La aluminosis al descubierto (I) Cementos aluminosos

Dentro de esta serie de publicaciones trataremos sobre el fenómeno de la aluminosis, su estudio, determinación en obra y ensayos. Veremos por qué se produce y en qué circunstancias se desarrolla. Para comprender el proceso de la aluminosis, en primer lugar debemos conocer a su principal protagonista: el cemento aluminoso.

El cemento aluminoso, también denominado Cemento de Aluminato de Calcio (CAC) es un tipo de conglomerante hidráulico que se obtiene por calcinación y molienda de una mezcla de caliza y materiales de alto contenido en alúmina (Al2O3) como la bauxita, laterita o alúminas obtenidas en procesos industriales. Para obtener un producto de calidad los materiales de alúmina deben tener bajo contenido en óxidos de hierro, y los calizos en sílice y magnesio.

La alúmina, también presente en los ladrillos refractarios, le confiere a este cemento buenas propiedades frente a las altas temperaturas. Para denominar a un cemento aluminoso le pedimos que tenga un contenido de alúmina superior al 36% (generalmente se sitúa entre el 40% y el 70%) y que los óxidos de hierro no superen el 20% (desde el 19% hasta valores inferiores al 1%). Otros componentes como el óxido de calcio (CaO) oscilan entre el 30% y el 45%.

Como en cualquier tipo de cemento, no existe una composición química única, pues depende de la materia prima y su proceso de fabricación. Pero si buscamos la diferencia con un cemento portland nos fijaremos principalmente en dos componentes.

Alúmina (Al2O3) Superior al 36% en el cemento aluminoso y en torno al 5% en el cemento Portland.

El óxido de calcio (CaO) con valores superiores al 50% en el cemento Portland e inferiores al 45% en el cemento aluminoso.

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Hidratación del cemento de aluminato de calcio

Como en todos los cementos hidráulicos, la transformación de las fases minerales se produce durante su hidratación-fraguado. En estos cementos tiene gran influencia la temperatura de fraguado que modifica sustancialmente la composición final. En los cementos de aluminato de calcio están presentes las fases minerales CA, CA2, C12A7, α-Al2O3, C2AS, CAS2, C2S, CF, CF2, C4AF, C6AF2, y C6A2F y CT, siendo CA y CA2 predominantes. Veamos que ocurre cuando se hidratan los componentes mayoritarios.

Monoaluminato de calcio (CA)

La fase activa mayoritaria es el Monoaluminato de calcio CaO-Al2O3 ó CA (35,4 % de CaO y 64,6 % Al2O3, en peso) que cristaliza con la hidratación en el sistema monoclínico en las siguientes fases:

– Por debajo de 20ºC: CAH10 hexagonal (CaAl2O14H20) + un gel de composición AHx + AH3 cristalino (2Al(OH)3) + una pequeña proporción de C2AH8 (Ca2Al2O13H16) + CA anhidro (CaAl2O4)

– A temperaturas de hidratación superiores a 25ºC el hidrato CAH10 se trasforma en C2AH8 hexagonal, que por envejecimiento después de 24 horas pasa a la forma estable C3AH6 cúbica.

– Con temperaturas superiores a 30ºC, los principales productos formados son: C3AH6 cúbico [(Ca3Al2(OH)12] + pequeñas cantidades de geles de hidróxido de aluminio + hidróxido de aluminio cristalino (gibbsita) + C2AH8 hexagonal en pequeñas cantidades que al transcurrir el tiempo, o aumentar la temperatura, se disuelve y recristaliza en forma de C3AH6 cúbico.

A temperaturas superiores a 50ºC el fenómeno de conversión se acelera convirtiendo totalmente la pasta de cemento en C3AH6 cúbico y AH3 después de 24 horas.

Todos estos procesos son muy rápidos, lo que ocasiona que se den altas resistencias en las primeras etapas del fraguado (hidratación).

Dialúminato de calcio (CA2)

El dialúminato de calcio (21,7 % de CaO y 78,3 % de Al2O3, en peso) está presente en menor cantidad que el CA. Cristaliza también en el sistema monoclínico.

El CA2 reacciona lentamente con agua a temperaturas inferiores a 21ºC formando: CAH10 + AH3 (gibbsita cristalina) + gel de hidróxido de aluminio + pequeñas cantidades de C2AH8. Los productos de hidratación del CA2 son los mismos que los del CA, y también sufren el fenómeno de conversión en función del tiempo y de la temperatura, transformándose los hidratos hexagonales inicialmente formados, en C3AH6 cúbico, y una mayor cantidad de AH3.

Usos por sus características

El cemento aluminoso, por sus propiedades refractarias, produce hormigones muy resistentes al calor (hasta 1.500ºC) por lo que se emplea en construcciones que tengan que soportar altas temperaturas.

Durante su fraguado, en el cemento aluminoso se produce una alta reacción hexotérmica (desprende calor) que puede alcanzar los 35ºC en función de la geometría de los elementos hormigonados, temperatura y humedad ambiente. Es por ello útil a bajas temperaturas, pero en climas muy cálidos deben extremarse las precauciones y controlar el fraguado.

Sin embargo, la característica fundamental que favoreció su uso es la alta resistencia mecánica al cabo de pocas horas tras el hormigonado. Esta propiedad lo hizo muy rentable para la ejecución de prefabricados, de modo que los moldes podían reutilizarse con mayor rapidez. También en obras donde los sistemas de encofrado eran costosos, permitían el rápido desmoldeo y desapuntalamiento con el consiguiente aprovechamiento de los medios auxiliares. El fraguado completo se produce en un tiempo inferior a 7 días, si bien, en sus primeras 24 horas casi alcanza su resistencia final.

Al no contener estos cementos portlandita y aluminatos del tipo AC3 no existe riesgo de formación de la expansiva ettringita. Son resistentes a los ataques ácidos de agua de mar, de terrenos yesíferos o contaminados con sulfatos. Los aluminatos sí son atacables por los álcalis (hidrólisis alcalina) por lo que no deben ponerse en contacto con hormigones de otro tipo.

Actualidad

Actualmente no suelen producirse patologías por el uso incorrecto de hormigones de cemento aluminoso. Puede encontrase en construcciones de datan de finales de los años 50 hasta finales de los 70, principalmente en elementos prefabricados (viguetas de forjado) y construcciones complejas o especiales de hormigón armado.

 

 

Referencias bibliográficas (26 y 27)
Fotografía cabecera: Autor AlessandroOdo en http://commons.wikimedia.org bajo licencia Creative Commons.

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