La alita es una forma impura de silicato tricálcico , Ca 3 SiO 5 , a veces formulado como 3CaO·SiO 2 ( C 3 S en notación química del cemento ), típicamente con 3-4% de óxidos sustituyentes. [1] Es la fase principal y característica del cemento Portland . El nombre lo dio Törnebohm en 1897 a un cristal identificado en la investigación microscópica del cemento Portland. [2] Hatrurita es el nombre de un mineral que está sustituido con C 3 S . [1] [3]
La alita que se encuentra en el cemento Portland difiere en composición del silicato tricálcico simple . Es una solución sólida y contiene cantidades menores de otros óxidos además de CaO y SiO 2 . Una composición típica es: [4]
En base a esto, la fórmula se puede expresar como Ca 2,90 Mg 0,06 Na 0,01 Fe 0,03 Al 0,04 Si 0,95 P 0,01 O 5 . En la práctica, la composición varía con la composición aparente del clinker , sujeto a ciertos límites. La sustitución de iones de calcio o de iones de ortosilicato requiere que las cargas eléctricas se mantengan en equilibrio. Por ejemplo, una cantidad limitada de ortosilicato ( SiO4-4) los iones se pueden reemplazar con sulfato ( SO2-4) iones, siempre que para cada ion sulfato, dos aluminato ( AlO5-4) los iones también están sustituidos.
El silicato tricálcico es termodinámicamente inestable por debajo de 1250 °C, pero puede conservarse en un estado metaestable a temperatura ambiente mediante un enfriamiento rápido: al enfriarse lentamente tiende a revertirse a belita ( Ca 2 SiO 4 ) y CaO.
A medida que cambia la temperatura, pasa por varios estados polimórficos:
Los polimorfos se diferencian estructuralmente por deformaciones menores de la estructura hexagonal básica.
La alita es la fase principal del cemento Portland responsable del fraguado y desarrollo de la resistencia "temprana". El otro silicato, la belita, aporta resistencia "tardía", debido a su menor reactividad. La alita es más reactiva debido a su mayor contenido de Ca y a la presencia de un ion óxido en la red. Durante la molienda de clinker, el primer paso de disolución parcial del C 3 S implica la hidratación de los iones de óxido superficiales y conduce a una superficie de C 3 S hidroxilada. [5]
Reacciona con agua (aproximadamente) según la reacción:
Que también se puede escribir en la notación química del cemento como:
El hidrato se conoce como fase de hidrato de silicato de calcio – "CSH-". Crece como una masa de agujas entrelazadas que proporcionan la resistencia del sistema de cemento hidratado. En la fabricación de cemento Portland es deseable una alta reactividad de la alita, y esto se logra reteniendo, en la medida de lo posible, polimorfos de alta temperatura, en cristales que son pequeños, distorsionados y muy defectuosos. Los defectos proporcionan sitios para el ataque inicial del agua.
La composición de la alita rica en CaO (71,6 % en peso) y relativamente pobre en SiO 2 (25,2 % en peso) (ver la tabla anterior) puede ayudar a comprender por qué en condiciones particulares, si se alcanza una temperatura suficientemente alta en una cal Durante un tiempo suficiente, la alita también se puede formar directamente pirolizando únicamente piedra caliza silícea (que contiene impurezas de SiO 2 amorfas hasta entre un 25 y un 30 % en peso). Es posible que ocasionalmente se produjera de esta manera mortero hidráulico o cemento anterior a Portland a pequeña escala durante la época medieval en lugares donde la piedra caliza estaba cementada con sílice amorfa o contenía nódulos de pedernal o muchas impurezas de arcilla .
Probablemente esta sea la razón por la que algunos antiguos morteros de cal medievales utilizados para construir la catedral de Tournai (Bélgica) presentan un carácter hidráulico inesperado, como revela un estudio mineralógico realizado por Mertens et al . (2006) quienes evidenciaron la presencia de fases de wollastonita y rankinita junto con hidratos de silicato de calcio en morteros de cal. La única explicación para el descubrimiento de estas fases de silicato que normalmente no se esperan en el mortero de cal es que se han formado por hidratación de silicato de calcio como Ca 3 SiO 5 (C 3 S) o Ca 2 SiO 4 (C 2 S) formados. a alta temperatura junto con óxido de calcio en el horno de cal . [6] En la zona de Tournai ( Bélgica ), las calizas de Tournai son particularmente ricas en sílice amorfa y se explotan como piedra de construcción y para la fabricación de morteros de cal desde épocas muy antiguas. Se desconoce si los constructores de catedrales de esta zona conocían las propiedades hidráulicas de su mortero de cal o desarrollaron intencionadamente su uso tras su hallazgo fortuito.
Ver el artículo sobre belite .