Existen dos materiales que son muy populares, que todo el mundo conoce y que incluso ha empleado o visto emplear alguna vez.Se trata del cemento y de la arcilla.
Ambos se emplean en construcción.La arcilla amasada con agua y paja es el material conocido como adobe.En Egipto y Mesopotamia se empleaba en la construcción de viviendas y aún hoy,en España se emplea en ciertas regiones rurales.
El cemento mezclado con áridos (arena y grave) y amasado con agua forma el hormigón.La amplia difusión del cemento tal y como hoy lo conocemos,comenzó en 1824.En esa fecha Joseph Aspdin patentó el procedimiento de fabricación del cemento Portland.Hasta esa fecha se conocían y empleaban otras clases de cementos.Pero la economía y valiosísimas propiedades físicas y mecánicas del cemento Portland lo han convertido en el más usado.
A los ojos de un profano ambos materiales tienen muchas similitudes:
-Son polvurulentos.
-Se amasan con agua para obtener una masa plástica, que con el tiempo endurece.
Pero estas son probablemente las únicas similitudes entre ambos materiales, puesto que sus composiciones químicas son muy distintas y sobre todo;sus procesos de endurecimiento son muy diferentes.
Comenzando por el principio, cuando la arcilla o el cemento se amasan con agua, esta se distribuye entre los granos del sólido y se forma una pasta. La explicación de como el agua "pega" los granos del cemento y de la arcilla se puede aplicar también a la arena y es la siguiente.
Pese a que en la superficie de cada grano hay igual número de iones positivos que negativos,la carga total sobre ella es positiva.Esto es debido a que los iones internos polarizan la carga de los externos.
La carga positiva de la superficie granular polariza las moléculas de agua que rodean el grano.Esta polarización modifica las propiedades físicas del agua,volviéndola más viscosa.Esta mayor viscosidad impide que los granos deslicen unos sobre otros.Por acción de su propio peso.Por lo que la masa conserva la forma que se le de.
Sólo se polarizan las moléculas de agua más próximas al grano.Por esta razón si amasamos con demasiada agua, la masa obtenida no es plástica sino fluida.En este caso nos encontraríamos con un grano rodeado de agua ionizada y por tanto viscosa,rodeado este conjunto por agua sin ionizar, y por tanto muy fluida, que daría fluidez al conjunto.Al deslizar fácilmente unos granos sobre otros.Este efecto está al alcance de cualquier arquitecto playero.
Con el tiempo la masa pierde su plasticidad, endureciendo.Podemos sentirnos tentados a pensar, que un mismo proceso es el que conduce al endurecimiento de la arcilla y el cemento.Pero nos equivocaríamos, el endurecimiento de la arcilla se debe a un proceso físico (secado), mientras que el endurecimiento del cemento se debe a uno químico (fraguado).
Poco a poco el agua con la que se amasó la arcilla,y que le confirió plasticidad, se evapora,amontonandose los granos unos sobre otros.Idéntico proceso se desarrolla en un castillo de arena.Sin embargo, el castillo se desmorona, mientras que la vasija de arcilla conserva su forma.
La causa hay que buscarla en la diferente forma del grano de arcilla y el de arena.El grano de arena es casi esférico, en cambio el grano de arcilla es más plano,más parecido a una escama.Los granos esféricos ruedan muy facilmente al depositarse unos sobre otros.Para comprobarlo basta con intentar construir una figura regular con canicas y sin pegamento.En cambio las escamas de arcilla se apilan facilmente.
El endurecimiento del cemento no se debe a la pérdida de agua,si no a la reacción química del agua de amasado con los componentes del cemento.Reacción que no tiene lugar con los componentes de la arcilla.El proceso se desarolla en dos etapas.
En la primera, el producto de la hidratación es un gel,sustancia aún más viscosa que el agua polarizada, y que por tanto pega mejor los granos.Esta primera etapa es la que recibe el nombre de fraguado.Tiene lugar en las primeras horas después del amasado.
Sin solución de continuidad con la primera etapa tiene lugar la segunda, que es la fase de endurecimiento.Durante ella,los productos de reacción cristalizan.Los cristales, que tienen forma de aguja que parten de los granos de cemento,se entre mezclan formando un entramado tridimensional de gran dureza.Este endurecimiento puede tardar mese e incluso años en completarse.
Sabido esto es fácil explicar porqué, al alfarero para detener el endurecimiento de la pieza que está trabajando le basta con cubrirla con un paño húmedo,evitando de este modo la evaporación.Al albañil, en cambio, le resulta imposible detener la reacción química una vez que se ha iniciado.
Hidratación del cementoAl amasarse el cemento con el agua, los primeros componentes en hidratarse son los no silicatados (A3C-->A4C12H y AF4C-->FC2H).Esta reacción es la responsable del fraguado de la mezcla,al formarse un gel que envuelve los granos. Sin embargo,el endurecimiento final de la mezcla, se debe a la hidratación de los componentes silicatados (S3C y S2C) cuyos productos de reacción son: 2S3C3H y hidróxido de calcio. |
Composición del cementoEl cemento Portland,el más usado en la actualidad,tiene cinco componentes fundamentales: -SiO2 3 CaO,silicato tricálcico, que denotaremos S3C. -SiO2 2 CaO,silicato dicálcico, que denotaremos S2C. -Al2O3.Fe2O3 4 CaO,aluminoferrito tetracálcico, AF4C. -Al2O3 3 CaO, aluminato tricálcico, A3C. -Fe2O3 2 CaO, ferrito dicálcico,F2C. Cada uno de ellos aporta una característica distinta al cemento, de manera que jugando con ellos podemos variar las propiedades del cemento.
Cuando estos compuestos incorporan agua, esta se representa por H, en el sistema de nomenclatura simplificada que estamos utilizando. |
PolarizaciónSe dice que un ión o una molécula están polarizados cuando su carga eléctrica no está distribuida homogeneamente. Esta heterogeneidad se debe a que la nube electrónica que rodea el nucleo del átomo o ión se encuentra desplazada de su posición "normal". La causa del desplazamiento puede ser la presencia de una carga eléctrica en las proximidades. En el caso que nos ocupa,los iones situados en la superficie del grano,tienen por vecinos interiores iones de signo opuesto.Estos iones atraerán (si son positivos) o repelerán (si son negativos) la nube electrónica de los iones superficiales. Los iones negativo son más polarizables que los positivos, ya que su nube electrónica es mayor.El resultado de esta diferente polarizabilidad es que de la superficie del grano se retira mayor cantidad de nube electrónica(por polarización de los aniones) que aportación hacen los cationes al polarizarse.Consecuencia:la superficie del grano tiene cierta carga positiva. |