2 Composición
El cemento Portland consiste en cuatro compuestos principales de clinker, C3S, C2S, C3A y C4AF junto con el yeso agregado durante la molienda. Las porciones relativas de estos compuestos se pueden cambiar para optimizar las propiedades específicas del cemento (discutidas con más detalle a continuación). La tabla 2 muestra las composiciones compuestas típicas, que se calculan asumiendo (incorrectamente) estequiometrías ideales y equilibrio químico en el horno (el cálculo del Bogue).
Tabla 2., Composición compuesta media del cemento Portland (Peso.%).,
Note: *This cement is usually ground more finely: ∼550 m2kg−1 compared to 380 m2kg−1
All the clinker compounds form solid solutions with small amounts of every element that is in a clinker., Además de los cuatro óxidos principales, MgO, K2O y Na2O son impurezas ubicuas en la mayoría de las materias primas. El C3S impuro se llama Alita: reacciona más rápidamente con el agua que el C2S puro. el C2S existe como cuatro polimorfos principales: γ, β, α’ y α. A temperaturas ambiente, el polimorfo γ No hidráulico es termodinámicamente estable pero, en el cemento, las impurezas estabilizan el polimorfo β hidráulico. Impure C3A contiene cantidades considerables (∼10 mol.% ) de hierro, lo que puede hacerlo menos reactivo que el compuesto puro., Los altos niveles de sustitución de sodio modifican su estructura cristalina de ortorrómbica a cúbica con una disminución correspondiente en la reactividad.
c4af no tiene una estequiometría exacta; la solución sólida continua entre A y F permite que su composición varíe de aproximadamente C6A2F a C6AF2. Por esta razón C4AF se llama generalmente la fase de ferrita. Aunque en muchos cementos la composición de la fase de ferrita es cercana a C4AF, en aquellos que tienen muy bajos contenidos de C3A, la composición es más cercana a C6AF2. A medida que aumenta el contenido de hierro, la reactividad de la fase de ferrita disminuye., Es la fase de ferrita la que da al cemento su color: cuando el MgO está presente en la fase de ferrita, se vuelve negro y el cemento gris.
si el contenido de MgO es bajo, o si la fase de ferrita contiene hierro ferroso apreciable (debido a una atmósfera reductora en el horno), el cemento es más marrón. Además, la MgO cristalina (periclasa) está presente en la mayoría de los clinkers, típicamente en el rango de 2-4 wt.%. Existen límites en la cantidad de MgO, ya que su lenta hidratación puede causar expansiones disruptivas en la pasta endurecida., En los clinkers que se producen usando carbón con alto contenido de azufre como combustible, a veces se producen sulfatos alcalinos, como KS o C2KS3; estos compuestos pueden afectar el comportamiento de ajuste y pueden disminuir la fuerza de 28 días.
Los cementos pueden clasificarse de acuerdo con los tipos ASTM que figuran en la Tabla 2. Estas clasificaciones se basan principalmente en el rendimiento, no en la composición, aunque en general los Cementos del mismo tipo tienen composiciones ampliamente similares. Más del 90% de todo el cemento Portland fabricado en los EE.UU. es de tipo I. Cuando se requiere una mayor resistencia a edades tempranas (1-3 días) se puede utilizar un tipo III., Esto se muele más finamente para que su hidratación general sea más rápida. El cemento tipo IV se puede utilizar para evitar el agrietamiento térmico en el hormigón de masa, al reducir el calor de hidratación y, por lo tanto, la temperatura interna de la masa, pero ya no se fabrican en los EE. En presencia de altas concentraciones de sulfatos en aguas subterráneas o suelos, los productos de hidratación de C3A pueden sufrir reacciones adicionales que resultan en una expansión disruptiva. La resistencia del hormigón al ataque de sulfato se puede mejorar reduciendo el contenido de C3A en un cemento tipo V., El cemento tipo II tiene propiedades intermedias entre las del tipo I y las del tipo V.
aparte de los cinco tipos ASTM de cemento Portland, hay otros cementos especiales disponibles. Los cementos mezclados, que contienen materiales silíceos reactivos (puzolanas), o escorias hidráulicas mezcladas con el tipo I, se utilizan en la mayoría de los países como alternativas a los tipos IV y V. en la hidratación, forman más C–S–H y menos hidróxido de calcio. Los cementos expansivos son Cementos Portland modificados que contrarrestan los efectos de la contracción por secado al formar grandes cantidades de etringita para generar una expansión restringida., Algunos cementos especiales utilizan ettringita para proporcionar una alta resistencia temprana. Los cementos de albañilería y los cementos de pozos de petróleo son Cementos Portland, modificados para optimizar los requisitos especiales de estas aplicaciones. Los aluminatos cálcicos (cementos con alto contenido de alúmina) se utilizan principalmente para hormigones refractarios. No se pueden utilizar con fines estructurales debido a la pérdida potencial de resistencia durante el servicio. Los cementos de oxicloruro de magnesio (Sorel) se pueden usar solo para aplicaciones interiores porque no resisten la humedad.