HIDRATACIÓN DEL CEMENTO

Cuando se agrega agua al cemento Pórtland, los compuestos básicos presentes se transforman en nuevos compuestos por reacciones químicas. Como por ejemplo:

Silicato tricálcico + agua → gel de tobermorita + hidróxido de calcio
Silicato dicálcico + agua → gel de tobermorita + hidróxido de calcio
Ferroaluminato tetracálcico + agua + hidróxido de calcio → hidrato de calcio
Aluminato tricálcico + agua + hidróxido de calcio → hidrato de Aluminato tricálcico
Aluminato tricálcico + agua + yeso → sulfoaluminatos de calcio

• Las dos primeras reacciones, donde intervienen los silicatos de calcio, que constituyen alrededor del 75% por peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para producir dos nuevos compuestos: gel de tobermorita el cual es no-cristalino e hidróxido de calcio que es cristalino. En la pasta de cemento completamente hidratada, el hidróxido de calcio constituye el 25% del peso y el gel de tobermorita, alrededor del 50%.

• La tercera y cuarta reacciones muestran como se combinan los otros dos compuestos principales del cemento Pórtland con el agua para formar productos de reacción.

• En la última reacción aparece el yeso, compuesto agregado al cemento Pórtland durante la trituración del Clinker para controlar el fraguado.
Cada producto de la reacción de hidratación desempeña una función en el comportamiento mecánico de la pasta endurecida. El más importante de ellos es el compuesto llamado gel de tobermorita, el cual es el principal compuesto aglomerante de la pasta de cemento, porque liga o aglutina entre sí a todos los componentes. Este gel es una sustancia dividida, muy fina, con estructura coherente, con una composición y estructura semejantes a la de un mineral natural, llamado tobermorita.
La rapidez de hidratación es afectada, además de la composición, por la finura del molido, la cantidad de agua agregada y las temperaturas de los componentes al momento de mezclarlos. Para lograr una hidratación más rápida, los cementos se trituran hasta dejarlos muy finos. El diámetro promedio de un grano de cemento Pórtland proveniente de la trituración del Clinker es de alrededor de 10 μm. Las partículas del producto de hidratación, como el gel de tobermorita, son del orden de una milésima de ese tamaño, por lo que su enorme superficie específica, de alrededor de 3 millones de cm2 por gramo, produce fuerzas de atracción entre las partículas. Estas fuerzas ocasionan que las partículas de gel de tobermorita se adhieran entre sí y con otras partículas introducidas en la pasta de cemento.

CALOR DE HIDRATACIÓN

La reacción del cemento con el agua es exotérmica; es decir, se genera calor en la reacción, durante la hidratación del cemento.
Se puede sacar ventaja de esta propiedad, durante el tiempo frío, para mantener temperaturas adecuadas de curado mediante el aislamiento que brinda el encofrado. No obstante, para las cortinas de presas y otras estructuras de hormigón masivo, deben tomarse medidas para reducir o eliminar el calor mediante el diseño y métodos de construcción adecuados, esto puede comprender la circulación de agua fría u otros medios de enfriamiento. Otro método para controlar el desprendimiento de calor es reducir el porcentaje de compuestos que generan elevado calor de hidratación, como el C3A y el C3S, y usar un cemento con menos finura.
El uso de agregado grande (≤ 15cm) también ayuda a reducir el requisito del cemento y el calor consecuente, al reducir la cantidad de agua, y por tanto menos cemento, con la misma relación agua/cemento.
A continuación se dan los valores para la cantidad total de calor desprendido durante la hidratación completa del cemento:

Silicato tricálcico 120 cal/gr
Silicato dicálcico 62 cal/gr
Aluminato tricálcico 207 cal/gr
Ferroaluminato tetracálcico 100 cal/gr
Cal Libre 279 cal/gr

Si se considera que la cantidad de calor generada durante los primeros 7 días de hidratación para el cemento del Tipo I es el 100%, entonces:

Tipo II, moderadamente resistente al sulfato 85-94%
Tipo II. calor moderado de hidratación 75-85%
Tipo III, alta resistencia temprana 150%
Tipo IV, bajo calor de hidratación 40-60%
Tipo V, resistente al sulfato 60-90%

Los porcentajes son un poco mayores después de, más o menos, un año.