Aluminato cálcico

El aluminato cálcico se utiliza a menudo en hormigones en los que se desea un rápido desarrollo de la resistencia y también con fines de resistencia a la corrosión, la abrasión y el calor.

Los aglutinantes especiales de este material se fabrican para su uso en química de la construcción, refractarios y obras de construcción. Presenta una excelente resistencia a la corrosión (especialmente al ataque por sulfatos), a la abrasión y a las altas temperaturas, al tiempo que ofrece propiedades de fraguado rápido.

Utiliza

El calcio es un ingrediente integral en muchos productos químicos industriales y de la construcción, desde la producción de mortero y cemento para la construcción hasta la fabricación de productos químicos para la construcción y refractarios. El calcio también presenta propiedades únicas cuando se utiliza como aglutinante especial en aplicaciones específicas: la resistencia a la corrosión, la abrasión y el calor, combinada con tiempos de fraguado rápidos, hacen del calcio un ingrediente excepcional en muchos sentidos.

Los cementos de aluminato cálcico desarrollados específicamente para su uso en aplicaciones de aguas residuales son un ejemplo de materiales de alto rendimiento empleados por este material. Estas aplicaciones suelen exigir hormigones capaces de soportar la generación de ácido (debido a la actividad bacteriana) y la resistencia a la abrasión.

Los cementos de aluminato cálcico pueden fabricarse utilizando diversas técnicas de mezcla. Una receta para fabricar una mezcla de cemento de aluminato cálcico consiste en mezclar cemento Portland, escoria, material calcáreo ligero y aditivos para su uso durante 24 horas, lo que produce un método de reparación económico con una rápida capacidad de refuerzo.

Además, los cementos especiales ofrecen otras ventajas cuando se aplican en entornos de altas temperaturas en los que el cemento normal se degradaría rápidamente. Su contenido en aluminatos determina su capacidad para resistir tales entornos; los productos que contienen al menos 40% de alúmina (Isidac40 o Recipro50, por ejemplo) han demostrado ser estables hasta temperaturas de 1450degC.

El cemento Portland Tipo V contiene una baja concentración de aluminato cálcico para aumentar su resistencia al ataque de sulfatos, lo que lo hace especialmente útil cuando se aplica como material de recubrimiento de tableros de puentes sometidos a tráfico intenso o a condiciones de carga.

Hay que tener en cuenta que los cementos especiales deben curarse adecuadamente para obtener un rendimiento óptimo, utilizando diversas técnicas de curado como pulverización de agua/neblina/agua estancada/arpillera húmeda. Además, el hormigón debe verterse y nivelarse de forma similar al hormigón de cemento Portland y vibrarse mecánicamente durante al menos 10 minutos para garantizar una consolidación uniforme y un rendimiento satisfactorio.

Propiedades

Las propiedades del cemento de aluminato de calcio varían mucho en función de su nivel de contenido de alúmina. Los productos con más alúmina suelen presentar mayor resistencia a la corrosión que los que contienen menos. Un contenido elevado también mejora la resistencia a la retención a altas temperaturas. Sin embargo, cualquier adición adicional de alúmina debe mantenerse en un mínimo absoluto, ya que las cantidades excesivas pueden afectar a la rapidez con la que se forma el óxido de calcio (CaO) durante los procesos de hidratación.

El aluminato de calcio, conocido por su nombre en inglés calcium aluminate, tiene una estructura alcalina y, por tanto, resiste bien la acidez, lo que lo hace adecuado para su uso como revestimiento de tuberías y recubrimientos en sistemas de aguas residuales. Además, suele utilizarse como mortero de reparación en zonas expuestas a ambientes ácidos, como granjas avícolas, fábricas de cuero y otros emplazamientos industriales.

El aluminato de calcio se presenta en diversas formas, desde polvo y gránulos hasta en polvo. American Elements tiene aluminato de calcio disponible en estos formatos como parte de sus grados estándar para fines de fabricación cuando sea aplicable: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade, así como USP/EPBP (Farmacopea Europea/Farmacopea Británica).

La producción de aluminato cálcico suele utilizar dos procesos principales para su fabricación: la sinterización y la fusión. Las aplicaciones de aguas residuales suelen basarse en cementos de aluminato cálcico fabricados mediante este último proceso, en el que las materias primas se introducen proporcionalmente en un horno antes de fundirse para formar el clínker que posteriormente se triturará en diferentes niveles de gradación de áridos.

A continuación, el clínker se combina con otras materias primas para formar productos de hormigón a base de aluminato cálcico, siendo los más populares los que contienen al menos un 40% de alúmina; los productos con niveles inferiores, como un 20%, pueden no ofrecer una resistencia a la corrosión y unos índices de desarrollo de la resistencia inicial tan eficaces.

Estos productos se caracterizan por su alto contenido en alúmina, que permite que los procesos de hidratación del aluminato cálcico se produzcan con rapidez, de modo que el material puede ponerse en uso rápidamente tras su fabricación. Esta característica puede ser especialmente útil en aplicaciones como mezclas de lechada y formas prefabricadas, en las que el aumento temprano de la resistencia puede ser fundamental para el éxito del proyecto.

Aplicaciones

Los cementos de aluminato cálcico se utilizan habitualmente como ligantes especiales en aplicaciones de refractarios, química de la construcción y edificación que requieren resistencia a la corrosión, la abrasión y el calor. También pueden mezclarse con fórmulas de hormigón para conseguir tiempos de fraguado rápidos y un desarrollo temprano de la resistencia.

Los cementos se fabrican haciendo reaccionar a alta temperatura una combinación de piedra caliza, bauxita o cal y alúmina, en función de su grado de pureza, para formar clínker de aluminato cálcico que se muele hasta obtener un polvo fino antes de mezclarlo con agua en una reacción de hidratación extremadamente rápida que da lugar a una fuerte resistencia inicial, alcanzándose la resistencia final en las 24 horas siguientes a la mezcla.

Además de ofrecer una resistencia temprana rápida, el cemento tiene una conductividad térmica muy baja, ideal para entornos en los que las temperaturas pueden aumentar con el tiempo, como hornos siderúrgicos u otros procesos de alta temperatura.

El cemento también puede utilizarse como material de revestimiento o de reparación en infraestructuras de aguas residuales, concretamente contra la corrosión por sulfuro biogénico, un problema cada vez más frecuente en las redes de alcantarillado. Las tuberías de fundición dúctil utilizadas para el suministro de aguas residuales y las tuberías de hormigón utilizadas para las redes de alcantarillado pueden revestirse con cemento para mejorar la resistencia contra la abrasión y la corrosión por ácido y sulfuro biogénico.

Estos revestimientos pueden aplicarse a tuberías nuevas o existentes de hierro dúctil y hormigón, arquetas y otros componentes de infraestructuras de aguas residuales para una protección duradera a largo plazo contra la formación de H2S resultante de la descomposición del sulfuro en el efluente por bacterias aerobias. También protegen frente a posibles reparaciones de secciones de tuberías en las que se forme H2S.

Bisley distribuye los cementos de aluminato cálcico (CAC) Calucem, fabricados por este segundo productor mundial de aluminatos cálcicos fundidos y refractarios, para su uso en diversos productos de construcción, como soleras autonivelantes, lechadas de alta resistencia, soluciones de revestimiento de tuberías, morteros de rehabilitación y morteros de rehabilitación. Pueden utilizarse solos o formando parte de sistemas binarios o ternarios.

Producción

La producción de cemento de aluminato cálcico requiere fundir materias primas como bauxita calcinada y piedra caliza a altas temperaturas en un horno rotativo de llama para formar clínker, que posteriormente se puede moler para hacerlo más fino antes de utilizarlo en diversas aplicaciones.

Dos aplicaciones notables que demuestran este punto son los revestimientos para tuberías de aguas residuales, donde las bacterias generan ácido sulfúrico, y las presas hidráulicas, donde la resistencia a la abrasión es clave. Ambas aplicaciones demuestran que la durabilidad no puede generalizarse a partir de la resistencia, sino que debe adaptarse específicamente a las condiciones de uso.

Tales aplicaciones requieren un cemento que sea a la vez estable y reactivo-controlado, para lo cual la hidratación de varias fases es clave. En este estudio, los hidratos CA, CA2 y C12A7 se caracterizaron mediante SEM y difracción de rayos X utilizando cemento comercial como referencia antes de realizar ensayos de tracción por división en pastas fabricadas con ellos.

El tamaño y la forma de las partículas de aluminato desempeñan un papel esencial en la determinación de su reactividad con compuestos que contienen agua, como ilustran las micrografías SEM de la Figura 1. La variación de las temperaturas de tratamiento térmico provoca variaciones drásticas en su morfología. La variación de las temperaturas de tratamiento térmico provoca variaciones drásticas en su morfología; la disminución del tamaño de las partículas con el aumento de las áreas superficiales aumenta la capacidad de hidratación del agua, mientras que la disminución simultánea del tamaño de las partículas reduce la velocidad de reacción con otras sustancias hidratantes como el hierro.

Los cementos de aluminato cálcico ofrecen propiedades mecánicas superiores, así como una buena resistencia a la abrasión y a los sulfatos, lo que los convierte en una opción atractiva cuando se requieren características específicas como éstas en las aplicaciones. En estas aplicaciones, el aluminato se combina con el cemento Portland en diversos productos químicos para la construcción, como adhesivos para baldosas, lechadas y soleras rápidas para formar soluciones químicas para la construcción. La construcción refractaria utiliza aluminato en combinación con otros materiales refractarios como cenizas volantes, escoria y material calcáreo ligero para producir cementos estables a altas temperaturas con excelentes propiedades de reactividad, resistencia a la abrasión y resistencia a los sulfatos. Además, estos cementos son excelentes materiales de reparación endodóntica, ya que actúan como barreras químicas y mecánicas contra la microfiltración de bacterias en los conductos endodónticos.