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Hidrato de silicato de calcio

Los hidratos de silicato de calcio (o CSH ) son los principales productos de la hidratación del cemento Portland y son los principales responsables de la resistencia de los materiales a base de cemento. [1] Son la principal fase de unión ( "el pegamento" ) en la mayor parte del hormigón . Sólo los minerales cristalinos naturales raros y bien definidos pueden abreviarse como CSH, mientras que las fases extremadamente variables y mal ordenadas sin una estequiometría bien definida , como se observa comúnmente en la pasta de cemento endurecida (HCP), se denominan CSH.

Preparación

Cuando se agrega agua al cemento, cada uno de los compuestos sufre hidratación y contribuye al estado final del concreto. [2] Sólo los silicatos de calcio contribuyen a la resistencia. El silicato tricálcico es responsable de la mayor parte de la resistencia inicial (primeros 7 días). [3] El silicato dicálcico, que reacciona más lentamente, sólo contribuye a la resistencia tardía. El hidrato de silicato de calcio (también mostrado como CSH) es el resultado de la reacción entre las fases de silicato del cemento Portland y el agua. Esta reacción normalmente se expresa como:

2 Ca 3 SiO 5 + 7 H 2 O → 3 CaO · 2 SiO 2 · 4 H 2 O + 3 Ca(OH) 2 + 173,6 kJ

también escrito en notación química del cemento , (CCN) como:

2 tazas
3S + 7 H → C
3S
2h
4+ 3 CH + calor

o silicato tricálcico + agua → silicato de calcio hidratado + hidróxido de calcio + calor

La estequiometría de CSH en la pasta de cemento es variable y el estado del agua química y físicamente unida en su estructura no es transparente, razón por la cual se usa "-" entre C, S y H. [4]

El CSH sintético se puede preparar a partir de la reacción de CaO y SiO 2 en agua o mediante el método de doble precipitación utilizando diversas sales. Estos métodos proporcionan la flexibilidad de producir CSH en proporciones específicas de C/S (Ca/Si o CaO/SiO 2 ). El CSH de las fases de cemento también se puede tratar con una solución de nitrato de amonio para inducir la lixiviación del calcio y así lograr una relación C/S determinada.

Propiedades

CSH es un material de tamaño nanométrico [5] [6] con cierto grado de cristalinidad como se observa mediante técnicas de difracción de rayos X. [7] La ​​estructura atómica subyacente de la CSH es similar a la del mineral natural tobermorita . [8] Tiene una geometría en capas con una estructura de lámina de silicato de calcio separada por un espacio entre capas. Los silicatos en CSH existen como dímeros, pentámeros y unidades de cadena 3n-1 [9] [10] (donde n es un número entero mayor que 0) y se encuentra que los iones de calcio conectan estas cadenas formando la nanoestructura tridimensional observada por análisis dinámico . Resonancia magnética nuclear mejorada en superficie con polarización nuclear . [11] La naturaleza exacta de la capa intermedia sigue siendo desconocida. Una de las mayores dificultades para caracterizar la CSH se debe a su estequiometría variable. [ cita necesaria ]

Las micrografías con microscopio electrónico de barrido de CSH no muestran ninguna forma cristalina específica. Por lo general, se manifiestan como láminas o láminas orientadas con agujas.

La CSH sintética se puede dividir en dos categorías separadas por una relación Ca/Si de aproximadamente 1,1. Hay varios indicios de que las características químicas, físicas y mecánicas de la CSH varían notablemente entre estas dos categorías. [12] [13]

Ver también

Otros minerales CSH:

Otros minerales de silicato de calcio y aluminio hidratado (CASH):

Mecanismos de formación de fases CSH:

Referencias

  1. ^ Richardson, IG (febrero de 2008). "El silicato de calcio hidrata". Investigación sobre Cemento y Hormigón . 38 (2): 137-158. doi :10.1016/j.cemconres.2007.11.005. ISSN  0008-8846.
  2. ^ "Hidratación del cemento Portland". engr.psu.edu . Consultado el 29 de noviembre de 2022 .
  3. ^ "Materiales de construcción". indiabix.com . Consultado el 29 de noviembre de 2022 .
  4. ^ "Hidratación del cemento Portland" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 15 de febrero de 2017 . Consultado el 21 de febrero de 2013 .
  5. ^ Allen, Andrés J.; Thomas, Jeffrey J.; Jennings, Hamlin M. (25 de marzo de 2007). "Composición y densidad del hidrato de silicato de calcio a nanoescala en cemento". Materiales de la naturaleza . 6 (4): 311–316. Código bibliográfico : 2007NatMa...6..311A. doi :10.1038/nmat1871. PMID  17384634.
  6. ^ Andalibi, M. Reza; Kumar, Abhishek; Srinivasan, Bhuvanesh; Bowen, Pablo; Escribano, Karen; Luis, cristiano; Testino, Andrea (2018). "Sobre el mecanismo de mesoescala de la precipitación sintética de silicato de calcio e hidrato: un enfoque de modelización del equilibrio poblacional". Revista de Química de Materiales A. 6 (2): 363–373. doi :10.1039/C7TA08784E. ISSN  2050-7488. S2CID  103781671.
  7. ^ Renaudin, Guillaume; Rusias, Julie; Leroux, Fabrice; Frizón, Fabien; Cau-dit-Coumes, Céline (diciembre de 2009). "Caracterización estructural de muestras C – S – H y C – A – S – H. Parte I: orden de largo alcance investigado mediante análisis de Rietveld". Revista de química del estado sólido . 182 (12): 3312–3319. Código Bib : 2009JSSCh.182.3312R. doi :10.1016/j.jssc.2009.09.026.
  8. ^ Taylor, Harry FW (junio de 1986). "Estructura propuesta para gel de hidrato de silicato de calcio". Revista de la Sociedad Estadounidense de Cerámica . 69 (6): 464–467. doi :10.1111/j.1151-2916.1986.tb07446.x.
  9. ^ Cong, Xiandong; Kirkpatrick, R. James (abril de 1996). "Investigación por RMN de 29Si y 17O de la estructura de algunos hidratos de silicato de calcio cristalinos". Materiales avanzados a base de cemento . 3 (3–4): 133–143. doi :10.1016/S1065-7355(96)90045-0.
  10. ^ Brunet, F.; Bertani, Ph.; Charpentier, Th.; Nonat, A.; Virlet, J. (octubre de 2004). "Aplicación de la correlación de RMN homonuclear de Si y heteronuclear de H-Si a estudios estructurales de hidratos de silicato de calcio". La Revista de Química Física B. 108 (40): 15494–15502. doi :10.1021/jp031174g.
  11. ^ Kumar, Abhishek; Walder, Brennan J.; Kunhi Mohamed, Aslam; Hofstetter, Albert; Srinivasan, Bhuvanesh; Rossini, Aarón J.; Escribano, Karen; Emsley, Lyndon; Bowen, Paul (7 de julio de 2017). "La estructura a nivel atómico del hidrato de silicato de calcio cementoso". La Revista de Química Física C. 121 (32): 17188–17196. doi : 10.1021/acs.jpcc.7b02439.
  12. ^ "Copia archivada". Archivado desde el original el 15 de marzo de 2015 . Consultado el 1 de junio de 2013 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )
  13. ^ "Aplicación potencial de la nanotecnología en materiales a base de cemento" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 17 de febrero de 2012 . Consultado el 21 de febrero de 2013 .