Alítea
La alita es una forma impura de silicato tricálcico , Ca3SiO5 , a veces formulada como 3CaO·SiO2 ( C3S en la notación química del cemento ) , típicamente con un 3-4% de óxidos sustituyentes. [1] Es la fase principal y característica del cemento Portland . El nombre fue dado por Törnebohm en 1897 a un cristal identificado en la investigación microscópica del cemento Portland. [ 2] La hatrurita es el nombre de un mineral que está sustituido con C3S . [1] [3]
Composición y estructura
La alita presente en el cemento Portland difiere en su composición del silicato tricálcico simple . Es una solución sólida y contiene cantidades menores de otros óxidos además de CaO y SiO 2 . Una composición típica es: [4]
| Óxido | Masa % |
|---|---|
| CaO | 71.6 |
| SiO2 | 25.2 |
| Al2O3 | 1.0 |
| Fe2O3 | 0,7 |
| MgO | 1.1 |
| Na2O | 0,1 |
| K2O | 0,1 |
| P2O5 | 0,2 |
En base a esto, la fórmula puede expresarse como Ca 2,90 Mg 0,06 Na 0,01 Fe 0,03 Al 0,04 Si 0,95 P 0,01 O 5 . En la práctica, la composición varía con la composición en masa del clínker , sujeta a ciertos límites. La sustitución de iones de calcio o iones de ortosilicato requiere que las cargas eléctricas se mantengan en equilibrio. Por ejemplo, un número limitado de ortosilicato ( SiO4−4) los iones pueden reemplazarse con sulfato ( SO2−4), siempre que por cada ion sulfato, se requieran dos iones aluminato ( AlO5−4) Los iones también están sustituidos.
Polimorfos
El silicato tricálcico es termodinámicamente inestable por debajo de 1250 °C, pero puede conservarse en un estado metaestable a temperatura ambiente mediante enfriamiento rápido: con un enfriamiento lento tiende a revertirse a belita ( Ca 2 SiO 4 ) y CaO.
A medida que cambia la temperatura, pasa por varios estados polimórficos:
| Temperatura (°C) | Nombre | Cristal |
|---|---|---|
| >1070 | R | Romboédrico |
| 1060-1070 | M 3 | Monoclínico |
| 990-1060 | M2 | Monoclínico |
| 980-990 | M 1 | Monoclínico |
| 920-980 | T3 | Triclínica |
| 620-920 | T2 | Triclínica |
| <620 | T1 | Triclínica |
Los polimorfos se diferencian estructuralmente por pequeñas deformaciones de la estructura hexagonal básica.
Pasos de hidratación
La alita es la fase principal del cemento Portland responsable del fraguado y del desarrollo de la resistencia "temprana". El otro silicato, la belita, contribuye a la resistencia "tardía", debido a su menor reactividad. La alita es más reactiva debido a su mayor contenido de Ca y a la presencia de un ion óxido en la red. Durante la molienda del clínker, el primer paso de disolución parcial del C3S implica la hidratación de los iones óxido superficiales y conduce a una superficie de C3S hidroxilada . [ 5]
- 3Ca+2+SiO4−4+ O2− + H2O → 3Ca2 + + SiO4−4+ 2OH −
Reacciona con el agua (aproximadamente) según la reacción:
- 2Ca 3 SiO 5 + 6H 2 O → 3CaO·2SiO 2 ·3H 2 O + 3Ca(OH) 2
Lo cual también se puede escribir en notación química del cemento como:
- 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH
- 2Ca3SiO5alita+ 6H2O → CSH +3Ca(OH) 2Portlandita
El hidrato se denomina hidrato de silicato de calcio (fase "CSH") y crece como una masa de agujas entrelazadas que proporcionan la resistencia del sistema de cemento hidratado. La alta reactividad de la alita es deseable en la fabricación de cemento Portland y esto se logra reteniendo, en la medida de lo posible, polimorfos de alta temperatura en cristales que son pequeños, distorsionados y altamente defectuosos. Los defectos proporcionan sitios para el ataque inicial del agua.
La alita como precursora de las fases silicatadas encontradas en el mortero de cal medieval
La composición de la alita rica en CaO (71,6 % en peso) y relativamente pobre en SiO2 ( 25,2 % en peso) (véase la tabla anterior) puede ayudar a entender por qué en determinadas condiciones, si se alcanza una temperatura suficientemente alta en un horno de cal durante un tiempo suficiente, la alita también puede formarse directamente pirolizando solo piedra caliza silícea (que contiene impurezas amorfas de SiO2 hasta un 25 – 30 % en peso). Es posible que en ocasiones se haya producido mortero hidráulico o cemento pre-Portland de esta manera a pequeña escala durante la época medieval en lugares donde la piedra caliza estaba cementada por sílice amorfa o contenía nódulos de sílex o muchas impurezas de arcilla .
Esta es probablemente la razón por la que algunos antiguos morteros de cal medievales utilizados para construir la catedral de Tournai (Bélgica) muestran un carácter hidráulico inesperado como lo revela un estudio mineralógico realizado por Mertens et al . (2006) que evidenció la presencia de wollastonita y rankinita junto con fases de hidrato de silicato de calcio en morteros de cal. La única explicación para el descubrimiento de estas fases de silicato normalmente no esperadas en el mortero de cal es que se han formado por la hidratación de silicato de calcio como Ca 3 SiO 5 (C 3 S) o Ca 2 SiO 4 (C 2 S) formado a alta temperatura junto con óxido de calcio en el horno de cal . [6] En el área de Tournai ( Bélgica ), las calizas tournaisianas son particularmente ricas en sílice amorfa y se explotan como piedra de construcción y para hacer mortero de cal desde edades muy antiguas. Se desconoce si los constructores de catedrales de esta área eran conscientes de las propiedades hidráulicas de su mortero de cal o desarrollaron intencionalmente su uso después de su hallazgo fortuito.
Detección
Vea el artículo sobre belite .
Véase también
- Horno de cemento : horno rotatorio de alta temperatura utilizado para producir clínker.
- Notación química del cemento : Notación abreviada para fórmulas químicas de óxidos comunes
Notas
- ^ ab Taylor, HF W. (1997). Química del cemento (2.ª ed.). Londres: T. Telford. ISBN 0-7277-2592-0.OCLC 38207086 .
- ^ Bournazel, Jean-Pierre; Malier, Yves; Regourd, Micheline Moranville (1998). El hormigón, del material a la estructura . Publicaciones Rilem. ISBN 2-912143-04-7..
- ^ "Hatrurita". mindat.org . Hudson Institute of Mineralogy . Consultado el 5 de noviembre de 2020 .
- ^ Taylor, HFW (1990). Química del cemento. Academic Press. págs. 10-11. ISBN 0-12-683900-X.OCLC 925061061 .
- ^ RK Mishra; RJ Flatt; H. Heinz (2013). "Campo de fuerza para el silicato tricálcico y conocimiento de las propiedades a escala nanométrica: escisión, hidratación inicial y adsorción de moléculas orgánicas". Journal of Physical Chemistry C . 117 (20): 10417–10432. doi :10.1021/jp312815g.
- ^ Mertens, Gilles; Elsen, enero; Ladurón, Dominique; Brulet, Raymond (31 de diciembre de 2006). "Minéralogie des silicates de calcio présents dans des mortiers anciens à Tournai". ArqueoCiencias . Varia (30): 61–65. doi : 10.4000/arqueociencias.150 . ISSN 1960-1360 . Consultado el 21 de julio de 2010 .
