMPONENTES MAYORITARIOS- ALUMINATO TRICALCICO
Su contenido en el clinker puede variar desde el 7 % hasta el 15 %.
El aluminato tricalcico (C3A) es un compuesto definido que tiene
una estructura cúbica con a = 1.5263 nm y no presenta
polimorfismo cuando es puro (62.3 % de CaO , 37.7 % de Al2O3)
La celda unitaria puede ser considerada como un conjunto de 64
(43) subceldas, de lado igual a a0 = 0.3816 nm.
La estructura contiene 8 anillos, que ocupan 8 subceldas, de
fórmula Al6O1818- de 6 tetraedros AlO4 interconectados por átomos
(iones) Ca2+ localizados en los vértices de las subceldas. Esos
anillos están fuertemente plegados de tal manera que los atamos de
aluminio están situados muy cerca de 6 de los vértices de un cubo.
Hay 8 agujeros de 1.47 Å de radio por fórmula unidad.
Los centros de las 56 subceldas que permanecen libres están
ocupados por átomos de Ca y los 16 restantes, de los 72 átomos
de Ca que contiene la celda unitaria, están localizados cerca de los
vértices de algunas de las subceldas.
OXIGENO
ALUMINIO
ESTRUCTURA MUY ABIERTA
El C3A puede incorporar en su estructura iones Na+ por sustitución
de iones Ca2+ con inclusión de un segundo ión Na+ en cualquier vacante
existente, por ejemplo en el centro de uno de los 8 anillos, Al6O1818- Se
obtienen así una serie de soluciones sólidas de fórmula general:
Na2xCa3-xAl2O6 , [Ca9-3xNa6x(Al6O18)]
La sustitución ocurre sin cambio en la estructura cristalina hasta
un limite de un 1 % de Na2O (x = 0.04). Grados de sustitución más
elevados conducen a una serie de variantes de la estructura cristalina del
C3A.
En ausencia de otros iones sustituyentes el limite superior del Na2O
es del 5.7 %.
COMPONENTES MAYORITARIOS- ALUMINATO TRICALCICO
EL COMPUESTO NC8A3 APARECE EN LOS CEMENTOS Y
CORRESPONDE A UN CONTENIDO EN Na2O DEL 7.6 %. ESTE
CONTENIDO NO SE PUEDE ALCANZAR EN EL C3A SI SOLO EXISTE EL
IÓN SUSTITUYENTE Na+, SIN EMBARGO SI TAMBIÉN ESTA PRESENTE
EL IÓN Si4+ EL LIMITE SUPERIOR DE SUSTITUCIÓN DEL Na+ ESTA
PRÓXIMO AL VALOR DEL COMPUESTO MENCIONADO.
LA FASE CÚBICA DEL C3A (PURA) HIDRATA MÁS
RÁPIDAMENTE QUE LAS FORMAS POLIMÓRFICAS
ESTABILIZADAS CON IONES EXTRAÑOS. ASÍ EL C3A DOPADO
CON Na2O (RED MÁS DENSA Y, POR TANTO, ESTRUCTURA MÁS
COMPACTA) MUESTRA UNA ACTIVIDAD 2 O 3 VECES MÁS BAJA.
EN GENERAL, SE CONSIDERA QUE LA REACTIVIDAD DEL
ALUMINATO TRICÁLCICO CON EL AGUA DISMINUYE CON LA
INCORPORACIÓN DE SODIO (ESTRUCTURA MÁS COMPACTA)
COMPONENTES MAYORITARIOS- ALUMINATO TRICALCICO
COMPONENTES MAYORITARIOS- ALUMINATO TRICALCICO
EL ALUMINATO TRICÁLCICO REACCIONA MUY RÁPIDAMENTE CON EL
AGUA DANDO LUGAR A UN FRAGUADO CASI INSTANTÁNEO. SU ALTA
REACTIVIDAD SE DEBE A LOS AGUJEROS EXISTENTES EN LA
ESTRUCTURA.
LA REACCIÓN ESTA ACOMPAÑADA POR UNA GRAN EVOLUCIÓN DE
CALOR, PRODUCIÉNDOSE UNA VIOLENTA EVAPORACIÓN DEL AGUA.
UN MEZCLADO POSTERIOR CON AGUA PRODUCE UNA MASA PLÁSTICA Y
FÁCILMENTE TRABAJABLE, QUE FRAGUA Y ENDURECE DANDO UN
MATERIAL DE RESISTENCIA MECÁNICA MEDIANA SI SE MANTIENE EN UN
AMBIENTE HÚMEDO Y QUE SE DESINTEGRA Y SE DESMENUZA SI SE
INTRODUCE EN EL AGUA.
PARA RETRASAR SU ACTIVIDAD SE EMPLEA EL YESO, QUE ACTÚA COMO
REGULADOR DE FRAGUADO.
Desarrolla o produce algo de resistencia en un día, pero no aumenta
con el tiempo, La presencia del C3A aumenta la velocidad de
hidratación y el desarrollo de resistencias del C3S. (Se cree que actúa
como catalizador de las reacciones de hidratación de los silicatos).
El valor del C3A en el cemento portland parece que se limita a su efecto
de hacer posible la formación del clinker a las temperaturas que se
alcanzan en los hornos comerciales.
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
Su contenido en el CLINKER industrial puede variar desde el 5 %
hasta el 15 %. En los cementos comerciales la fase ferrítica es
siempre ortorrómbica.
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
A presiones ordinarias y en ausencia de otros óxidos que no sean el
Fe2O3 , el Al2O3 y el CaO, la fase ferritica puede ser preparada o
presentarse con cualquier composición dentro de la serie de soluciones
sólidas existentes entre el C2A (Aluminato dicálcico) y el C2F (Ferrito
dicálcico), las cuales se pueden representar por :
C2AxF1-x , o bien por
Ca2(Fe1-xAlx)O5
0 < x < 0.7
El valor de x que normalmente se observa en el CLINKER industrial es 0.5
[relación molar (Al2O3/ Fe2O3) igual a (1/1)]) y que corresponde al C4AF.
En algunos clinkeres comerciales la fase ferrítica es más aluminosa que
el C4AF (x = 0.5), siendo algunas veces próxima al C6A2F (x = 2/3).
Si x = 0 tenemos el ferrito dicálcico, C2F y si x =1 el aluminato dicálcico
(C2A), que solamente ha sido preparado a una presión de 2500 MPa.
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
EN EL LABORATORIO EL CLINKER ENFRIADO RÁPIDAMENTE
CONTIENE UNA FASE FERRÍTICA PRÓXIMA AL C6A2F, UN MENOR
CONTENIDO DE C3A Y FASE VÍTREA.
EL ENFRIADO LENTAMENTE LA FASE FERRÍTICA SE APROXIMA
AL C4AF Y EL CONTENIDO DE C3A ES MÁS ALTO.
EL CLINKER OBTENIDO EN LA PLANTA INDUSTRIAL ES
INTERMEDIO.
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
COMPONENTES MAYORITARIOS- FERROALUMINATO TETRACALCICO
Principales propiedades de los cementos portland, exentos de
adiciones, -resistencia mecánica, estabilidad y durabilidad (Resistencia
química)- en función del contenido de silicatos.
Principales propiedades de los cementos portland, exentos de adiciones,
-resistencia mecánica, estabilidad y durabilidad (Resistencia química)- en
función del contenido de aluminato y ferroaluminato.
Principales propiedades de los cementos portland, exentos de
adiciones, -resistencia mecánica, estabilidad y durabilidad
(Resistencia química)- en función del contenido de silicatos,
aluminato y ferroaluminato.
Características del hormigón en función de los componentes del cemento portland.
ALITA
BELITA