La notación química del cemento ( CCN ) se desarrolló para simplificar las fórmulas que utilizan los químicos del cemento a diario. Es una forma abreviada de escribir la fórmula química de los óxidos de calcio , silicio y varios metales .
Los principales óxidos presentes en el cemento (o en el vidrio y la cerámica) se abrevian de la siguiente manera:
Para realizar los cálculos de balance de masa, los hidróxidos presentes en las fases hidratadas que se encuentran en la pasta de cemento endurecida, como en la portlandita , Ca(OH) 2 , primero deben convertirse en óxido y agua.
Para entender mejor el proceso de conversión de aniones hidróxido en óxido y agua, es necesario considerar la autoprotólisis de los aniones hidroxilo ; implica un intercambio de protones entre dos OH − , como en una reacción clásica ácido-base :
o también,
Para la portlandita esto da el siguiente balance de masa:
Por lo tanto, la portlandita puede escribirse como CaO · H 2 O o CH.
Estos óxidos se utilizan para construir compuestos más complejos . Las principales fases cristalinas que se describen a continuación están relacionadas respectivamente con la composición de:
En el clínker y en el cemento Portland no hidratado están presentes cuatro fases principales ,
que se forman a alta temperatura (1.450 °C) en el horno de cemento y son las siguientes:
Los cuatro compuestos denominados C3S , C2S , C3A y C4AF se conocen como las principales fases cristalinas del cemento Portland. La composición de fases de un cemento en particular se puede cuantificar mediante un complejo conjunto de cálculos conocido como la fórmula de Bogue.
Para evitar el fraguado instantáneo del hormigón, debido a la hidratación muy rápida del aluminato tricálcico ( C 3 A ), se mezcla un 2–5 % en peso de sulfato de calcio con el clínker de cemento para preparar el polvo de cemento . En la notación química del cemento, CaSO 4 ( anhidrita ) se abrevia como C S , y CaSO 4 ·2H 2 O ( yeso ) como C S H 2 .
De manera similar, en el caso de una adición de relleno de piedra caliza , CaCO 3 o CaO·CO 2 se puede notar como C C.
Los productos de hidratación formados en las pastas de cemento endurecido (también conocidos como HCP) son más complicados, porque muchos de estos productos tienen casi la misma fórmula y algunos son soluciones sólidas con fórmulas superpuestas. A continuación se ofrecen algunos ejemplos:
Los guiones en CSH indican una fase de hidrato de silicato de calcio de composición variable, mientras que 'CSH' indicaría una fase de silicato de calcio, CaH 2 SiO 4 .
La notación química del cemento no se limita a las aplicaciones del cemento, sino que es, de hecho, una notación más general de la química del óxido aplicable a otros dominios que no sean la química del cemento sensu stricto .
Por ejemplo, en aplicaciones cerámicas , la fórmula de la caolinita también se puede escribir en términos de óxidos, por lo que la fórmula correspondiente para la caolinita es:
es
o en CCN
Aunque no es una práctica muy desarrollada en mineralogía, algunas reacciones químicas que involucran silicato y óxido en la masa fundida o en sistemas hidrotermales, y procesos de meteorización del silicato, también podrían describirse con éxito aplicando la notación del químico del cemento a la mineralogía del silicato.
Un ejemplo podría ser la comparación formal de la hidratación de la belita y la serpentinización de la forsterita, que trata ambas de la hidratación de dos silicatos alcalinotérreos estructuralmente similares, Ca 2 SiO 4 y Mg 2 SiO 4 , respectivamente.
La relación Ca/Si (C/S) y Mg/Si (M/S) disminuye de 2 para los reactivos de silicato dicálcico y dimagnésico a 1,5 para los productos de silicato hidratado de la reacción de hidratación. En otras palabras, el CSH o la serpentina son menos ricos en Ca y Mg respectivamente. Por ello, la reacción conduce a la eliminación del exceso de portlandita (Ca(OH) 2 ) y brucita (Mg(OH) 2 ), respectivamente, del sistema de silicato, dando lugar a la cristalización de ambos hidróxidos como fases separadas.
La rápida reacción de hidratación de la belita en el fraguado del cemento es formalmente "químicamente análoga" a la lenta hidratación natural de la forsterita (el miembro terminal de magnesio del olivino ) que conduce a la formación de serpentina y brucita en la naturaleza. Sin embargo, la cinética de hidratación de la belita artificial mal cristalizada es mucho más rápida que la lenta conversión/meteorización del Mg- olivino bien cristalizado en condiciones naturales.
Esta comparación sugiere que los mineralogistas probablemente también podrían beneficiarse del formalismo conciso de la notación del químico del cemento en sus trabajos.