Silicato de calcio hidratado

Los hidratos de silicato de calcio ( CSH o CSH ) son los principales productos de la hidratación del cemento Portland y son los principales responsables de la resistencia de los materiales a base de cemento. ^{[ 1 ]} Son la principal fase aglutinante (el "pegamento") en la mayoría del hormigón . Solo los minerales cristalinos naturales bien definidos y raros pueden abreviarse como CSH, mientras que las fases extremadamente variables y mal ordenadas sin estequiometría bien definida , como se observa comúnmente en la pasta de cemento endurecida (HCP), se denominan CSH.

Cuando se añade agua al cemento, cada uno de los compuestos se hidrata y contribuye al estado final del hormigón. ^{[ 2 ]} Solo los silicatos de calcio contribuyen a la resistencia. El silicato tricálcico es responsable de la mayor parte de la resistencia inicial (primeros 7 días). ^{[ 3 ]} El silicato dicálcico, que reacciona más lentamente, solo contribuye a la resistencia final. El gel de silicato de calcio hidratado (también denominado CSH) es el resultado de la reacción entre las fases de silicato del cemento Portland y el agua. Esta reacción se expresa típicamente como:

${\displaystyle {\ce {2 Ca3SiO2 + 7 H2O -> 3 CaO * 2 SiO2 * 4 H2O + 3 Ca(OH)2}}}$ + 173,6 kJ

También se escribe en notación química del cemento (CCN) como:

${\displaystyle {\ce {2 C3S + 7 H -> C3S2H4 + 3 CH}}}$+ calor

o bien, silicato tricálcico + agua → silicato de calcio hidratado + hidróxido de calcio + calor

La estequiometría del CSH en la pasta de cemento es variable y el estado del agua química y físicamente ligada en su estructura no es transparente, razón por la cual se utiliza "-" entre C, S y H. ^{[ 4 ]}

El CSH sintético se puede preparar mediante la reacción de CaO y SiO₂ _en agua o mediante el método de doble precipitación utilizando diversas sales. Estos métodos ofrecen la flexibilidad de producir CSH con relaciones C/S (Ca/Si o CaO/SiO₂) específicas _. El CSH procedente de fases cementicias también se puede tratar con una solución de nitrato de amonio para inducir la lixiviación de calcio y, de este modo, alcanzar una relación C/S determinada.

CSH es un material de tamaño nanométrico ^{[ 5 ] [ 6 ]} con cierto grado de cristalinidad, como se observa mediante técnicas de difracción de rayos X. ^{[ 7 ]} La estructura atómica subyacente de CSH es similar a la del mineral natural tobermorita . ^{[ 8 ]} Tiene una geometría en capas con una estructura de láminas de silicato de calcio separadas por un espacio interlaminar. Los silicatos en CSH existen como dímeros, pentámeros y unidades de cadena 3n-1 ^{[ 9 ] [ 10 ]} (donde n es un entero mayor que 0) y se ha encontrado que los iones de calcio conectan estas cadenas formando la nanoestructura tridimensional, como se observa mediante resonancia magnética nuclear de superficie mejorada con polarización nuclear dinámica . ^{[ 11 ]} La naturaleza exacta de la capa intermedia sigue siendo desconocida. Una de las mayores dificultades para caracterizar CSH se debe a su estequiometría variable .

Las micrografías de microscopio electrónico de barrido de CSH no muestran ninguna forma cristalina específica. Generalmente se manifiestan como láminas o láminas en forma de aguja u orientadas.

El CSH sintético se puede dividir esquemáticamente en dos categorías, dependiendo de si su relación molar Ca/Si está por debajo o por encima de un valor umbral de 1,1. Existen varios indicios de que las características químicas, físicas y mecánicas del CSH varían notablemente entre estas dos categorías. ^{[ 12 ] [ 13 ]}