¿De qué depende el calor de hidratación del cemento?
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Durante el proceso de hidratación se efectúan reacciones químicas exotérmicas, es decir, reacciones que liberan calor, haciendo que los concretos aumenten su temperatura al fraguar y endurecer. Este incremento es importante cuando se elaboran estructuras que involucran grandes volúmenes de concreto, tales como presas, pavimentos, entre otros, debido a que cuando ha ocurrido el fraguado y se inicia el descenso de la temperatura, se origina contracción del material, que puede conducir a la formación de grietas y fisuras.
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El calor de hidratación se define como la cantidad de calor en calorías por gramo de cemento deshidratado, después de una hidratación completa a una temperatura dada. Depende de la composición del cemento y es aproximadamente igual a la suma de los calores de hidratación de los compuestos individuales. El procedimiento para medirlo se encuentra descrito en la norma NTC117 y ASTM C186.
El primer compuesto en reaccionar con el agua es el aluminato tricálcico (C3A), que en presencia de yeso, forma pequeñas agujas de etringita (sulfoaluminato de calcio) alrededor del grano de cemento. Posteriormente a este proceso se inicia el fraguado de la pasta de cemento; y los siguientes compuestos en reaccionar son la, alita (C3S) y la belita (C2S), cuyas reacciones se presentan al finalizar el fraguado de la pasta, estas reacciones son importantes, para el desarrollo resistente y durable de un concreto o mortero. La hidratación de los silicatos también produce hidróxido cálcico o pórtlandita (CH), este producto no contribuye al desarrollo de resistencias mecánicas en la pasta de cemento, pero le confiere a la pasta de cemento la alcalinidad necesaria para proteger el acero de refuerzo embebido en el concreto, la pórtlandita ocupa entre un 20% a 25% del volumen total de los sólidos en la pasta de cemento hidratado, y por tanto, se puede decir que hasta los 3 días de edad.
La relación agua/cemento, finura del cemento y temperatura de curado también son factores que intervienen. Un aumento de la finura, del contenido de cemento y de la temperatura de curado aumenta el calor de hidratación. El cemento puede liberar calor por muchos años, siendo la tasa de generación de calor mayor en las edades tempranas. Se genera una gran cantidad de calor en los tres primeros días, con la mayor tasa de liberación de calor normalmente ocurriendo a lo largo de las primeras 24 horas. Si este calor no se disipa rápidamente, puede ocurrir un aumento considerable de la temperatura del concreto. Este aumento de temperatura puede ser indeseable, pues después del endurecimiento, el enfriamiento no uniforme de la masa de concreto hasta la temperatura ambiente puede crear tensiones de tracción (esfuerzos de tensión) indeseables.
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Por otro lado, el aumento de la temperatura en el concreto causado por el calor de hidratación es frecuentemente beneficioso en clima frío, pues ayuda a mantener las temperaturas favorables para el curado, y además los materiales pueden ser seleccionados para minimizar o maximizar el calor de hidratación, dependiendo de la necesidad. Los cementos con mayor contenido de silicato tricálcico y aluminato tricálcico, tienen mayores tasas de generación de calor que otros cementos. El silicato tricálcico o el aluminato tricálcico químicamente generan más calor, y a una velocidad mayor, que el silicato dicálcico o de otro tipo de cementos compuestos.
El contenido de sulfatos, en relación con el control de la hidratación de aluminato de calcio, participa en la tasa de liberación de calor. Una finura más alta proporciona un área de mayor superficie que se humedece, resultando en una aceleración de la reacción entre el cemento y el agua. Otros factores que influyen en la generación de calor en el concreto son: el contenido de cemento, la relación agua-cemento, la colocación y la temperatura de curado, la presencia de minerales químicos y aditivos, y las dimensiones del elemento estructural.
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Conclusión
El calor de hidratación del cemento es un factor muy relevante para el fraguado del concreto, y depende en gran medida del tipo de cemento y materiales que se usen en la mezcla, pero es de vital importancia controlarlo para evitar problemas en los elementos a fundir.
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