La calorimetría como herramienta para la evaluación del desempeño de cemento
El comportamiento de fraguado y el desarrollo de la resistencia de un sistema cementoso dependen de su cinética de hidratación, que a su vez depende de las propiedades químicas y físicas de los materiales que lo componen. Cuando el cemento se hidrata libera calor, en lo que se conoce como una reacción química exotérmica. El estudio de este intercambio de calor es el concepto base de la calorimetría. Este método puede ser utilizado para evaluar pastas de cemento o mortero, para encontrar correlación con las propiedades finales de la mezcla, como el fraguado del cemento y el desarrollo de resistencia inicial.
La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)
Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las
muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).
El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente
pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015). La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)
Resultados y Ventajas
Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).
El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015).
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Ing. Sofía Cintrón
Asesora Técnico CI+D
Cementos Progreso