Radiografía de los cementos adicionados

En la historia de la civilización humana el conocimiento de los materiales y de las acciones cementantes hidráulicas fue posterior al descubrimiento del fuego y debió ser poco posterior al hallazgo de la cerámica. Tal descubrimiento, por lo que se refiere a los pueblos mediterráneos, debió pasar de egipcios a griegos y romanos, siendo ampliado y perfeccionado en sucesivas etapas. Por razones de puro azar geográfico y geológico, los griegos y romanos, primeros en conocer “la cal”, pudieron mezclarla con materiales naturales de origen volcánico que tenían a la mano. Es probable que el primer empleo de estos materiales fuera el de servir de agregados para los morteros de cal.

La observación debió hacer el resto, y de la comparación de la resistencia y del comportamiento general de los conglomerados hechos con cal y con materiales volcánicos y no volcánicos surgió la nueva técnica de mezclar los primeros, ya como materiales activos, con la cal, en polvo y en seco o en húmedo, para obtener los que han pasado a la historia como “cementos y morteros romanos”, con base en cal y puzolana, o cal, puzolana y arena, respectivamente.

Esta explicación introductoria es la de un verdadero experto en la materia, el ingeniero Alejandro Salazar, catedrático de la Sección de Materiales de la  Universidad  del  Valle, en Cali, Colombia, quien abunda en sus comentario y dice que “tales materiales fueron la tierra griega de Santorín y las cenizas y tobas romanas de Pozzuoli, localidad que ha legado el nombre genérico de puzolanas para éstos y para similares materiales en lo sucesivo. De las obras antiguas realizadas con puzolanas que han llegado hasta nuestros días como inestimables reliquias de la civilización romana pueden citarse: panteones, coliseos, estadios, basílicas, acueductos, cisternas, puentes, puertos y las más diversas estructuras que han perdurado.

“Y lo han hecho como no han podido hacerlos muchas obras realizadas en la Edad Media, con materiales conglomerantes mal cocidos y exentos de puzolanas activas. Por el contrario, cuando el defecto de cocción y la falta de puzolana se subsanaron, las obras cobraron de nuevo el vigor y con él la longevidad”, afirma el especialista.

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Una extensa clasificación

Se consideran generalmente como puzolanas los materiales que, carentes de propiedades cementicias y de la actividad hidráulica por sí solos, contienen constituyentes que se combinan con cal a temperaturas ordinarias y en presencia de agua, dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como conglomerantes hidráulicos. En tal sentido, las puzolanas dan propiedades cementantes a un conglomerante no hidráulico como es la cal.

Son, por consiguiente, materiales reactivos frente a la cal en las condiciones normales de utilización ordinaria de conglomerantes (morteros y concretos). No se consideran como puzolanas aquellos otros materiales inertes que, en determinadas condiciones extraordinarias de estado físico de división (elevada finura, gran superficie específica) o de reacción (tratamientos hidrotérmicos con vapor de agua a presiones y temperaturas elevadas), pueden dar lugar a compuestos hidráulicos. Así sucede, por ejemplo, con el cuarzo, que finamente molido y mezclado con cal forma silicatos cálcicos hidratados por tratamiento en autoclave.

La reactividad de las puzolanas se atribuye, fundamentalmente en algunos casos, a la sílice activa que se encuentra en ellas formando compuestos mineralógicos silícicos.

Las puzolanas, según su origen, se clasifican en dos grandes grupos el de las naturales y el de las artificiales, aunque puede existir un grupo intermedio constituido por puzolanas naturales que se someten a tratamientos térmicos de activación, análogos a los que se aplican para obtener puzolanas artificiales, con objeto de incrementar su hidraulicidad.

Estas puzolanas tratadas, aunque son naturales por origen, se pueden considerar como artificiales por causa del tratamiento que reciben. Podrían denominarse puzolanas mixtas o intermedias, por participar de los caracteres tanto de las naturales como de las artificiales, puntualiza el Ing. Salazar, quien establece que “de una manera directa, podemos decir que una puzolana es una materia  esencialmente silicosa que finamente dividida no posee ninguna propiedad hidráulica,  pero que posee constituyentes (sílice-alúmina) capaces, a la temperatura ordinaria de fijar el hidróxido de cal para dar compuestos estables con propiedades hidráulicas.

“Las puzolanas pueden clasificarse en puzolanas naturales, materias de origen volcánico, materias sedimentarias de origen animal o vegetal puzolanas artificiales y materias con tratamiento térmico de  600 y 900°C. también se consideran parte de esta categoría los subproductos de fabricación industrial, las cenizas volantes, el humo de sílice, la arcilla natural o subproductos de la industria del ladrillo cocido y, finalmente, la ceniza de cascarilla de arroz, las escorias granuladas de industrias metálicas no ferrosas”.

Puzolanas naturales

De los documentos publicados por el experto colombiano se desprende que los materiales denominados puzolanas naturales pueden tener dos orígenes distintos, uno puramente mineral y otro orgánico. Las puzolanas naturales de origen mineral son productos de transformación del polvo y “cenizas” volcánicas que, como materiales piroclásicos incoherentes procedentes de erpciones explosivas, ricos en vidrio y en estado especial de reactividad, son aptos para sufrir acciones endógenas (zeolitización y cementación) o exógenas (agilización), de las cuales las primeras son favorables y las segundas desfavorables.

“Por una continuada acción atmosférica (meteorización) se convirtieron en tobas, esto es, en rocas volcánicas, más o menos consolidadas y compactas, cristalinas, líticas o vítreas, según su naturaleza. El origen volcánico de las puzolanas naturales es determinante de su estructura. La estructura de las rocas, que se han originado por el enfriamiento de grandes masas de lava que han fluido completamente, depende de la velocidad en que se ha producido el fenómeno”, afirma el investigador.

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Causas de la actividad puzolánica

La actividad puzolánica responde a un principio general, que se basa en que la sílice y la alúmina, como componentes ácidos de materiales uzolánicos, reaccionan con la cal a condición de que sus uniones en dichos materiales sean lábiles. No  pueden  considerarse  aparte  las  acciones  de  la  sílice  y  de  la  alúmina,  ya  que  la  presencia de esta última favorece en gran medida la acción puzolánica, directamente por sí  e  indirectamente  al  implicar  su  presencia  un  mayor  contenido  de  álcalis,  que  se  fijan  parcialmente  en  los  nuevos  productos  resultantes  de  la  reacción  puzolánica,  los  cuales  tiene  el  carácter  de  seudo geles.  El  óxido  de  hierro  se  supone  que  actúa  como  alúmina,  pero  de  una  forma  más  atenuada  y  lenta.

Las  estructuras  zeolíticas  se  atacan  por  la  cal más  rápidamente  que  las  verdaderas  puzolanas  totalmente  vítreas  y  la  fijan  en  mayor  cantidad que la correspondiente a un intercambio catiónico con álcalis, lo cual indica una ruptura  de  la  estructura  reticular  y  de  los  enlaces  químicos,  lo  que  da  lugar  a  una  participación  de  la  sílice  y  de  la  alúmina,  que  es  más  fácil  con  las  estructuras  zeolíticas  que en las vítreas.

¿Qué dice el Ing. Salazar de las  puzolanas  de  origen  mineral? “Que su  actividad se  ha atribuido tanto a los constituyentes amorfos como a los cristalinos, y en particular a los de naturaleza zeolítica. La gran reactividad de las puzolanas tanto naturales como artificiales, depende  además  de  su  composición  química  y  mineralógica,  y  de  la  cantidad  de  fase  amorfa o vítrea, de su gran superficie reactiva, de la presencia de álcalis, alcalinotérreos y del grado de condensación de grupos como SiO4, AlO4...

“Algo análogo sucede con las puzolanas de origen orgánico, dado que otros materiales de similar origen y composición son inactivos frente a la cal. La actividad de estas puzolanas de origen orgánico no es sólo cuestión de contenido en sílice hidratada, sino también del estado físico de división de la misma.  Lo  prueba,  por  una  parte,  el  hecho  de  que  las  activas  poseen  una  estructura  natural  porosa  con  una  gran  superficie  específica  interna,  y  por  otra,  la  circunstancia  de  que  ciertos ópalos y basaltos no activos cobran actividad cuando se molturan a gran finura y se someten a una gran lixiviación con ácido clorhídrico concentrado (10 normal).

“La  sílice  hidratada  reactiva,  componente  eficaz  de  las  puzolanas  de  origen  orgánico,  procede  en  su  mayor  parte  de  esqueletos  de  infusorios  radiolarios  y  de  algas  marinas  diatomeas, aparte de los citados ópalos y geiseritas. Pero no todas las puzolanas de esta procedencia, altas en sílice, tienen la misma actividad. En algunas de ellas se incrementa también sometiéndolas a calcinación, como sucede con el ‘moler’ danés, con la ‘gaize’ francesa del Valle de Mosa y con las “ tierras blancas ” italianas del norte del Lacio, muy ligeras  y  porosas,  cuyo  análisis  microscopio  revela  cuarzo,  mica  y  feldespato  más  o  menos alterados, en una matriz amorfa de gel de sílice”, enfatiza el experto colombiano.