La química del concreto
Mientras hacíamos unos arreglos en la casa, mi esposo me dijo: “¿Qué c@$%jo tiene el cemento que atrae a las hormigas?” Yo, eché la observación al compartimiento de la indiferencia en mi cerebro, sin embargo, el tema del cemento captó mi atención. Así que, sentada frente a la PC, emprendí mi camino hacia el cemento. Más tarde, después de sacudir una gran polvareda en la Red, esto es una pizca de lo que aprendí sobre el concreto. [¡Cuju, cuju!… disculpen la tos.]

En el mundo de la construcción, uno de los materiales más utilizados es el concreto. El concreto es básicamente cemento, agua y agregados, sin embargo, cada componente es imprescindible para asegurar su fortaleza y durabilidad.

El diseño del concreto requiere de muchas consideraciones.¡Sí, el concreto se diseña! Ya hay diseños patentados.

Cuando se diseña concreto hay que considerar tanto los ingredientes que se usan, como las proporciones en las que estos se combinan. Los ingredientes que se escogen para hacer el concreto van a depender del entorno en el que se encuentra la estructura que se va a construir, por ejemplo, estructuras tierra adentro, costeras, bajo tierra, bajo agua, en frío o en calor, etc. Igualmente, hay que considerar las propiedades físicas y químicas de los ingredientes porque estos permiten que el modelo trazado para la estructura se cumpla. La textura del acabado de una superficie y la elasticidad de una mezcla para su maniobrabilidad, son algunos ejemplos.

Concreto 101

Los agregados
Los agregados son materiales que se añaden a la mezcla de concreto para darle “cuerpo” y proporcionarle un “esqueleto” duro y estable al cemento. Es la superficie en donde el cemento se va a formar. Los agregados más comunes son: gravilla, arena y piedra. Los concretos más modernos ya incluyen materiales reciclados debido a que el público se está haciendo más consciente de la sustentibilidad ecológica.

El agua
El agua hidrata los componentes del cemento. La proporción en la que se mezclan el agua y el cemento produce resultados diferentes. Cuando se preparan mezclas con menos agua, el resultado final es un concreto más fuerte, por otro lado, si el concreto no está mezclado en las proporciones correctas, es más difícil de verter. Lo contrario sucede si se añade más agua al cemento; un concreto más mojado es menos fuerte, tarda más en fraguar (endurecer) y aunque es más fácil de verter, es más difícil para maniobrar.

El cemento
El cemento es una mezcla de piedra caliza y arcilla que hornean en un “kiln”. [No sé el nombre en español. ¡Aquí pueden darme un ayudita!]Un “kiln” es un cilindro largo e inclinado que puede alcanzar temperaturas de 1280°C. ¡Este “horno” es la pieza movible de equipo industrial más grande del mundo! La materia prima va rotando en este “kiln” y es allí en donde ocurren los cambios químicos y físicos complejos que se requieren para que los componentes del cemento reaccionen al hidratarse. ¿Ahora entienden porqué el cemento libera calor al echarle agua? [¡Piensen… en serio… piensen!] La mezcla de cemento es aproximadamente:

50% silicato de tricalcio 3CaO•SiO₂
25% silicato de dicalcio 2CaO • SiO₂
10% aluminato de tricalcio 3CaO • Al₂O₃
10% aluminoferrito de tricalcio 3CaO • Al₂O₃ • Fe₂O₃
5% sulfato de calcio dihidratado CaSO₄ • 2H₂O y/o carbonato de calcio CaCO₃

Cuando el cemento se mezcla con agua, los silicatos forman: silicatos hidratados, hidróxido de calcio y calor. Estos son los materiales que contribuyen a la fuerza del concreto. La química de las reacciones es compleja. Para explicarlo de la forma más sencilla; cuando los silicatos entran en contacto con el agua, una reaccion ocurre en donde se forman iones de calcio (Ca⁺²). Igualmente, los enlaces del agua comienzan a romperse para formar el ión de hidróxido (OH^-1) [¡Que no sabes que son iones!... son elementos o grupos de elementos con carga.] La ruptura de estos enlaces genera mucho calor. El hidróxido de calcio Ca(OH)₂ que se forma al combinarse estos dos iones no es muy soluble y tan pronto comienza a saturarse la solución, este comienza a solidificarse. A la vez, se forman los silicatos de calcio hidratos que son sólidos también. Estas reacciones, mientras haya agua, continúan produciéndose. Inicialmente son rápidas, pero a medida que avanza el tiempo van tornándose más y más lentas. Puede tomar varios años antes de que el concreto alcance su mayor fuerza.

Los aditivos
Son materiales que se añaden en pequeñas cantidades para obtener o mejorar ciertas propiedades del cemento. Por ejemplo: su maniobrabilidad, plasticidad, tiempo de fraguado y otros. Con estos aditivos se obtienen efectos favorables en la producción, el procesamiento y el almacenaje del cemento. Un aditivo que mejora las propiedades antes mencionadas son los PFA (Perfluoroalkoxy), un polímero parecido al PTFE (politetrafluoroetileno) mejor conocido como “teflón”. Otros aditivos lo son el cloruro de calcio que acelera el tiempo de fraguado en climas fríos y el azúcar que demorar el tiempo de cuajado en climas calientes. ¿Azúcar?... Ah! ¡Oh! ¡Ya sé porqué c@$%jo el cemento atrae a las hormigas! ¡Yo pensé que era por el hormigón![Entiendes...hormiga...hormigón...cemento...]

Referencias
(en proceso)