Alite

La alita es una forma impura de silicato tricálcico _, Ca₃SiO₅ , a veces formulada como 3CaO·SiO₂ ₍ C₃S en la _notación de los químicos del cemento ) _, típicamente con un 3-4% de óxidos sustituyentes. ^{[ 1 ]} Es la fase principal y característica del cemento Portland . El nombre fue dado por Alfred Elis Törnebohm en 1897 a un cristal identificado en una investigación microscópica del cemento Portland. ^{[ 2 ]} La hatrurita es el nombre de un mineral que es C₃S _sustituido . ^{[ 1 ] [ 3 ]}

_{La alita presente en el} cemento Portland difiere en composición del silicato tricálcico puro . Es una solución sólida y contiene pequeñas cantidades de otros óxidos además de CaO y SiO₂ . Una composición típica es: ^{[ 4 ]}

Con base en esto, la fórmula se puede expresar como Ca _2.90 Mg _0.06 Na _0.01 Fe _0.03 Al _0.04 Si _0.95 P _0.01 O ₅ . En la práctica, la composición varía con la composición global del clínker , sujeta a ciertos límites. La sustitución de iones de calcio o iones ortosilicato requiere que las cargas eléctricas se mantengan en equilibrio. Por ejemplo, un número limitado de iones ortosilicato ( SiO 4− 4 ) puede ser reemplazado por iones sulfato ( SO 2− 4 ), siempre que por cada ion sulfato, también se sustituyan dos iones aluminato ( AlO 5− 4 ).

El silicato tricálcico es termodinámicamente inestable por debajo _{de 1250 °C, pero puede conservarse en un estado metaestable a temperatura ambiente mediante un enfriamiento rápido; con un enfriamiento lento} tiende a volver a convertirse en belita ( Ca₂SiO₄ ) y CaO.

A medida que cambia la temperatura, pasa por varios estados polimórficos:

Los polimorfos se diferencian estructuralmente por pequeñas deformaciones respecto a la estructura hexagonal básica.

La alita es la fase principal del cemento Portland, responsable del fraguado y del desarrollo de la resistencia inicial. El otro silicato, la belita , contribuye a la resistencia tardía debido a su menor reactividad. La alita es más reactiva debido a su mayor contenido de Ca y a la presencia de un ion óxido en la red cristalina. Durante la molienda del clínker, la primera etapa de disolución parcial del C₃S _implica la hidratación de los iones óxido superficiales y da lugar a una superficie de _C₃S hidroxilada . ^{[ 5 ]}

3Ca + 2 + SiO 4− 4 + O ²⁻ + H ₂ O → 3Ca ²⁺ + SiO 4− 4 + 2OH ⁻

Reacciona con el agua (aproximadamente) según la siguiente reacción:

2Ca ₃ SiO ₅ + 6H ₂ O → 3CaO · 2SiO ₂ · 3H ₂ O + 3Ca(OH) ₂

Lo cual también se puede escribir en la notación de los químicos cementeros como:

2C₃S + 6H _→ C₃S₂H₃ _{+ 3CH​}​

2Ca ₃ SiO ₅ alita +6H₂O →CSH + 3Ca(OH) ₂ portlandita

El hidrato principal se denomina gel de silicato de calcio hidratado (CSH). Crece en agujas entrelazadas y proporciona la resistencia al sistema de cemento hidratado. En la fabricación del cemento Portland, se busca una alta reactividad de la alita, la cual se logra conservando, en la medida de lo posible, polimorfos de alta temperatura en cristales pequeños, distorsionados y con numerosos defectos. Estos defectos constituyen puntos de entrada para el ataque inicial del agua.

La composición de la alita rica en CaO (71,6 % en peso) y relativamente pobre en SiO₂ ₍ 25,2 % en peso) (véase la tabla anterior) puede ayudar a comprender por qué, en determinadas condiciones, si se alcanza una temperatura suficientemente alta en un horno de cal durante el tiempo suficiente, la alita también puede formarse directamente mediante la pirólisis de caliza silícea (que contiene impurezas amorfas de SiO₂ _{de hasta un 25-30 % en peso). Es posible que, ocasionalmente, durante la época} medieval , se produjera mortero hidráulico o cemento pre-Portland a pequeña escala de esta manera en lugares donde la caliza estaba cementada por sílice amorfa o contenía nódulos de sílex o muchas impurezas de arcilla .

Es probable que esta sea la razón por la que algunos morteros de cal medievales antiguos utilizados para construir la catedral de Tournai (Bélgica) exhiben un carácter hidráulico inesperado, como lo reveló un estudio mineralógico realizado por Mertens et al . (2006), quienes evidenciaron la presencia de wollastonita y rankinita junto con fases de silicato de calcio hidratado en los morteros de cal. La única explicación para el descubrimiento de estas fases de silicato que normalmente no se esperan en el mortero de cal es que se han formado por la hidratación del silicato de calcio, como Ca₃SiO₅ ₍ C₃S _{) o} Ca₂SiO₄ ( _C₂S ), formado a _{alta temperatura} junto con óxido de calcio en el horno de cal . ^{[ 6 ]} En el área de Tournai ( Bélgica ), las calizas tournaisianas son particularmente ricas en sílice amorfa y se han explotado como piedra de construcción y para hacer mortero de cal desde épocas muy antiguas. Se desconoce si los constructores de la catedral de esta área eran conscientes de las propiedades hidráulicas de su mortero de cal o si desarrollaron intencionalmente su uso después de su hallazgo fortuito.

Consulte el artículo sobre la belita .

• Horno de cemento : horno rotatorio de alta temperatura utilizado para la producción de clínker. 
• Notación química del cemento : notación abreviada para las fórmulas químicas de óxidos comunes.