LECCION 7 .- HIDRATACION DEL CEMENTO PORTLAND. 1 ...

LECCION 7 .- HIDRATACION DEL CEMENTO PORTLAND.
1.- Introducción.
E1 endurecimiento y fraguado del hormigón son el resultado de procesos químicos y físicos entre el cemento
portland y el agua, que se denominan hidratación.
E1 clínker de cemento Portland contiene 4 compuestos químicos mayoritarios, los minerales de clínker, que
son : C3S = silicato tricálcico, C2S = silicato dicálcico, C3A = aluminato tricálcico y C4AF = ferrita aluminato
tetracálcico (Esta fórmula es la composición promedia de una serie de soluciones sólidas entre C6A2F y C6AF2
), junto con varios compuestos minoritarios, como MgO, cal libre y sulfatos de álcalis.
A1 salir del horno el clínker es enfriado y luego es molido junto con yeso (CaSO4.2H2O o más abreviado
CSH 2 ) formándose así el cemento Portland. La cantidad de minerales principales en el clínker puede variar y
por eso el cemento Portland puede tener distintas propiedades. Los minerales C3S y C2S constituyen,
generalmente, el 75-80 % del peso del cemento Portland. Las distintas propiedades se refieren,
principalmente, a las diferencias en contenidos de C3S y C3A.
2.- Hidratación de los compuestos puros del cemento.
Las reacciones químicas que describen la hidratación del cemento son muy complejas. Para poder entender los
procesos químicos que determinan el fraguado del cemento, es necesario estudiar la hidratación de cada uno
de los minerales de clínker por separado. .
Esto supone que la hidratación de cada compuesto es un proceso independiente de los otros procesos que
tienen lugar durante la hidratación del cemento. Esta es una suposición y no siempre es válida, ya que las
reaciones entre los compuestos de hidratación pueden tener consecuencias importantes pero, por lo menos con
respecto a la hidratación de los silicatos, la suposici6n es bastante representativa. Las características tratadas
se refieren a la hidratación de un cemento mezclado con agua para simular las condiciones del hormigón.
3.- Silicatos de calcio.
Los dos compuestos de silicato cálcico tienen casi el mismo proceso de hidratación. Sólo se distinguen por la
cantidad de Ca(OH)2 = CH que se forma y por la cantidad de calor de hidratación liberado durante las
reacciones.
2C3S + 7H → C3S2H4 + 3CH ∆ H = -1114 KJ/mol (3.1)
(silicato tricálcico) (agua) (C-S-H) (hidróxido de calcio)
2C2S + 5H → C3S2H4 + CH ∆ H = - 43 KJ/mol (3.2)
(silicato dicálcico) (agua) (C-S-H) (hidróxido de calcio)
E1 producto principal de la hidratación es un hidrato de silicato cálcico. La fórmula C3S2H4 sólo es una
aproximación, porque la composición de este hidrato puede variar en un intervalo bien amplio. Es una materia
no cristalina de composición variable (geliforme), que forma partículas muy pequeñas (menos de 1 micra en
cualquier dimensión). La denominación C-S-H gel refleja esas propiedades. Por el contrario, el hidróxido de
calcio es una materia cristalina con una composición fija.
En el curso de la hidratación, han sido identificadas varias morfologías difeentes de C-S-H, cuya
denominación , depende de la técnica usada para su identificación . Se han propuesto dos clasificaciones
principales basadas en la exploración por microscopía electrónica de barrido (SEM) y por microscopía
electrónica de transmisión (TEM), las cuales pueden verse en la tabla 3.1. En la figura 3.1 puede verse su
morfología, de acuerdo con Diamond.

Tabla 3.1 .- Clasificación de las morfologías de los C-S-H.
Figura 3.1.- Morfología de los diferentes tipos de C-S-H de acuerdo con S. Diamond. (a).- Tipo I, partículas
fibrosas, (b).- Tipo II, reticular (c).- Tipo III , (d).- Tipo IV, morfología interior del producto.

La cinética de la reacción es bastante compleja e incluye varios procesos. La secuencia de reacción del C3S se
puede seguir más fácilmente tomando como referencia la curva calorimétrica de la figura 3.2, que nos
muestra la velocidad de evolución de calor en función del tiempo. E1 flujo de calor de la muestra es
proporcional a la velocidad de reacción y es medido fácilmente en el caso de C3S, que es el compuesto más
importante, ya que comprende el 40 - 70 % del peso del cemento. La hidratación de C3S comprende las cinco
etapas que pueden verse en la figura 3.1.
Figura 3.2.- Representación esquemática de los cambios que tienen lugar en el sistema C3S –agua.
(A).-Velocidad de calor desarrollado durante la hidratación del silicato tricalcico.
(B).- Velocidad de liberación de iones calcio en la solución.
(C).- Desarrollo de los productos de hidratación.
Los procesos que ocurren en cada etapa están explicados en la tabla 3.2, junto con la cinética de reacción y la
influencia que tienen en las propiedades del hormigón.
2
Por su parte, la figura 3.3 muestra las variaciones de las concentraciones de iones calcio ( Ca ) +
2
silicato ( H2SiO4 ) −
e iones
en el agua de amasado y la curva de flujo térmico, la cual nos da una medida de la
velocidad global de las reacciones. En la parte inferior se puede observar un esquema mostrando la
correspondiente evolución de la microestructura.

Tabla 3.2.- Secuencia de hidratación del silicato tricalcico.
Figura 3.3.- Secuencia de hidratación del silicato tricalcico.

Etapa 1, Periodo inicial o de preinducción.
Cuando se mezcla C3S con el agua de amasado comienza un período donde hay una rápida evolución de calor
(la reacción es rápida por la gran superficie de en contacto con agua), que cesa después de, aproximadamente,
15 min. El silicato tricalcico se disuelve superficialmente (Figura 3.4) suministrando iones silicato, H SiO − ,
iones ( OH )
−
e iones
2
Ca + , que pasan a la solución:
( )
2+ −
2−
3 3 2 3 4
2 4
C S + H O → Ca + OH + H SiO
(3.3)
Figura 3.4.- Disolución del C3S para formar una capa rica en silicato.
2
2 4
Al cabo de unos pocos segundos, la solución se sobresatura con respecto al silicato de calcio hidratado, que
precipita rápidamente, según la reacción:
−
( ) ( )
3Ca + 2 OH + 2H SiO + 2 H O → Ca H Si O OH .3H
O (3.4)
2+ 2−
2 4 2 3 2 2 7 2 2
En la terminología cementera el hidrato obtenido se representa por C – S – H. La estequiometría se aproxima
a C1.5 −S − H2
. En la figura 3.5 se muestra una representacion esquemática del mecanismo disoluciónprecipitación
en la hidratación del C3S, conducente a la formación de C-S-H.
Con referencia a la curva de evolución del contenido de los iones silicato de la figura 3.3, se observa la
presencia de un máximo, que nos indica el momento en el cual la velocidad de precipitación se vuelve mayor
que la velocidad de disolución. También, se puede ver, merced a la curva de flujo térmico, que la velocidad de
disolución disminuye rápidamente en los primeros instantes, lo que es debido a la rápida elevación del pH
( ≈ 12.8 ), producida por la liberación de los iones ( OH )
−
.
La relación Ca
Si
del silicato anhidro es igual a 3, mientras que la del silicato hidratado que precipita es 1.5, por
lo cual el balance global de las reacciones corresponde a la liberación en la solución de los iones ( OH )
−
y
2
Ca + excedentarios. Estos iones se van a acumular en la solución, que va a alcanzar la sobresaturación con
Ca OH .
relación a la portlandita, ( ) 2

Cuando las concentraciones de Ca 2+ y OH - alcancen unos valores críticos, entonces el Ca(OH)2 = CH empieza
a cristalizar de la solución con la consiguiente formación de C-S-H y la reacción de C3S continúa de nuevo
con rapidez.
Figura 3.5.- Representacion esquemática del mecanismo disolución-precipitación en la hidratación del C3S,
conducente a la formación de C-S-H. (a).- Después de 1 s, (b).- Después de, aproximadamente, 1
minuto, (c).- Después de, aproximadamente, 1 hora.
Etapa 2, período de inducción o durmiente.:
Aparentemente, el período de inducción esta causado por la necesidad de obtener una cierta concentración de
iones en la solución antes de que se formen núcleos de cristales que facilitan el crecimiento del producto de
hidratación. Este fenómeno es una característica de muchas reacciones químicas y es denominado control de
nucleación.
Luego de la etapa 1, sigue un período de inactividad relativa, denominado período de inducción, en el cual el
consumo de agua y la cantidad de hidratos formados son muy pequeños, lo que explica porque el hormigón
de cemento Portland queda manejable y trabajable, es decir, en un estado plástico durante un determinado
tiempo.
En la tabla 3.3 se dan algunas de las teorías que describen el principio y la terminación del periodo de
inducción, existiendo 4 hipótesis para el principio y 2 para la terminación.

Tabla 3.3.- Algunas de las teorías que describen el principio y la terminación del periodo de inducción
La teoria de la barrera física a la difusión, se basa en la formación de una capa de C-S-H alrededor de la
partícula de C3S, por donde el Ca(OH)2 tiene que salir. Dicha capa retarda la velocidad de reacción porque el
agua tiene que pasar a través de la capa de C-S-H , en contracorriente con el Ca(OH)2. Como hay
concentraciones elevadas de Ca(OH)2, solubilizadas en el agua, el potencial químico se disminuye
continuamente hasta que la solución está sobresaturada con con respecto a la portlandita ,Ca(OH)2. La
velocidad de la hidratación de C3S no puede volver a crecer antes de que Ca(OH)2 empiece a cristalizarse y así
se mueve el equilibrio de la reacción hacia la derecha, que es lo que pasa en la etapa 3.
Etapa 3:
Después de 1-3 horas, es decir, al final del período de inducción, empieza la solidificación o fraguado inicial.
El C3S empieza a hidratarse rápidamente otra vez, ya que el Ca(OH)2 empiece a cristalizar y así se mueve el
equilibrio de la reacción hacia la derecha.. La velocidad de hidratación alcanza un máximo al final del período
de aceleración. Este máximo corresponde con el máximo de la evolución de calor. A este tiempo (2-8 horas)
el fraguado final ha ocurrido y comienza el endurecimiento inicial.

Debido a que la cristalación de Ca(OH)2, lleva a este compuesto fuera de la capa de C-S-H (Figura 3.6), la
velocidad de difusión de Ca(OH)2 crece y, por consiguiente, crece la difusión de H2O hacia el núcleo de C3S
y la velocidad de hidratación.
Etapa 4, Período de deceleración.
Figura 3.6.- Cristalación del Ca(OH)2 fuera de la capa de C-S-H.
Por la hidratación del C3S, el espesor de la capa C-S-H crece. Por consiguiente, llega un momento en que la
velocidad de reacción es igual a la velocidad de difusión. A partir de este momento, mientras el espesor de la
capa sigue creciendo y el movimiento a través de la capa C-S-H determina la velocidad de la reacción y la
hidratación queda controlada por la velocidad de difusión dentro de la capa. Luego la velocidad de reacción
empieza a disminuir hasta que llegue un estado estable (etapa 5) después de 12 a 24 horas.
Las reacciones controladas por difusión son generalmente bastante lentas y la velocidad disminuye cuando
aumenta el espesor de la barrera de difusión, motivo por el cual la hidratación tiene la tendencia a acercarse al
100 % de forma asintótica.
Luego la velocidad de reacción empieza a disminuir hasta que llegue un estado estable (etapa 5) después de 12
a 24 horas.
Etapa 5, periodo de difusión estacionario.
Durante esta etapa, la difusión es tan lenta que la velocidad de hidratación está controlada únicamente por la
velocidad de difusión. Como el espesor de la capa sigue creciendo, la velocidad de difusión sigue
disminuyendo hasta que no haya más C3S a hidratar.

(b)
Figura 3.7.- Crecimiento de los productos de hidratación durante la etapa 4 (a).- Representación esquemática.
(b).- Desarrollo de la microestructura 1.- Núcleo no hidratado, 2.- CH , 3.- C-S-H.
La hidratación de C2S es similar a la de C3S, pero es mucho más lenta porque es un compuesto menos reactivo
que el C3S. Además, el calor de hidratación de C2S es menor que el de C3S y por eso la curva calorimétrica es
difícil de medir experimentalmente. Sin embargo, la curva es similar a la de C3S (Figura 3.2) pero el segundo
pico tiene mucha menos intensidad.
La hidratación, como otras reacciones quimicas, es sensible con respecto a la temperatura. La velocidad de
reacción aumenta con la temperatura. Pero la dependencia entre la velocidad y la temperatura está relacionada
con el grado de reacción. La etapa en la que la temperatura tiene más importancia es en el período de aceleración
(etapa 3) donde la velocidad de reacción es controlada químicamente. En la etapa 5 en que la
hidratación es controlada completamente por difusión, la reacción no es tan sensible con respecto a la
temperatura, aunque el coeficiente de difusión puede variar con la temperatura. El efecto total de la
temperatura está ilustrado en la figura 3.8, donde se puede comparar el grado de hidratación de C3S a
diferentes temperaturas.
(a)

Cinética de la hidratación.
Figura 3.8.-Efecto de la temperatura en la hidratación del silicato tricalcico.
El estudio de cinética es, esencialmente, una descripción matemática de los pasos que determinan la velocidad
de las reacciones y, como tal, depende de la correcta selección y modelizado de los procesos implicados.
El estudio de cinética es, esencialmente, una descripción matemática de los pasos que determinan la velocidad
de las reacciones y, como tal, depende de la correcta selección y modelizado de los procesos implicados.
Pueden ser identificadas tres etapas que determinan la velocidad durante el periodo medio y final de la
hidratación, que son:
1.- Nucleación y crecimiento del cristal.
2.- Disolución en la superficie del C3S.
3.- Difusión a través de las capas hidratadas.
La función de reacción global , G( α ) , puede ser derivada de las funciones que describen esos tres procesos.
Las funciones más extensamente usadas son:
( ) 1 3
GN = ⎡−ln 1−
α ⎤ = KNt ⎢⎣ ⎥
(3.3)
⎦
( ) 1 3
GI = ⎡1− 1−
α ⎤ = KIt ⎢⎣ ⎥⎦
1
2
3
D = ⎡1− ( 1−
α ) ⎤ = D
G K t
⎢⎣ ⎥⎦
donde α es el grado de hidratación en el de tiempo t , y N K , I K y K D son las constantes velocidad de
reacción respectivas.
Dependiendo de los valores N K , I K y K D , cada uno de las funciones anteriores puede ser predominate en
G( α ) para cualquier valor de α . Por ejemplo, G N predominará para pequeños valores de α al comienzo de
la etapa III y D G será el factor más importante para grandes valores de α . N G , I G y G D ,son las ecuaciones
(3.4)
(3.5)

espectivas sacadas por Avrami para la nucleacion, por Sharp para el crecimiento en el límite de fase y por
Jander para el control de la difusión en la sinterización en el estado sólido. Varios investigadores han ajustadp
satisfactoriamente los datos de cinética a esos tipos de ecuación, que tienen la forma general:
( ) 1 ⎡ 3 1− 1−
α ⎤ = Kt
⎢⎣ ⎥⎦
Con frecuencia N> 2, lo que sugiere que la reacción se complica por el cambio de espesor de la barrera de
difusión o por un cambio del valor del coeficiente de difusión (D), que está contenido en KD. Ginstling y
Brounstein han modificado la ecuación (3.5), con el fin de tener en cuenta el cambio, con el tiempo, del
espesor de la barrera de difusión alrededor del grano C3S, formada por los C-S-H. La ecuación que han
propuesta es la siguiente:
1
2 3
2
1
3 3
GD = ⎡1− ( 1−α ) ⎤ − ⎡1− ( 1−
α ) ⎤ = KDt ⎢⎣ ⎥⎦ 3 ⎢⎣ ⎥⎦
Además, los C-S-H que se forma son de morfologías diferentes y es probable que los tipos I y III tengan
características de difusión diferentes a los del tipo IV. Taplin hizo tal distinción entre los productos de
hidratación más externos y más internos y derivó la siguiente ecuación:
1 ⎡ ⎛ 2 ⎞ ⎤ ⎛ 1 1 ⎞⎡
2να
⎤
GD = ( ) ( ) Kt
D
⎢ − − − − ⎥ + − + − + =
⎝ ⎠ D D ⎢
⎣
⎥
⎦
2 2
3 3
1 ⎜1 α ⎟ 1 α ⎜ ⎟ 1 1 να
i ⎣ 3 ⎦ ⎝ 0 ⎠ 3
donde i D y D O son los coeficientes de difusión de los C-S-H internos y externo, respectivamente, y la v es la
proporción de volumen C-S-H externo a interno. Una terminología mejor, sería productos “medios” y
productos “últimos” en vez de “externos” e internos”, respectivamente.
4.- Aluminato tricálcico.
4.1.- Introducción.
Entre los minerales presentes en el cemento de Portland, el aluminato tricalcico,C3A. es el más reactivo con el
agua y tiene una influencia significativa sobre la temprana hidratación y la reología del cemento Portland y
hormigón. El comportamiento durante hidratación del C3A, como el de los de otros minerales del clinker,
depende de varios factores tales como: temperatura, relación Agua
Solido , superficie específica del 3 C A procedimiento de mezclado y presencia de adiciones.
,
4.2.- Hidratación en ausencia de yeso.
Cuando el aluminato tricalcico, 3 C A , se pone en contacto con agua, la reacción inicial que se produce puede
dar como resultado un fraguado rápido de la pasta de cemento, causado por la formación rápida de los hidratos
de aluminato de calcio.
2C3 A + 21H → C4AH19(13) + C2AH8 (Hidratos hexagonales) ∆ H = -340 KJ/mol. (4.2.1)
Estos hidratos, que son miembros del grupo AFm (A12O3 - Fe2O3 - monosulfato), no son estables y se
convierten fácilmente en otro hidrato, que es el C3AH6, el cual aparece como partículas icosatetraedricas.
N
(3.6)
(3.7)
(3.8)
C4AH13 + C2AH8 → 2 C3AH6 + 9H (Hidratos cúbicos) (4.2.2)

En la figura 4.2.1 puede verse la morfología típica de los hidratos hexagonales y cúbicos. Un material tipo gel,
aparentemente, es el precursor de los hidratos hexagonales, que crecen primero como escamas finas e
irregulares, de baja cristalinidad. Con el tiempo, dichas escamas dan lugar a láminas u hojas mejor
cristalizadas hexagonales, con las composiciones C2AH8 y C4AH19. Estos cristales tienen una estructura de
capas consistiendo láminas Ca2Al ( OH ) 6
+
con iones Al ( OH ) 4
−
equilibran la carga neta positiva de la capa, junto con el H2O.
o ( OH )
−
- en la región interlaminar, que
Figura 4.2.1.- Micrografias de los productos de hidratación del C3A en ausencia de yeso.
(a).- Gel consistente en laminillas irregulares.
(b).- Escamas hexagonales de CnAH1m
(c).- C4AH19 hexagonal y C3AH6 cúbico.
(d).- C3AH6 cúbico.
La alta evolución de calor que acompaña la ecuación (4.2.1), significa que la temperatura en una pasta de
C A durante la hidratación fácilmente puede subir muchos grados Celsius. Por encima de 30 ºC la conversión
3
de C4AH13 y C2AH8 en C3AH6 es muy rápida. Una vez que se han formado núcleos de cristales de C3AH6 los
cristales crecen también facilmente a temperaturas inferiores a 30 ºC.
La figura 4.2.2 muestra la curva que da la evolución de calor y la secuencia de la hidratación. Existe una
reactividad inicial alta seguida de un período de baja recatividad. Ello puede ser debido a que los productos
iniciales de la hidratación (hidratos hexagonales) forman una barrera protectora sobre la superficie de las
C A . Seguidamente la conversión de los hidratos hexagonales a cúbicos rompe la barrera
partículas de 3
protectora y la hidratación prosigue de nuevo rápidamente, y viene acompañada por un gran desprendimiento
de calor. El momento en el que los hidratos hexagonales se convierten en cúbicos depende de las condiciones
de la reacción (temperatura, presencia de núcleos de C3AH6 , etc).

Los compuestos, organicos o inorganicos, que estabilizan los hidratos hexagonales con respecto a los cúbicos,
C A
retardaran la hidratación del aluminato tricalcico, 3
Por encima de 80 ºC, el C3AH6 puede formarse directamente:
3 C A + 6H → C3AH6 ∆ H = -240 KJ/mol (4.2.3)
La conversión de los hidratos hexagonales a cúbicos conduce a un aumento de la porosidad y a una rotura de
la microestructura, que da lugar a una pérdida de resistencia de la pasta. Por su parte, la formación directa del
C3AH6 (reacción (3)) da como resultado una matriz resistente.
Figura 4.2.2.- Hidratación del aluminato tricalcico sin yeso .
(a).- Curva calorimétrica, (b).- Secuencia de la hidratación.

4.3.- Hidratación en presencia de yeso.
2
El yeso permite regular la hidratación del aluminato tricalcico, C3A , que en ausencia de iones sulfato, SO4 − ,
Tendría como consecuencia un fenómeno de fraguado rápido del cemento, formando directamente aluminatos
hidratados (Reacciones autocataliticas).
En presencia de iones sulfato, las reacciones de hidratación son reemplazadas por unas más lentas, que como
en el caso del C3S se desarrollan según una secuencia en la que existen variaciones de velocidad.. Sin
embargo, la duración de las diferentes etapas de reacción son más grandes en el caso del C3A . La figura 4.3.1
muestra un diagrama cinético simplificado de las reacciones del aluminato tricálcico en presencia de yeso y de
cal. Este sistema reproduce el medio químico que se encuentra el C3A en una pasta de cemento.
La curva calorimétrica de la hidratación de C3A , que se muestra en la figura 4.3.1, es cualitativamente
parecida a la curva de C3S, aunque las reacciones comprendidas son muy distintas y 1a cantidad de calor
desarrollado mucho más elevada. E1 primer pico de calor se forma durante los primeros 10 a 15 minutos y,
principalmente, se debe a la formación de etringita. El segundo pico coincide con la conversión de etringita a
monosulfato y el tiempo que pasa antes de que la conversión empiece depende de la cantidad de sulfato
disponible.
Si hay una gran cantidad de yeso disponible en el sistema, etringita puede quedarse estable mucho más
tiempo. La conversión a monosulfato suele ocurrir entre 12 a 36 horas en casi todos los cementos, es decir,
cuando se ha utilizado todo el yeso para formar etringita.
En la hidratación del C3A pueden distinguirse los siguientes periodos:
(i).- Periodo inicial.
(ii).- Periodo de retardo
(iii).- Periodo de espesamiento del yeso.
(iv).- Reacciones a largo plazo.
(i).- Periodo inicial.
En este periodo, el 3 C A y el yeso se disuelven rápidamente en agua, según las reacciones:
+ −
3 2 6 2 2
( )
Ca Al O 2H O 3Ca 2AlO 4 OH −
+ → + +
2+ 2−
CaSO4.2H 2O → Ca + SO4 + 2H
2O
Estas reacciones vienen acompañadas de un desprendimiento de calor importante y de la formación de una
solución muy sobresaturada, como puede verse en la figura 4.3.1.
Los iones así formados se combinan instantáneamente para formar cristales de ettringita o sal de Candlot
(trisulfoaluminato de calcio hidratado, abreviadamente TSA) según la reacción:
−
( ) ⎡ ( ) ⎤ ( )
29H O + 6Ca + 2AlO + 3SO + 4 OH → Ca Al OH . Ca SO .25H
O + Calor
o bien:
+ − 2−
2 2 4 ⎣ 2 6 ⎦ 2
2 4 3 2
C A + 3CSH + 26H
→ C AS H + Calor
(4.3.1)
3 2 6 3 32
Este compuesto aparece , en general, bien cristalizado y se le observa fácilmente al microscopio óptico,
apareciendo en forma de agujas muy finas o de "erizos" característicos. En la figura 4.3.2 puede verse la
morfología típica de la etringita (Cortas agujas prismáticas). Estos cristales inicialmente son demasiado

pequeños, no pudiendo actuar como puentes entre las partículas de cemento, permaneciendo así éstas móviles,
unas con relación a otras, en la pasta formada, quedando ésta en estado plástico durante un determinado
período de tiempo.
Figura 4.3.1.- Cinetica y secuencia de las reacciones de hidratación del aluminato tricalcico, 3
C A , con el
yeso, en presencia de cal.

Figura 4.3.2- Micrografias de los productos de hidratación del 3 C A en presencia de yeso. Etringita.
Durante esta primera etapa, se forma una capa de etringita que cubre y protege (barrera protectora, más o
menos impermeable) la superficie de las partículas de 3
( OH )
−
y
2
Ca + .
(ii).- Periodo de retardo.
C A , impidiendo la difusión de los iones,
2
SO4 − ,
A continuación del periodo inicial viene un periodo de reacción lenta durante el cual la ettringita continua
C A , el entrelazado de las "agujas" puede conducir a que la pasta se
formándose. En los cementos ricos en 3
vuelva rígida, corno es el caso del fraguado de la escayola. Estos cementos tienen pues, en general, un tiempo
C A . Este fenómeno se distingue,
de fraguado más corto que los cementos con débil contenido en 3
fundamentalmente, del fraguado normal debido a la formación de las "colas" de silicatos de calcio hidratados,
C-S-H.
El aluminato tricálcico posee un "periodo durmiente" que se parece un poco al del silicato tricálcico. Sin
embargo, es necesario remarcar que la velocidad de reacción aumenta de forma significativa, en el transcurso
del periodo de fraguado del silicato. Esto es debido no solo a los procesos de activación térmica sino también
a la formación de compuestos mixtos (silito-aluminatos de calcio).

2
La velocidad de reacción se retarda debido a la capa de ettringita, ya que los iones SO4 − 2
y Ca + tienen que
pasar dicha capa por difusión antes de que puedan reaccionar formando nuevamente etringita. La hidratación
C A se retarda mientras la etringita forma una barrera de difusión alrededor de las partículas de 3 C A , de
de 3
igual manera que lo hacen los silicatos de calcio hidratados, C-S-H, durante la hidratación de los silicatos de
calcio
La duración de esta segunda etapa depende de la cantidad de yeso disponible en la mezcla, porque la etringita
sólamente es estable mientras hay suficiente exceso de SO − .
(iii).- Espesamiento del yeso.
La etringita es un producto de hidratación estable, pero sólo cuando hay suficiente cantidad de sulfato
2
disponible. Si la concentración de SO4 − en solución disminuye, la etringita se hace inestable y se convierte a
monosulfato.
La formación de etringita consume tres moles de sulfato de calcio por cada mol de aluminato tricálcico. Por
otra parte, el contenido en yeso de los cementos esta limitado por las normas y, en general, es inferior a la
proporción estequiométrica anterior; por lo tanto, se puede afirmar que existe un exceso de aluminato
tricálcico frente al yeso.
Al cabo de 10 - 24 horas, es decir, después de fraguado del cemento, el yeso se ha consumido totalmente. Esto
2
hace decrecer la concentración de iones sulfato y calcio (La fase líquida es deficiente en iones SO4 − 2
y Ca + )
y la solución se vuelve subsaturada con respecto a la etringita, y esta va entonces a disolverse, es decir la
reacción:
2
4
−
( ) ⎡ ( ) ⎤ ( )
29H O + 6Ca + 2AlO + 3SO + 4 OH → Ca Al OH . Ca SO .25H
O + Calor
+ − 2−
2 2 4 ⎣ 2 6 ⎦ 2
2 4 3 2
se va a desplazar hacia la izquierda, creando una nueva fuente de iones sulfato, que con el aluminato que aun
queda forman un nuevo compuesto, el monosulfoaluminato de calcio hidratado (MSA) según la reacción:
o bien:
−
( ) ⎡ ( ) ⎤ ( )
19H O + 4Ca + 2AlO + SO + 4 OH → Ca Al OH . Ca SO .15H
O + Calor
+ − 2−
2 2 4 ⎣ 2 6 ⎦ 2
4 2
2C A + C AS H + 4H
→ C ASH + Calor
(4.3.2)
3 6 3 32 4 12
(Monosulfato)
Esta reacción provoca una rápida disolución del aluminato anhidro que alimenta de iones aluminato la
solución. En los cementos se observa igualmente durante este periodo que el ferroaluminato también
reacciona rápidamente.

En la figura 4.3.1, se puede ver la caída en el contenido de iones sulfato y de la conductividad eléctrica,
acompañando a un pico pronunciado de flujo térmico, que pone de manifiesto la elevada velocidad de
reacción.
Entonces, por falta de yeso (iones
2
SO4 − ), la etringita reacciona con el 3 C A formando monosulfatos.
Cuando la etringita empieza a convertirse en monosulfato, la velocidad de hidratación del 3 C A empieza a
crecer otra vez, debido a que se produce la rotura de la barrera protectora durante la conversión de etringita a
C A pueda reaccionar rápidamente otra vez.
monosulfato, permitiendo que 3
El monosulfoaluminato aparece cristalizado en forma de láminas hexagonales de pequeño espesor. En la
figura 4.3.3 puede verse la morfología típica del monosulfato (delgadas placas hexagonales).
Figura 4.3.3- Micrografias de los productos de hidratación del 3
C A en presencia de yeso.
Monosulfoaluminato..

La reacción de hidratación total del 3 C A se puede escribir como sigue:
C A + CSH + 10H
→ C ASH ∆ H = -362 KJ/mol. (4.3.3)
3 2 4 12
Así, el monosulfato es el producto final de la hidratación de los cementos Pórtland conteniendo más de
un 5 % de aluminato tricálcico.
Las figuras 4.3.4.a y b muestran la estructura del aluminato tricálcico en diferentes estadios de la hidratación
del cemento Portland.
En la figura 4.3.4.a se muestra una micrografia correspondiente a la hidratación del cemento Portland
transcurridas 7 horas. Se ha producido la reacción entre el C3A y los SO4 2- disueltos en el agua de amasado y
aportados por el yeso, formándose el trisulfoaluminato, etringita o también denominado TSA, según se ha
visto en la reacción (4.3.1). Este compuesto cristaliza en forma de agujas de base hexagonal (E) dispersas
entre filamentos de C-S-H.
En la figura 4.3.54.b transcurridas 24 horas, se observan los cristales -hexagonales de monosulfoaluminato
(MSA) (M) que aparecen en la fase de espesamiento del yeso, según la reacción (4.3.2).
Figura 4.3.4.- (a).- Micrografía donde se puede observar la ettringita (E), que cristaliza en forma de agujas de
base hexagonal, estando rodeadas rodeadas de los filamentos de C-S-H (Edad 7 horas).
(b).- Micrografía donde se puede observar el monosulfoaluminato (M), en forma cristales
laminares hexagonales, (Edad 24 horas).
Varios nombres alternativos y modos de indicar sus fórmulas son utilizados para la etringita y el monosulfato.
Por tradición se han denominado a estos compuestos hidratos de sulfoaluminato de calcio, a pesar de que el S
2
está presente como iones de SO4 − en ambos compuestos. El C4ASH12 a veces se denomina
"monosulfoaluminato, MSA" y el C6AS3H32 "trisulfoaluminato, TSA" o también sal de Candlot.
La fórmula de etringita se puede escribir como C3A.3CS.H32 y la del monosulfato como C3A.CS.H12.

Etringita es la denominación dada a un mineral natural con la misma composición y es una composición
específica dentro del grupo general de fases AFt (A12O3 - Fe2O3 - Trisulfatos) donde el A12O3, parcial o
2
totalmente, puede ser reemplazado por Fe2O3 (ver la hidratación de la fase ferrítica) y el SO4 − por otros
aniones. Sin embargo, la denominación etringita se utiliza frecuentemente como sinónimo de la fase AFt.
De manera similar, el monosulfato C4ASH12 es una composición específica dentro del grupo general de fases
AFm (A12O3 - Fe2O3 - Monosulfato).
Las denominaciones sistemáticas recomendadas para etringita (trisulfato) y monosulfato son,
hexacalcio-aluminato-trisulfato-32-hidrato y tetracalcio-aluminato-monosulfato-12-hidrato, respectivamente.
Cuando la fase de monosulfato entra en contacto con una nueva fuente de iones de sulfato, la etringita puede
formarse nuevamente.
C4AS H12 + 2CS H2 + 16H → C6AS 3H32 (4.3.4)
Entre otras, la reacción anterior es la que puede ser causante de una reducida resistencia contra los sulfatos de
los cementos.
(iv).- Reacciones a largo plazo.
La secuencia de las reacciones del aluminato depende de las proporciones iniciales de yeso y aluminato,
que determinan la relación estequiométrica de los productos formados en el equilibrio.
En el caso habitual, los cementos Portland contienen un 8 - 12% de aluminato y un 5 % de yeso, es decir,
Yeso
una relación molar ≈ 0.8 . Esta relación corresponde a una mezcla de monosulfato y aluminato
Aluminato tetracálcico hidratado ⎡
⎣Ca2Al ( OH ) ⎤ . ( OH ) .12H
6 ⎦ 2 2O
o a una solución sólida del mismo tipo
conteniendo a los sulfatos sustituyendo a los iones ( OH )
−
2
( C4ASH 12 C4AH13 )
− .
En los hormigones, la etringita se transforma totalmente en monosulfoaluminato al cabo de algunas
semanas, y este último al cabo de un mes reacciona lentamente con el aluminato y el ferroaluminato en
exceso, para dar un producto hidratado complejo, conteniendo los iones aluminato, ferrato, sulfato, calcio
e hidróxilo.
En la tabla 4.3.1 se dan los productos estables formados durante la hidratación del C3A en función de la
⎛ Yeso CSH ⎞ 2
relación molar ⎜ = ⎟ .
⎝ Alu minato
C3A ⎠
Se observa la formación principalmente de dos compuestos, la etringita y el monosulfato, aunque al
finalizar el fraguado (final de la etapa de inducción) la tendencia será cada vez mayor a estabilizar el
monosulfato.
Como se desprende de la tabla 4.3.1, las condiciones que provocan la formación de uno u otro
componente durante el fraguado vienen marcadas por la cantidad de sulfato en solución y más
concretamente por los valores de la relación
SO
R
AlO
2−
4
−
2
= (el aluminio que pasa a solución lo hará como ion
aluminato al estar en medio muy básico debido a que el agua está saturada de cal en solución).

Tabla 4.1.- Formación de los productos de la hidratación del C3A.
Cuando la dosificación de yeso es inadecuada, es posible que exista todavía C3A sin reaccionar, cuando la
etringita se ha convertido en monosulfato. En estos casos, las fases AFm (monosulfato) que se forman tienen
composiciones entre C4ASH12 y C4AH13.
Estas fases pueden ser mezclas o soluciones sólidas. Las últimas se denominan C4A(S,H)H12 ó
C3A.(CS,CH).H12.
(10) C4ASH12 + C3A + CH + 12H → C4A(S,H)H12
La hidratación del C3A en presencia de yeso, dependiendo de la relación molar CSH2/C3A , está resumida en
la tabla 4. 1.
Hay que recordar que C3A es un compuesto muy reactivo. Si no se obtienen suficientes concentracíones de
iones de sulfatos (SO4 2- ) con rapidez, es posible que se formen AFm fases transitorias durante los primeros
minutos de hídratación, como por ejemplo C4ASH12, C4AH13 , C2AH8 o composiciones intermedias.
También se pueden formar pequeñas cantidades de C3AH6 durante la hidratación inicial o más tarde, debido a
las fases de AFm.
5. Fase de ferrítica.
La secuencia en la cual C4AF forma sus productos de hidratación en presencia de yeso, es igual a la de C3A,
pero las reacciones son más lentas y la evolución de calor no es tan grande. Es muy raro que C4AF reaccione
con la suficiente rapidez como para poder causar fraguado rápido y además el yeso retarda la hidratación de
C4AF mucho más. Las modificaciones en la composición de la fase de ferrito afecta únicamente la velocidad
de hidratación. Cuando el contenido de F aumenta, la velocidad de la hidratación disminuye.
Aparentemente, los óxidos de hierro pueden sustituir a los óxidos de aluminio en los productos de la
hidratación.
Como puede verse en las ecuaciones (5.1) y (5.2), no hay suficiente cal en C4AF para poder formar las fases
de AFm sin que también se formen óxidos de hierro o aluminio amorfos. Estas reacciones no tienen
importancia en la práctica, porque en el cemento la cantidad de Ca 2+ y OH - de otras hidrataciones es tan
grande que hay poca posibilidad de que se produzcan las reacciones citadas.

( ) ( )
3C4 AF + 12CSH 2 + 110H → 4 ⎡C6 A, F S H ⎤
⎣ 3 32 ⎦
+ 2 A, F H3
(5.1)
( ) ( ) ( )
3C4 AF + 2 ⎡C6 A, F S H ⎤
3 32 14H 6 ⎡C4 A, F SH ⎤
⎣ ⎦
+ →
⎣ 12 ⎦
+ 2 A, F H3
(5.2)
En estas ecuaciones el uso de (A,F), por ejemplo en la fórmula C6 (A, F) S3H32, indica que el A12O3 y Fe2O3
son intercambiables en el compuesto, pero la relación A
no es necesariamente la misma como en el
F
compuesto patrón.
En ausencia de iones de sulfato pueden formarse fases AFm sin sulfatos. La fase termodinamícamente estable
es C4(A,F)H6.
2C2(A,F)H8
C4AF + 16H (5.3)
C4(A,F)H13 + (A,F)H3
En la figura 5.1 se muestra, la evolución del volumen relativo, de cada una de las fases presentes durante la
hidratación, en función del grado de hidratación.
Figura 5.1.- Evolución del volumen relativo de cada una de las fases en función del grado de hidratación.
Por su parte, en la figura 5.2 se muestra, la evolución de la cantidad de los productos resultantes de la
hidratación y de la porosidad en función del tiempo.

Figura 5.2.- Evolución de la cantidad de los productos resultantes de la hidratación y de la porosidad en
función del tiempo.
6.- Cinéticas en la hidratación del cemento Portland.
La velocidad de reacción de la hidratación en los primeros días es :
Como se ilustra en la figura 6.1.
C3A > C3S > C4AF > C2S
Figura 6.1.- Grado de hidratación en compuestos de cemento en pastas de compuestos puros.

Sin embargo, las distintas preparaciones de los minerales de clínker puros se hidratan con distintas
velocidades, porque sus reactividades están afectadas por las diferencias en el tamaño de los cristales e
imperfecciones de los cristales, debido a diferencias en el enfriamiento de preparación. La reactividad también
está afectada por el tamaño de las partículas y la naturaleza de la molturación, la finura y el tratamiento
térmico de la mezcla de la preparación con yeso.
Para un cemento industrial todavía influyen varios factores.
Las velocidades de reacción de los compuestos de clínker se ven afectados por la presencia de impurezas. Esta
propiedad probablemente explica porque la alita y la belita (minerales impuros de C3S y C2S en el clínker)
hidratan más rápidamente que los compuestos C3S y C2S puros. Lo mismo es válido para las fases de C3A y
C4AF. Esto está ilustrado en la figura 6.2.
Figura 6.2.- Grado de hidratación en compuestos de cemento en pasta donde estos contienen impurezas a
escala atómica en solución sólida (cemento industrial)
Las impurezas pueden afectar la reactividad en las siguientes maneras:
(i).- Sustitución casual de iones en la red cristalino que resulta en defectos en la red.
(ii).- Cambios más extensos en la estructura cristalina debido a cambios en la masa atómica y, por
consiguiente, en la simetría de los cristales.
(iii).- Formación de precipitados separados en los límites de los cristales y/o partículas.
(iv).- Combinaciones de los 3 fenómenos arriba mencionados.
La reactividad de cada uno de los compuestos de clínker está afectada por la hidratación de los demás y sus
productos de hidratación.

7.- Interacciones entre los componentes.
La suposición que se hace de que los compuestos de cemento hidratan independientemente, es razonable en
muchos casos, pero no siempre es cierto. Por ejemplo se puede mencionar que el C2S hidrata con más rapidez
OH −
en la solución. Estos cambios
en presencia de C3S debido a los cambios en la concentración de Ca 2+ y ( )
también afectan la hidratación del C3A y C4AF.
Estos compuestos consumen iones de sulfato durante su hidratación y, por este motivo, hay una competencia
con respecto a los iones de sulfato disponibles.
Se puede esperar que el más reactivo C3A consuma más sulfato que el C4AF y, de esta manera, se aumente la
reactividad de C4AF porque se forma menos etringita.
E1 yeso también aumenta la velocidad de la hidratación de los silicatos de calcio, que también compiten por
los iones de sulfato, ya que el C-S-H incorpora en su estructura cantidades considerables de sulfato y támbién
de alúmina y hierro.
Se ha estimado que la cantidad de compuestos de alúmina y hierro hidratados (principalmente las fases AFt y
AFm) que se forma en la pasta puede ser únicamente un 50 % de la cantidad teórica calculada con base en la
composición de los compuestos del cemento.
De manera similar, la parte de sulfatos combinados en esos hidratos pueden ser menos del 50 % del sulfato
total presente en el cemento. Por otro lado, la sílice está también incorporada en la etringita y en el
monosulfato cuando se forman en la pasta.
Otro ejemplo es la existencia de un contenido óptimo de yeso que forma una resistencia máxima en la pasta de
cemento. Una explicación de esto es que un contenido de yeso demasiado alto resulta en la formación de
etringita en cantidades excesivas después de que la pasta se ha endurecido, causando de esa manera una
expansión desenfrenada y una interrupción de la microestructura de la pasta, mientras que un contenido de
yeso insuficiente permite que las fases de Afm :
C ASH + C A + CH + 12H → 2 ⎡C A( S, H) H ⎤
⎣ ⎦ (7.1)
4 12 3 4 12
se formen antes de que termine la etapa 2 de la hidratación de C3S, de manera que el consumo de Ca(OH)2
correspondiente previene la nucleación de los productos de la hidratación de C3S y extiende el período de inducción.
Otro punto de vista que explica el contenido óptimo de yeso como debido al efecto acelerador que el yeso
tiene con respecto a la hidratación del C3S, pero, al mismo tiempo, el yeso disminuye la resistencia intrínsica
del C-S-H por la presencia de iones de sulfato en su estructura.
El contenido óptimo de yeso con respecto a las resistencias máximas varía con el tiempo de hidratación, lo
que indica que ambas explicaciones están contribuyendo al fenómeno.
La interacción entre el C-S-H y los iones de sulfato puede ayudar a explicar la observación de que existe un
contenido óptimo de yeso con respecto a mínima contracción durante el secado. Este contenido óptimo no es
el mismo que el contenido óptimo con respecto a resistencias óptimas.
Los iones de sulfato que participan en los procesos de hidrataci6n pueden tener otros orígenes que el yeso.
Unos clínkeres contienen K2SO4 y otros sulfatos de álcalis solubles que pueden influir en las reacciones de la
manera arriba explicada.

En la figura 7.1 se puede ver una curva calorimétrica típica del cemento Portland. Los picos secundarios de
hidratación del C3S y del C3A normalmente se pueden distinguir con facilidad, aunque su secuencia puede ser
invertida. Si el pico de C3A se produce antes del pico C3S principal y el cemento tiene bajo contenido de C3S,
es difícil distinguir los picos.
8.- Fraguado.
Figura 7.1.- Velocidad de calor desarrollada durante la hidratación del cemento portland.
Es comúnmente aceptado que, sin la presencia del yeso, el C3A, al hidratarse causaría un fraguado rápido, ya
que su reacción con el agua es casi inmediata. La adición de yeso retardará la hidratación y la aparición del
fraguado. Diferentes mecanismos han sido propuestos para intentar explicar la acción retardante del yeso en la
hidratación del C3A.
Las anomalías del fraguado son esencialmente debidas a la naturaleza y cantidad de los compuestos
hidratados, los cuales se forman después de que el cemento ha sido mezclado con agua. Estos compuestos son
producto de las reacciones de los aluminatos de calcio y el sulfato de calcio. Esta primera reacción se para
transcurridos de 10 a 15 minutos, después existe un período de reposo, (período «durmiente”), que dura varias
horas, durante las cuales no hay prácticamente actividad química, y finalmente comienzan de nuevo las
reacciones de hidratación.
Sin embargo, sí existen claras diferencias en la conversión del C3A, dependiendo de la actividad de éste
durante la hidratación y, de la cantidad de yeso presente, es decir, dependiendo de la relación entre la
concentración de los iones sulfato (SO4) 2- e iones aluminato (A1O2) - en solución. Esta relación determina si el
comportamiento del fraguado es normal o no, presentándose varios fenómenos según sea el valor de la
2−
S( SO4
)
relación R = , que se muestran en la figura 8.1 y que tienen gran importancia práctica en la
−
A AlO
( 2 )
tecnología del hormigón y del mortero. Como se puede ver en dicha figura se presentan 5 casos.

Caso I.
Sulfato
Figura 8.1.- Influencia de la relación en la solución sobre las características de fraguado de
Alu minato
las pastas de cemento Pórtland.
Se presenta cuando la razón de disponibilidad de iones aluminato y de iones sulfato en la fase de solución son
bajos. La pasta de cemento permanecerá trabajable durante 45 minutos, tras esto comenzará la rigidez al ser
ocupados por cristales de etringita los lugares antes ocupados por agua.
Muchos de los cementos Portland, de fraguado normal, pertenecen a esta categoría. La pasta se vuelve menos
trabajable entre 1-2 horas tras la adición de agua y podrá comenzar la solidificación tras 2-3 horas.
Caso II
Cuando la razón de disponibilidad de iones aluminato y de iones sulfato en la fase de solución son altos,
grandes cantidades de etringita se forman rápidamente , lo que causa una considerable pérdida de consistencia
en 10-45 minutos, con solidificación de las pasta entre 1-2 horas. Es usual en cementos con altos contenidos
en C3A, y que contienen una cantidad, superior a la normal, de sulfatos alcalinos, o más cantidad de sulfato de

calcio hemihidratado. Si la cantidad de hemihidrato es excesiva, se podrá producir yeso secundario o, en
presencia de sulfatos alcalinos, puede aparecer la singinita , K2CS H 2 , en cristales en forma de placas o agujas
de tamaños considerables entre las partículas de cemento.
La etringita que cubre como una capa a las partículas de cemento es más espesa, pero esto es en principio
insuficiente para salvar los espacios entre partículas, así que las pasta es todavía plástica. Sin embargo, como
la cantidad de etringita es más grande que en el caso I, ésta recristaliza más rápidamente y así el cemento
fraguará más rápido.
Caso III
Si la cantidad de C3A, fase muy reactiva, es alta y la cantidad de sulfato disponible para pasar a disolución es
menos del requerido para un correcto retardo, se formará etringita de la misma forma, pero no “protegerá”
adecuadamente las partículas de cemento.
Se formarán grandes cristales hexagonales, en forma de láminas, de monosulfato y aluminatos de calcio
hidratados, de forma muy rápida y en grandes cantidades, provocando el fraguado de la pasta en menos de 45
minutos tras la adición del agua. Este fenómeno es llamado fraguado rápido (quick set).
Caso IV
Si en la molienda del cemento ha sido añadida sólo una pequeña cantidad de yeso, o bien, no hay yeso, se
producirá una rápida hidratación del C3A, formándose láminas hexagonales de aluminato cálcico hidratado en
grandes cantidades tras la adición del agua a la pasta de cemento, causando casi un fraguado instantáneo (flash
set). Este fenómeno conocido como fraguado relámpago se asocia a grandes desprendimientos calor y
resistencias mecánicas últimas pobres.
Caso V
Cuando el C3A contenido en el cemento es de baja reactividad, como es el caso de cementos que se han
hidratado o carbonatado debido a un mal almacenamiento, y además, tenemos una gran cantidad de sulfato de
calcio hemihidrato presente, podemos decir que la fase de solución tiene una baja concentración de iones
aluminato, pero pronto estará sobresaturada respecto a los iones de calcio y de sulfato. En esta situación, se
podrá formar una delgada capa protectora de partículas de etringita sobre la superficie de las partículas de
cemento. Sin embargo, como todo el C3A no puede consumir los iones sulfato presentes, se formarán grandes
cristales de yeso produciendo la consiguiente perdida de consistencia.
El fenómeno anterior, denominado falso fraguado o fraguado dudoso, no tiene asociado una gran liberación de
calor y puede ser remediado mediante una vigorosa mezcla de la pasta de cemento con o sin adición de agua
nuevamente, volviendo a tomar plasticidad y pudiéndose usar nuevamente sin pérdida de resistencia.
Las causas de este fenómeno del falso fraguado se han explicado de diversos modos. Se ha observado que las
temperaturas elevadas que se producen durante la molienda del cemento producen a menudo este efecto y,
puesto que se sabe que el yeso pierde agua en estas condiciones, la explicación corriente ha sido que la
anhidrita así producida ha perdido su poder de retrasar el proceso de fraguado a causa de su menor capacidad
de disolución (Menor solubilidad). Pero si fuera éste el caso, las pastas fraguarían instantáneamente en vez de
fraguar en falso, porque la rápida hidratación de C3A produciría el fraguado. Bogue y sus colaboradores
estudiaron este fenómeno y observaron que el hemihidrato del sulfato de calcio, o yeso cocido, puede producir
ese tipo de fraguado en las pastas de cemento, hidratándose el mismo hasta fraguar.
A causa de su velocidad de solución, mayor que la de otras formas del sulfato cálcico, el hemihidrato puede
entrar en solución más rápidamente que el aluminato tricálcico y, por su propia hidratación, puede producir en
la pasta de cemento esta rigidez que se designa con el nombre de falso fraguado.

Durante el proceso de molienda, el yeso puede ser deshidratado parcial o totalmente pasado a hemihidrato o
anhidrita. Así pues, un conocimiento de la estabilidad del yeso con respecto a la temperatura y al vapor de
agua es importante para la tecnología del cemento (Tabla 8.1). La temperatura del cemento durante la
operación de molienda podrá estar en el rango entre 40 y 150 ºC.
Tabla 8.1 .- Humedad relativa, aproximada, para prevenir la disociación del CaSO42H2O.
Temperatura (º C) Humedad relativa (%)
24 35
38 45
52 55
66 65
79 80
93 95
100 100
121 2.5 atm de presión de vapor
De los datos de la tabla anterior , puede extraerse la conclusión de que la humedad relativa en el molino
debería exceder del 50 % para prevenir la deshidratación del yeso.
Aunque la deshidratación en la molienda ocurre, aparentemente el ritmo de deshidratación es suficientemente
bajo para que los cementos puedan ser molidos a temperaturas de 90 0 C sin que ocurra una excesiva
deshidratación del yeso. En caso contrario es necesario, promover un adecuado enfriamiento del molino.
Otros fenómenos que pueden producir el falso fraguado son la aireación del cemento y la presencia de álcalis
en el mismo.
Investigaciones realizadas corroboran que en cementos, los cuales no contenían C3A y tampoco sulfato de
calcio, presentaban el falso fraguado después de la aireación. Es usual el pensar que este hecho será debido a
la activación del C3S por la absorción de la humedad. Aquellos cementos con contenidos altos C3S serán más
susceptibles al fraguado que otros con contenido bajo de C3S.
También es posible que la aireación de los cementos que contenían hemihidrato pudiese producir una pequeña
cantidad de yeso. Este yeso podría servir como un germen para la precipitación de los iones (SO4) 2- del CaSO4
como yeso. Si semejante conversión de una pequeña cantidad de hemihidrato a yeso tuviese lugar durante la
aieración o si una pequeña cantidad de yeso fuese dejado tras la molienda, el falso fraguado sería posible.
Los carbonatos alcalinos pueden reaccionar con el Ca(OH)2, producido por la hidrólisis rápida del C3S,
precipitando CaCO3, y este carbonato puede ser suficiente para producir la rigidez de un fraguado. Esta
carbonatación de los álcalis del cemento puede tener lugar durante la permanencia en los silos de
almacenamiento en presencia de una atmósfera húmeda.
Otros investigadores atribuyen el falso fraguado a la formación de singinita ( K2CS H 2 )por reacción del
K2SO4, en el clinker con el hemihidrato presente, debido a un incremento de temperatura durante la molienda.
La formación de singinita no conduce únicamente a un rápido fraguado, sino que además disminuye el
contenido de sulfato presente en la fase líquida, de tal forma que no será posible llevar a cabo de forma
correcta el retardo hidratación del C3A, llevando ésto a una temprana rigidez.
La cantidad de C3A disponible para la formación de etringita, está asimismo influenciada por la atmósfera del
horno durante el calentamiento del clinker. Si el clinker es enfriado lentamente bajo condiciones reductoras en
el horno a temperaturas entre 1000- 1200 ºC, se producirá sustancialmente más C3A, que en un horno con
atmósfera oxidante.

Por otro lado, la cantidad de sulfato suministrado a la solución en los primeros minutos de la hidratación
dependerá de factores termodinámicos y cinéticos. La solubilidad del sulfato de calcio dependerá de:
- Su grado de deshidratación y posiblemente de las condiciones de deshidratación.
- La temperatura.
- La presencia de otros iones comunes ,(SO4) 2- , en el clinker o no , de acuerdo con la ley de dilución de
Ostwald.
Los sulfatos del yeso, en sus tres posibles formas o en sus mezclas, no son equivalentes a los sulfatos del
clinker a efectos del fraguado. Así los sulfatos alcalinos del clinker son solubles; entran rápidamente en
disolución en el agua de amasado del cemento y crean en ella una alta concentración de iones sulfato.
Por simple acción de masa, esta concentración desplaza el equilibrio de disolución de los sulfatos de
regulación del fraguado, reduciendo su solubilidad, esto es, impidiendo o dificultando su entrada en solución
y, por consiguiente, su actuación como regulador de fraguado, ya que el retardo de éste corre a cargo de los
sulfatos de calcio y no de otros tipos de sulfatos. Se tiene así el riesgo de tener un fraguado más rápido que el
normal.
En el caso de clínkeres con altos contenidos en sulfatos alcalinos en su composición, sus cementos requieren,
para la buena regulación del fraguado mayor cantidad de yeso. Claro está que, al añadir más yeso a un clinker,
que ya de por si tiene un alto contenido en sulfatos se corre el riesgo de rebasar el límite máximo de SO3
admisible.
9.- Contenido óptimo de yeso
Muchas propiedades físicas de endurecimiento de las pastas de cemento, son afectadas por la cantidad de yeso
presente en la misma. Las más importantes son:
Resistencia a la compresión
1.- Resistencia a la compresión.
2.- Contracción al secado.
3.- Retraso a la expansión.
4.- Calor de hidratación.
Las resistencias a la compresión en morteros, hechas para un mismo clinker con diferentes cantidades de yeso,
se incrementaban al aumentar el contenido en yeso hasta un máximo. Una explicación de esto es que un
contenido de yeso demasiado alto da lugar a la formación de etringita en cantidades excesivas, y esto después
de que la pasta se ha endurecido, causando de esta manera una expansión y una interrupción de la
microestructura de la pasta.
Por otro lado, un contenido de yeso insuficiente permite que las fases de AFm (monosulfato) se formen antes
de que termine la etapa o periodo de inactividad en la hidratación del C3S, (Período de inducción), de manera
que el consumo de CH [Ca(OH)2] correspondiente previene la nucleación de los productos de la hidratación
del C3S y extiende el periodo de inducción.
Otro punto de vista, explica el contenido óptimo de yeso como debido al efecto acelerador que el yeso tiene
con respecto a la hidratación del C3S, pero, al mismo tiempo, el yeso disminuye la resistencia intrínseca de los
C-S-H (silicatos de calcio hidratados) por la presencia de iones de sulfato en su estructura.
El contenido óptimo de yeso con respecto a las resistencias máximas varía con el tiempo de hidratación, lo
que indica que ambas explicaciones están contribuyendo al fenómeno.
La cantidad de yeso a añadir a un determinado clinker para producir la máxima resistencia dependerá de la
composición del clinker.

Contracción al secado
La adición del yeso causa un decrecimiento en la contracción de los morteros realizados, a un valor mínimo.
La cantidad de yeso necesario para producir la mínima contracción dependerá nuevamente de la composición
del clinker. Las contracciones de los diferentes cementos, es prácticamente la misma usando la cantidad
correcta de yeso. Este contenido óptimo no es el mismo que el contenido óptimo con respecto a la resistencia
máxima.
Retardo de la expansión .
El efecto de un exceso de yeso en el cemento es causa para un retardo en la expansión en morteros y
hormigones. Es probable que por esta razón se hayan impuesto límites en cuanto a la cantidad máxima de SO3
presente en el cemento.
Curva de liberación de calor.
Un método de control para los requerimientos de yeso será el ritmo de liberación de calor al hidratarse el
cemento. Investigadores como Lerch define el término “adecuadamente retardado”, en términos de esta curva,
“un cemento correctamente retardado, puede ser considerado como uno que contiene la mínima cantidad de
yeso necesaria para dar una curva que, muestre dos ciclos de ascenso y descenso en el ritmo de la liberación
de calor, y que no muestra un apreciable cambio, si se realizan grandes adiciones de yeso durante las 30
primeras horas de hidratación”.
La cantidad de yeso determinado de esta forma es esencialmente la misma cantidad de yeso que, es requerida
para dar la máxima resistencia, mínima contracción y evite expansiones anormales. Puede ser así llamado el
contenido óptimo.
9.1.- Factores que afectan al contenido óptimo de yeso.
La influencia de varias propiedades del clinker, sobre el contenido óptimo de yeso pueden ser examinadas a
través de las curvas que muestran el ritmo de la liberación de calor durante la hidratación. La superficie
específica del cemento y el contenido en alcalinos del clinker, así como el contenido en C3A del clinker,
afectan a la cantidad de yeso necesaria para su correcto retardo
Superficie específica del cemento.
Con clinkeres altos, o moderadamente altos en C3A un incremento en la superficie específica del cemento
incrementa la cantidad de yeso requerida para dar un correcto retardo. El máximo ritmo en la liberación de
calor es incrementado en proporción a los aumentos de la superficie específica. Con clinkeres bajos en C3A, se
evita la deficiencia en yeso con un fino molido.
Contenido en álcalis.
Los efectos producidos por los altos contenidos en álcalis son bastante complejos y no son totalmente
conocidos. Podemos exponer tres características de la acción de cementos con bajo y alto contenido en álcalis.
1.- Cementos con alto contenido en alcalinos y bajos contenidos de yeso, pueden dar una curva de liberación
de calor similar a la que puede obtenerse con un cemento correctamente retardado, pero una nueva
adición de la cantidad de yeso muestra que éste no esta correctamente retardado.
2.- El cemento reacciona más rápidamente en aquellos cementos de altos contenidos en alcalinos
3.- Altos contenidos de yeso son necesarios para retardar los cementos con altos contenidos en elementos
alcalinos

Con cementos de bajo contenido en C3A, hay una diferencia entre los efectos de altos contenidos en Na2O y
K2O.
Con altos contenidos de Na2O y bajos de K2O, el ritmo de hidratación del cemento se incrementa al aumentar
en el contenido de yeso, desarrollándose un tercer pico en la curva de liberación de calor. Si se añadiese más
yeso, el tercer pico desaparecería obteniéndose una curva típica de un cemento correctamente retardado.
Con alto contenido en K2O y bajo en Na2O el ritmo de hidratación del cemento se incrementa al incrementar
el contenido de yeso, pero el tercer pico no aparecerá. Eventualmente el máximo del segundo pico en la curva
de liberación de calor se alcanza para el contenido óptimo de yeso.
Un cemento con alto contenido en Na2O requiere una mayor cantidad de yeso para un correcto retardo que un
cemento con alto contenido en K2O. Es probable que sea debido a la formación de los compuestos NC8A3 y
KC23S12 por la solución sólida de los alcalinos en la red del C3A y C2S respectivamente.
10.-Endurecimiento.
La velocidad de endurecimiento inicial está también determinada primeramente por la hidratación de C3S y las
resistencias durante las primeras 24 horas son aproximadamente proporcionales al área bajo el pico de calor
de hidratacíón.
De la figura 10.1 se puede ver que la resistencia se deriva principalmente de la hidratación de los silicatos. La
contribución de C3A y C4AF es muy pequeña, a pesar de que hidratan rápidamente.
Esto se debe probablemente a la gran expansión que acompaña la formación de etringita y a la interrupción de
la microestructura durante la conversión de etringita a monosulfato aluminato.
En las primeras dos o tres semanas, la resistencia depende principalmente de la hidratación de C3S, y el
desarrollo de la resistencia del cemento es una función del contenido de C3S (y también de la finura del
cemento). Sin embargo, C2S contribuye a la resistencia final.
Figura 10.1.- Desarrollo de resistencias en pastas de compuestos puros del cemento.

Así, la resistencia de una pasta de cemento depende del grado de hidratación de los silicatos de calcio. En las
pastas de los compuestos puros se puede determinar el grado de hidratación utilizando análisis cuantitativos de
difracción de rayos X, pero el análisis es más difícil en cementos Portland porque los picos de más fases se
superponen. Es común utilizar el agua combinada, es decir el agua que no se puede evaporar como una
medida del grado de hidratación de un cemento Portland, pero esto no es una aproximaci6n satisfactoria
porque cada uno de los compuestos hidratan con velocidades dístintas.
Además, los productos de la hidratación de C3A y C4AF (que sólo contribuyen poco a la resistencia) hacen
contribuciones mayores al contenido de agua combinada, especialmente en el período inicial.
E1 contenido de agua combinada se debe utilizar con considerable prudencia y únicamente como una base
comparativa.
11.- Cambios de volumen durante la hidratación.
Un aspecto importante del desarrollo microestructural es el grado de porosidad durante la hidratación. Todos
los productos de hidratación de los compuestos del cemento tienen densidades más pequeñas y volúmenes
específicos más grandes que los compuestos de los cuales provienen. (Tabla 11.1). Por eso, cada reacción de
hidratación va acompañada por un aumento en volumen de los sólidos, que lleva consigo una disminución de
la porosidad.
Un conocimiento de la porosidad puede ser muy ventajoso, ya que tiene gran influencia en las propiedades de
la pasta del cemento, especialmente, en la resistencia y durabilidad.
Tabla 11.1.- Datos físicos que determinan los cambios volumétricos que ocurren durante la hidratación.

Principalmente, la porosidad de una pasta (pero no la distribución de poros por tamaño) se puede calcular
fácilmente al determinar los cambios de volumen utilizando las ecuaciones químicas que describen la
hidratación de cada uno de los compuestos, juntocon las densidades específicas de los reactantes y productos
apropiados.
La pasta de cemento formada durante las reacciones de hidratación siempre contiene poros interconectados de
diferentes dimensiones, como se muestra en la figura 11.1. Los poros pueden dividirse en tres categorías:
macroporos , poros capilares y poros de gel, cuyas dimensiones se dan en la figura anterior. Los poros de gel
(Figura 11.2) no afectan a la durabilidad del hormigón y a la protección de las armaduras, ya que se son
demasiado pequeños para permitir un transporte significativo de especies agresivas.
Los poros capilares son huecos no rellenados con productos solidos provenientes de la hidratación del
cemento (Figura 11.2). Sus dimensiones van de 10 a 50 nm en una pasta de cemento bien hidratada y con una
baja relación Agua
, sin embargo, pueden alcanzar las 3-5 micras si para la preparación del hormigón se ha
Cemento
usado una alta relación Agua
Cemento
y la hidratación ha sido buena.
Los poros de gran tamaño, de 0.05 – 0.2 mm son el resultado del aire atrapado durante el amasado y que no ha
sido eliminado durante la compactación del hormigón fresco.
Los poros capilares y los debidos al aire atrapado tienen una influencia significativa en la durabilidad del
hormigón y a la protección de las armaduras.
Figura 11.1.- Rango de dimensiones de los productos solidos y de los poros en la pasta de cemento hidrtada.

Figura 11.2.- Poros capilares y poros de gel.
En la práctica, los problemas de variaciones en la composición, particularmente con C-S-H, y la sustitución
iónica hacen este ejercicio bastante difícil.
También se necesita conocer la composición de los compuestos del cemento y la velocidad de hidratación de
cada uno de ellos.
No sólo tiene interés el cambio de volumen total, sino también la manera en que este cambio se manifiesta. E1
hidróxido de calcio (Portlandita) puede crecer alrededor de partículas sólidas y para de crecer en ciertas
direcciones si se encuentra obstáculos, y lo mismo vale para C-S-H. Por esta razón, la hidratación de los silicatos
de calcio no va acompañada por un aumento en el volumen total de la pasta.

Los productos de la hidratación únicamente ocupan el espacio disponible dentro de la pasta, que es el volumen
originalmente ocupado por el agua en la mezcla.
Si este espacio está totalmente lleno antes de que se haya producido la hidratación completa, la hidratación
prácticamente cesa.
Todo lo contrario pasa cuando la etringita se forma en la fase C3A o la fase ferrítica. Los cristales de etringita
crean espacio para ellos mismos si se impide el crecimiento de los cristales por materia sólida. Si la materia
que impide el crecimiento de los cristales es rígida, se desarrolla una presión de crecimiento de cristales en el
punto donde el crecimiento ha parado.
Se ha estimado que la etringita puede causar presiones de crecimiento de cristales tan elevadas como 240
Mpa. En una pasta que todavía no está fraguada, la etringita tiene mucho espacio donde se puede formar o
puede procurar espacio adicional empujando a un lado los obstáculos de partículas de cemento.
Sin embargo, cuando la pasta ha desarrollado rigidez, el espacio necesario para continuar la formación de
cristales de etringita se crea por expansión del volumen total de la pasta.
Normalmente, sólo se producen pequeñas expansiones durante la hidratación de pastas de cemento Portland
debido a la cristalización de etringita, ya que únicamente se forman pequeñas cantidades después del
endurecimiento de la pasta.
Pero si se ha añadido demasiado yeso, entonces se formará más etringita mucho tiempo después del fraguado
del cemento, la puede romper la pasta lo suficiente como para reducir las resistencias a la compresión de la
pasta o, en casos extremos, causar hendiduras.
Este fenómeno se conoce como "defectuoso" y por esta razón las normas del cemento, frecuentemente limitan
el contenido de S que puede estar presente en el cemento.
"Defectuoso" o falta de estabilidad volumétrica también puede ser causado por la formación expansiva de
Ca(OH)2 o Mg(OH)2 del CaO y del MgO sin combinar en el cemento.
12.- Resistencia a los sulfato.
12.1.- Introducción.
Los sulfatos representan uno de los mayores riesgos de agresión química para el hormigón. Las reacciones
químicas que incluyen la formación de productos expansivos en el hormigón o mortero ya endurecido pueden
dar lugar a efectos perjudiciales, ya que la expansión puede producir tensiones mecánicas internas que,
eventualmente, se traducen en deformaciones y desplazamientos en diferentes partes de la estructura, en la
aparición de grietas y fisuras, desconchados, etc.
Los cuatro fenómenos asociados con reacciones químicas expansivas son los siguientes:
1.- Ataque por los sulfatos.
2.- Ataque álcali – agregado (árido).
3.- Hidratación retardada de la cal libre y de la periclasa (MgO).
4.- Corrosión de las armaduras en el hormigón.
Los sulfatos pueden ser de origen natural, biológico o provenir de la polución doméstica o industrial.

Los sulfatos están presentes en los suelos donde constituyen un elemento nutritivo de las plantas. Su
concentración , habitualmente, es bastante pequeña variando, en media, entre el 0.01 y 0.05 % sobre suelo
seco. Sin embargo, no es raro encontrar valores mucho más elevados, superiores al 5 %, en regiones donde el
subsuelo puede contener yeso o anhidrita.
Los suelos aluviales y arcillosos son susceptibles de contener piritas que se oxidan a sulfatos en contacto con
el aire y la humedad con formación de ácido sulfúrico. Este último, por reacción con el carbonato de calcio ,
finamente repartido en el suelo, puede dar lugar a la formación de yeso.
Los sulfatos presentes en el suelo pueden provenir también de la descomposición biológica aerobia de
sustancias orgánicas conteniendo azufre: estiércol, plantas en la superficie de los suelos . El sulfato de amonio,
particularmente agresivo, resulta de la utilización intensiva de abonos en la agricultura.
Las aguas subterráneas y las de infiltración en contacto con los suelos sulfáticos se cargan en iones SO4 2- . La
solubilidad de algunos sulfatos en el agua a 20 ºC se da en la tabla 12.1.1 . Depende de la temperatura y de la
presencia de otras sales. Así, la solubilidad del yeso en un agua cargada de cloruro de sodio se incrementa de
forma significativa. El yeso y la anhidrita muestran un máximo de solubilidad a 40 ºC. Los elevados
contenidos de sulfatos de las aguas subterráneas son debidos esencialmente a los sulfatos alcalinos a al sulfato
de magnesio.
Tabla 12.1.1.- Solubilidad de diferentes sulfatos en el agua (temperatura 20 ºC).
En las zona industriales ( industria química, fabricación de ábonos, coquerías, galvanización , fotografía, etc)
la contaminación de las aguas subterráneas puede conducir a concentraciones muy superiores a los límites de
agresividad generalmente admitidos , situándose en el entorno de1500 mg/l.
Por otra parte, en las zonas industriales y en las grandes aglomeraciones urbanas, la combustión del carbón y
de , con más o menos contenido de azufre, desprende dióxido de azufre (SO2), que en presencia de oxígeno y
de humedad, conduce a la formación de ácido sulfúrico. El efecto indirecto de los humos cargados de dióxido
de azufre se manifiesta en las ciudades donde y la degradación de ciertas fachadas son, a menudo, debidas a
la formación superficial de yeso y la fijación de polvos (cenizas, partículas carbonosas, etc.).
Excepcionalmente, la fuente de sulfatos puede ser interna, es decir, provenir del propio hormigón debido a una
contaminación de los áridos o a la utilización de áridos con presencia de yeso. La presencia de sulfuros en
ciertos áridos puede también contribuir a aumentar el contenido de sulfatos por oxidación de aquellos.
12.2.- Proceso de ataque por los sulfatos.
La degradación de los hormigones por la acción de los sulfatos se debe, principalmente, a los fenómenos de
expansión relacionados con la cristalización de etringita denominada “secundaria”, para diferenciarla de la
“primaria” , que se obtiene en las primeras etapas de hidratación del cemento Pórtland por reacción del yeso y
del aluminato. Esta etringita “primaria” nunca da lugar a fenómenos de expansión.

La formación de la etringita “secundaria” se realiza en dos etapas:
(i).- Formación de yeso “secundario”, como resultado de una reacción de sustitución entre la portlandita ,
Ca(OH)2, y el sulfato. En el caso del sulfato de sodio se tiene:
Ca(OH)2 + Na2SO4 + H2O → CaSO4 .2H2O + NaOH (12.2.1)
Si el contenido en sulfato es elevado , superior a 1000 mg/l, y si la concentración local de iones Ca 2+ y SO4 2-
en la fase liquida intersticial del hormigón excede el producto de solubilidad del yeso, este último precipitará.
El volumen del sólido precipitado representa un poco más del doble del de los productos de partida, con lo
que puede presentarse un fenómeno de expansión. Sin embargo, en la mayoría de los casos dicha reacción está
limitada en la medida que el yeso se forma según un proceso de disolución y cristalización en los espacios
libres de la pasta endurecida.
(ii).- Reacciones entre el yeso “secundario” y los aluminatos de calcio del cemento formando etringita. Se
pueden presentar varios escenarios:
- A partir de restos de aluminato tricálcico, C3A, anhidro:
C3A + CaSO4 .2H2O + (24-26) H2O → C3A.3CS.H32 (12.2.2)
- A partir de aluminato tetracalcico hidratado , C4AH13,
C3A + CaSO4 .2H2O + (24-26) H2O → C3A.3CS.H32 (12.2.3)
- A partir del monosulfoaluminato de calcio (MSA), C3A.CS.H12, que es el producto de hidratación
cuando el contenido de es superior al 5 %.
C3A + CaSO4 .2H2O + (24-26) H2O → C3A.3CS.H32 (12.2.4)
Según sea la composición de la fase liquida, en particular del contenido de calcio, la cristalización de la
etringita puede ser expansiva o no.
Si el contenido de calcio es alto según se desprende de los datos de la tabla 12.2.1, la solubilidad de la
etringita es muy pequeña formándose una disolución fuertemente sobresaturada, con lo que la velocidad de
nucleación de la etringita es muy superior a la de crecimiento de sus cristales, produciéndose una formación
en masa de cristales muy pequeños de naturaleza más o menos coloidal de baja densidad (Figura 12.2.1.a). La
nueva masa sólida formada, cuyo volumen molar es de 3 a 8 veces mayor que el de la masa inicial, desarrolla
tensiones muy elevadas debidas a las presiones de cristalización que acompañan su formación.
Tabla 12.2.1.- Solubilidad de la etringita, a 25 ºC, en función del contenido en CaO de la solución.
Por el contrario, en los cementos que liberan menos portlandita la etringita precipita a partir de
disoluciones con un grado de saturación menor, formando cristales de forma acicular bien formados con
una densidad mayor y, por tanto, el aumento de volumen que se produce es menor que en el caso anterior
y se acomoda a los vacíos intersticiales existentes en el hormigón, no dando lugar a fenómenos de
expansión (Figura 12.2.1.b).

(a) (b)
Figura 12.2.1.- Micrografías de la etringita.
(a).- Etringita masiva expansiva mal cristalizada formada topoquimicamente.
(b).-Cristales bien formados de etringita no expansiva precipitados a partir de la solución.
Los sulfatos más agresivos frente al hormigón son los sulfatos de magnesio, de amonio , de calcio y de sodio.
El sulfato de magnesio es fuertemente agresivo debido a la doble acción del catión Mg 2+ que se cambia con el
Ca 2+ y del anión SO4 2- , según las reacciones :
Ca(OH)2 + MgSO4 → CaSO4 + Mg(OH)2 (12.2.5)
C3A + CaSO4 .2H2O + 26H2O → C3A.3CS.H32 (12.2.6)
C- S - H + MgSO4 → CaSO4 .2H2O + (C, M) – S – H (12.2.7)
Los cambios del Mg 2+ con el Ca 2+ conducen a la formación de brucita Mg(OH)2 , que puede ralentizar
temporalmente la penetración de los sulfatos. También provocan la transformación progresiva de C- S – H en
un silicato de magnesio hidratado M - S – H sin propiedades ligantes. Además, la cristalización de etringita,
inestable en presencia de sulfato de magnesio, intensifica la reacción de formación del yeso.
El sulfato de calcio, presente en los suelos en forma de yeso y anhidrita y en las aguas subterráneas selenitosa,
es agresivo para el hormigón a pesar de su pequeña solubilidad (Tabla 12.1.1). El proceso de degradación,
más lento que en el caso del sulfato de magnesio y de amonio, se debe esencialmente a la formación de
etringita expansiva.
El sulfato de sodio, muy soluble, entraña una degradación por formación de yeso y de etringita expansiva,
cuyas proporciones relativas son función de la concentración de iones SO4 2- y del contenido de aluminato
tricálcico del cemento. El yeso precipita para concentraciones de 1000 mg de SO4 2- /l. Los C – S – H , menos
sensibles que la portlandita, no se ven afectados directamente por el sulfato de sodio, pero si son susceptibles
de descomponerse en una segunda fase por lixiviación parcial de su cal y posterior formación de yeso.
El sulfato de potasio tiene una acción similar a la del sulfato de sodio, pero la velocidad de ataque es un poco
más lenta.

En la figura 12.2.2 , se puede observar que la resistencia química del hormigón aumenta con la dosificación de
cemento, es decir con la compacidad del hormigón. Así mismo, la velocidad de degradación es prácticamente
proporcional al porcentaje de C3A del cemento, hasta contenidos del 10 % aproximadamente.
Figura 12.2.2.- Influencia de la dosificación de cemento y de su contenido en C3A sobre la velocidad de
degradación del hormigón.
Por otra parte, no solamente hay tener en cuenta el contenido de C3A del cemento, sino el valor de la relación
C3A . La figura 12.2.3 muestra que mantener el valor de dicha relación por debajo de 3 es buen criterio para
SO 3
una adecuada resistencia del hormigón frente al agua de mar.
Figura 2.3.- Relaciones entre los contenidos de C3A y SO3 del cemento y el hinchamiento de morteros
conservados en agua de mar durante un año.

Además de la figura anterior se puede deducir lo siguiente:
- Si el contenido de SO3 es inferior al 3 %, el hinchamiento es pequeño ( < 1000 mm/m), aunque el contenido
de C3A sea elevado (12.8 %).
- Si el contenido de C3A sobrepasa el 7 % el hinchamiento aumenta rápidamente si el contenido de SO3 es
superior al 3 %.
- Los contenidos elevados de SO3 no causan expansiones excesivas si el contenido de C3A permanece bajo
(< 2 %).