Una investigació del Sincrotró revela els secrets de la hidratació del ciment

Un equip internacional d'investigadors ha estudiat el procés d'hidratació de l'alita, el component principal del ciment Portland. Utilitzant diverses tècniques d'anàlisi, han pogut comprendre aspectes clau del procés d'hidratació, fins ara desconeguts. Els resultats, publicats a la revista científica Scientific Reports, són d'interès a nivell industrial ja que permetran optimitzar les prestacions dels morters i formigons.

Tot i que sembla que tenen poc en comú el ciment i la llum de sincrotró, ha estat la utilització d'aquesta última la que ha permès descobrir a nivell nanomètric com s'hidrata l'alita, el constituent principal del ciment Portland. La recerca l'ha realitzat un grup d'investigadors, liderats pel Sincrotró Alba i en col·laboració amb la Universitat de Málaga, la Universitat de Milán (Itàlia) i l'Østfold University College (Noruega), 

La hidratació dels ciments Portland és un procés complex, on intervenen reaccions químiques i canvis físics diversos. Per això és un camp d'estudi destacat en la ciència de materials. Miguel Ángel García Aranda, investigador principal de l'estudi i director científic del Sincrotró Alba, assegura que els quests resultats d'aquesta investigació, "a més del seu interès a nivell científic, són rellevants per a la indústria ja que els permet disposar de dades quantitatives per optimitzar les prestacions dels formigons".

Quan el silicat tricàlcic (o alita) s'hidrata, produeix hidròxid de calci cristal·lí (o portlandita) i el gel nanocristal·lí silicat de calci hidratat (C-S-H). Aquesta reacció, originalment estudiada per Le Chatelier, es coneixia bé a nivell micro però no a nivell nanomètric.

Mitjançant l'anàlisi per difracció de raigs X a la línia de llum MSPD de l'ALBA, han pogut monitoritzar les diferents etapes de la hidratació del ciment: la dissolució de l'alita, la cristal·lització de la portlandita i la precipitació del gel C-S-H. Els resultats han demostrat que el gel C-S-H és heterogeni a escala nanomètrica i està compost de clinotobermorita i monocapes d'hidròxid de calci.

Amb aquests resultats i altres observacions de microscòpia electrònica, l'equip ha proposat un nou model del procés d'hidratació de l'alita, que permet explicar comportaments del ciment prèviament incompresos. Per exemple, justifica una característica curiosa de la hidratació dels ciments barrejats amb cendres volants, on el contingut de portlandita disminueix menys del previst pel model termodinàmic actual. Aquest model també assegura que la portlandita ha de carbonatar-se abans de convertir-se en el gel C-S-H però aquests experiments demostren que ho fa simultàniament.