Mezclas ternarias de cemento Portland, cemento de aluminato de calcio y sulfato cálcico : mecanismos de expansión
Authors:   , Torrens Martí David 
Published: July 2023

Portland cement is the most widely used building material. Is mainly composed of silicates, also has lesser proportion of aluminates and calcium sulfate. Its hydraulic nature generates in its hydration, the formation of new phases which provide properties (hardness, resistance...) very useful in the field of construction. Calcium aluminate cement is mainly composed of aluminate. Present a faster setting and resistance development higher than Portland cement. Its hydration provides different phases depending of the temperature. This fact provides conversion reactions with a volume decrease causing a resistance decrease.
For generate a new properties or improve some of them, exist a wide range binders materials formed for one o few cements with diverse additions. The different combinations provide a variation in the hydrated phases produced which generate changes in the mechanical properties of binders materials. Ternary systems formed by CP/CAC/CS, have been used to produce mixtures with different setting and hardened properties than separately cements. However, within of building materials, the applications of these systems are limited at insides due to durability problems.
This work studies the Portland cement rich zone within of ternary systems. Noting the hydrated phases formation, in special ettringite and relationship with dimensional variations which be produced.
Generally is observed which an increase in the ettringite formation provides a higher dimensional variation. Ettringite formation is function of CP/CAC and CAC/CS ratios. The amount of aluminates and sulfates control the formation of this phase, if the sulfate present do not consumed all aluminates, these reacts with the ettringite to form monosulfoaluminate decreasing the expansion. In the contrary the amount of sulfate is high the ettringite formation higher and provides higher dimensional variation, that percentages up to 5% generates fissures.
Also was verified that environmental of cured have influence in the dimensional variation. Samples with the same cement proportion and calcium sulfate have a different variation. When are cured at air be produced retraction, but when is cured under water be produced expansion. This fact may due at differences in the interlayer of the C‐S‐H, being more voluminous in the samples submerged per the inclusion of water molecules.

El cemento Portland es el material constructivo más usado. Está compuesto principalmente por silicatos, también tiene en menor proporción aluminatos y sulfato cálcico. Su naturaleza hidráulica, genera que en su hidratación se formen nuevas fases que proporcionan propiedades (endurecimiento, resistencia...) muy útiles en el campo de la construcción.
El cemento de aluminato de calcio está compuesto principalmente por aluminatos. Presenta un fraguado más rápido y un desarrollo de resistencias mayores que un cemento Portland. Su hidratación proporciona diferentes fases dependiendo de la temperatura a la que ocurra. Este
hecho produce ciertas reacciones de conversión con una disminución del volumen provocando una disminución de las resistencias.
Con el fin de generar nuevas propiedades o mejorar alguna de ellas, existe un gran número de materiales compuestos formados por uno o varios cementos con diversas adiciones. Las diferentes combinaciones de materiales, producen una variación en la producción de las fases hidratadas que conllevan cambios en las propiedades mecánicas de los materiales compuestos.
Los sistemas ternarios formados por CP/CAC/CS, se han venido usando para producir mezclas con propiedades de fraguado y endurecimiento diferentes a los que presentan los cementos constituyentes por separado. La demanda de este tipo de productos se ha visto incrementada, debido a la necesidad de una rápida puesta en servicio de ciertos sistemas constructivos. No obstante, dentro de los materiales de construcción sus aplicaciones, se han limitado a interiores debido a ciertos problemas de durabilidad.
En este trabajo se estudia la zona rica en cemento Portland dentro de los sistemas ternarios. Observando la formación de fases hidratadas, en especial la etringita y relacionándolas con las variaciones dimensionales que se producen. De forma general se observa que un incremento en la formación de etringita produce una mayor variación dimensional. La formación de etringita es función de las relaciones CP/CAC y CAC/CS. El contenido de aluminatos y sulfatos rige la formación de esta fase, si los sulfatos presentes no consumen todos los aluminatos, estos reaccionan con la etringita para formar monosulfoaluminato disminuyendo la expansión. Pero si el contenido en sulfato es alto la formación de etringita aumenta provocando grandes variaciones dimensionales, que para porcentajes superiores al 5% provocan fisuras llegando a la destrucción de probetas si se sube en exceso.
Así se comprobó que el medio de curado también influye en la variación dimensional que se produce. Muestras con las mismas proporciones de cementos y sulfato cálcico sufren variaciones diferentes. Cuando se curan al aire se produce retracción, pero cuando se curan bajo agua se produce expansión. Esto se puede deber a diferencias en la intercapa del gel C‐S‐H desarrollado, siendo más voluminoso en las muestras sumergidas por la inclusión de moléculas de agua.

El ciment Portland és el material constructiu més usat. Està compost principalment per silicats, també té en menor proporció aluminats i sulfat càlcic. La seva naturalesa hidràulica genera que a la seva hidratació es formin noves fases que proporcionen propietats (enduriment, resistència...) molt útils en el camp de la construcció. El ciment d’aluminat de calci es composa principalment per aluminats. Presenta un fraguat mes ràpid i un desenvolupament de resistències majors que el ciment Portland. La seva hidratació proporciona diferents fases depenent de la temperatura a la que es produeixi. Aquest fet produeix certes reaccions de conversió amb una disminució del volum provocant una disminució de les resistències.
Amb la finalitat de generar noves propietats o millorar alguna d’elles, existeix un gran nombre de materials compostos formats per un o més ciments amb diversos afegits. Les diferents combinacions de materials produeixen una variació a la producció de fases hidratades que porten canvis a les propietats mecàniques dels materials compostos. Els sistemes ternaris formats per CP/CAC/CS , s’han utilitzat per a produir mescles amb propietats de fraguat i enduriment diferents als que presenten els ciments constituents per separat. La demanda d’aquest tipus de productes s’ha vist incrementada degut a la necessitat d’una ràpida posada en servei de certs sistemes constructius. No obstant, dins dels materials
de construcció les seves aplicacions s’han limitat a interiors degut a certs problemes de durabilitat.
En aquest treball s’estudia la zona rica en ciment Portland dins dels sistemes ternaris, observant la formació de fases hidratades, en especial la etringita i relacionant‐les amb les variacions dimensionals que es produeixen. De forma general s’observa que un increment en la formació d’etringita produeix una major variació dimensional. La formació d’etringita es funció de les relacions CP/CAC y CAC/CS. El contingut d’aluminats i sulfats regeix la formació d’aquesta fase: si els sulfats presents no consumeixen tots els aluminats, aquests reaccionen amb l’etringita per a formar
monosulfoaluminat disminuint l’expansió. Però si el contingut de sulfat és alt la formació d’etringita augmenta provocant grans variacions dimensionals, que per a percentatges superiors al 5% provoquen fissures arribant a la destrucció de provetes si puja en excés.
Així es va comprovar que el mitjà de crat també influeix en la variació dimensional que es produeix. Mostres amb les mateixes proporcions de ciments i sulfat càlcic pateixen variacions diferents. Quan es curen a l’aire es produeix retracció, però quan es curen sota l’aigua es produeix expansió. Això pot ser degut a diferències en l’intercapa del gel C‐S‐H desenvolupat, essent mes voluminosos a les mostres submergides per la inclusió de molècules d’aigua.