La notación química del cemento ( CCN ) se desarrolló para simplificar las fórmulas que los químicos del cemento utilizan a diario. Es una forma abreviada de escribir la fórmula química de los óxidos de calcio , silicio y diversos metales .
Los principales óxidos presentes en el cemento (o en el vidrio y la cerámica) se abrevian de la siguiente forma:
Para realizar 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 comprender 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 ácido-base clásica :
o también,
Para la portlandita esto da el siguiente balance de masa:
Por tanto, la portlandita se puede escribir 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 clinker y en el cemento Portland no hidratado están presentes cuatro fases principales .
Se forman a alta temperatura (1.450 °C) en el horno de cemento y son los siguientes:
Los cuatro compuestos denominados C 3 S, C 2 S, C 3 A y C 4 AF 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 fórmula de Bogue.
Para evitar el fraguado instantáneo del hormigón, debido a la muy rápida hidratación del aluminato tricálcico ( C 3 A ), se recomiendan entre 2 y 5 % en peso. El % de sulfato de calcio se intercala con el clinker de cemento para preparar el cemento en polvo. 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 , se puede observar CaCO 3 , o CaO·CO 2 , C C .
Los productos de hidratación formados en 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 dan 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, de hecho, es una notación más general de la química de los óxidos aplicable a otros dominios además de la química del cemento en sentido estricto .
Por ejemplo, en aplicaciones cerámicas , la fórmula de la caolinita también se puede escribir en términos de óxidos, de ahí la fórmula correspondiente para la caolinita,
es
o en CCN
Aunque no es una práctica muy desarrollada en mineralogía, algunas reacciones químicas que involucran silicatos y óxidos en la masa fundida o en sistemas hidrotermales, y procesos de intemperismo de silicatos también podrían describirse con éxito aplicando la notación química del cemento a la mineralogía de silicatos.
Un ejemplo podría ser la comparación formal de la hidratación de belita y la serpentinización de forsterita , que tratan 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 dimagnesio a 1,5 para los productos de silicato hidratado de la reacción de hidratación. En otras palabras, la CSH o la serpentina son menos ricas en Ca y Mg respectivamente. Es por esto que la reacción conduce a la eliminación del exceso de portlandita (Ca(OH) 2 ) y brucita (Mg(OH) 2 ), respectivamente, del sistema de silicatos, dando lugar a la cristalización de ambos hidróxidos como fases separadas. .
La rápida reacción de la hidratación de la belita en el fraguado del cemento es formalmente "químicamente análoga" a la lenta hidratación natural de la forsterita (el extremo 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 pobremente cristalizada es mucho más rápida que la lenta conversión/meteorización del Mgo- olivino bien cristalizado en condiciones naturales.
Esta comparación sugiere que los mineralogistas probablemente también podrían beneficiarse del formalismo conciso de la notación química del cemento en sus trabajos.