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La luz de sincrotrón desvela los secretos de la hidratación del cemento

Un equipo internacional de investigadores ha estudiado el proceso de hidratación de la alita, el componente principal del cemento Portland. Utilizando varias técnicas de análisis en el sincrotrón ALBA, han podido comprender aspectos clave del proceso de hidratación hasta ahora desconocidos. Los resultados son de interés industrial ya que permitirán optimizar las prestaciones de los morteros y hormigones.

Reacción de hidratación de la alita en diferentes escalas. / M. A. García Aranda

Aunque parece que tienen poco en común el cemento y la luz de sincrotrón, ha sido la utilización de esta última la que ha permitido a un grupo de investigadores, liderados por el Sincrotrón ALBA y en colaboración con la Universidad de Málaga, la Universidad de Milán y el Østfold University College de Noruega, descubrir a escala nanométrica cómo se hidrata la alita, el constituyente principal del cemento Portland. El estudio se publica en Scientific Reports,

Mediante el análisis por difracción de rayos X en una línea de luz de ALBA se han podido monitorizar las distintas etapas de la hidratación del cemento

La hidratación de los cementos Portland es un proceso complejo, donde intervienen reacciones químicas y cambios físicos diversos. De ahí que sea un campo de estudio destacado en la ciencia de materiales.

Cuando el tricalcio silicato (o alita) se hidrata, produce hidróxido de calcio cristalino (o portlandita) y el gel nanocristalino silicato cálcico hidratado (C-S-H). Esta reacción, originalmente estudiada por Le Chatelier, se conocía bien a nivel micro pero no a nivel nanométrico.

Mediante el análisis por difracción de rayos X en la línea de luz MSPD de ALBA, han podido monitorizar las distintas etapas de la hidratación del cemento: la disolución de la alita, la cristalización de la portlandita y la precipitación del gel C-S-H. Los resultados han demostrado que el gel C-S-H es heterogéneo a escala nanométrica y está compuesto de clinotobermorita y monoláminas de hidróxido de calcio.

Con estos resultados y otras observaciones de microscopía electrónica, el equipo ha propuesto un nuevo modelo del proceso de hidratación de la alita, que permite explicar comportamientos del cemento previamente incomprendidos.

Por ejemplo, justifica una característica llamativa de la hidratación de los cementos mezclados con cenizas volantes, donde el contenido de portlandita disminuye menos de lo previsto por el modelo termodinámico actual. Este modelo también asegura que la portlandita debe carbonatar antes de convertirse en el gel C-S-H pero estos experimentos demuestran que lo hace simultáneamente.

“Estos resultados, además de su interés a nivel científico, son relevantes para la industria ya que les permite disponer de datos cuantitativos para optimizar las prestaciones de los hormigones”, asegura Miguel Ángel García Aranda, investigador principal del estudio y director científico del sincrotrón ALBA.

Referencia bibliográfica :

Cuesta, A.; Zea-Garcia, J.D.; Londono-Zuluaga, D.; De la Torre, A.G.; Santacruz, I.; Vallcorba, O.; Dapiaggi, M.; Sanfélix, S.G.; Aranda, M.A.G. "Multiscale understanding of tricalcium silicate hydration reactions" Scientific Reports, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-26943-y

Fuente: Sincrotrón ALBA
Derechos: Creative Commons

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