El cemento expansivo puede expandirse hasta un volumen específico durante el proceso de hidratación, mientras que el cemento de silicato suele encogerse durante el proceso de endurecimiento, provocando grietas y permeabilidad al agua en los componentes de cemento. Así, el cemento expansivo supera las deficiencias mencionadas del cemento de silicato y mejora la compacidad y la integridad de los componentes de hormigón de cemento.
Cuando el cemento expansivo se utiliza en hormigón armado, la expansión del hormigón causará una tensión de tracción específica en las barras de acero, y el hormigón se someterá a la tensión de compresión correspondiente. Esta tensión de compresión puede evitar que el hormigón produzca microfisuras internas. Cuando su valor es significativo, también puede compensar parte de la tensión de tracción causada por factores externos, mejorando así eficazmente el defecto de baja resistencia a la tracción del hormigón. Este esfuerzo de compresión preexistente procede de la hidratación del propio cemento, lo que se denomina autoesfuerzo, y el “valor de autoesfuerzo” (MPa) se utiliza para representar la magnitud del esfuerzo de compresión generado en el hormigón.
Se puede obtener cemento expansivo con diferentes valores de expansión ajustando la proporción de varios componentes. El cemento expansivo puede dividirse en dos categorías según el tamaño del autoesfuerzo. Cuando el valor de autoesfuerzo es ≥2MPa, se denomina cemento autoesfuerzo; cuando el valor de autoesfuerzo es <2MPa (normalmente alrededor de 0,5MPa), se denomina cemento expansivo.
El cemento expansivo, un material versátil, puede dividirse en cuatro categorías según sus componentes principales: silicato, aluminato, sulfoaluminato y aluminoferrato de calcio. Su mecanismo de expansión es la expansión del sulfonato de calcio formado en la pasta de cemento. El cemento expansivo de tipo silicato fragua y se endurece lentamente, mientras que el cemento expansivo de tipo aluminato fragua y se endurece rápidamente.
El cemento expansivo de tipo silicato está hecho de cemento de silicato como componente principal, con cemento de aluminato y yeso añadidos. Su valor de expansión se ajusta cambiando el contenido de cemento de aluminato y yeso. Si el cemento de aluminato del cemento expansivo de silicato se sustituye por alumita, se denomina cemento expansivo de alumita. El componente principal de la alumita es [K₂SO₄-Al₂(SO₄)₃-4Al(OH)₃], que puede generar sulfonato de calcio y es actualmente el mejor cemento expansivo. Si el agente expansivo de aluminato y el agente expansivo de aluminato se añaden al cemento de silicato, también se puede obtener el efecto del cemento expansivo.
El cemento expansivo de aluminato se hace mezclando clinker de cemento de aluminato y yeso dihidratado o moliéndolos por separado y luego mezclándolos. Tiene las ventajas de alto valor de autoesfuerzo, buena impermeabilidad y estanqueidad al aire. El cemento expansivo de sulfoaluminato está hecho de sulfoaluminato anhidro y silicato dicálcico como componentes principales, además de yeso.
El cemento expansivo de ferroaluminato de calcio consta de una fase de hierro, sulfoaluminato de calcio anhidro, silicato dicálcico y yeso como componentes principales.
Los siguientes tipos de cemento expansivo, cada uno con sus propiedades únicas y aplicaciones prácticas, se utilizan comúnmente en la actualidad.
1. Cemento expansivo de alumita
Cualquier material cementante hidráulico con propiedades expansivas hecho moliendo aluminato natural, yeso, y escoria granulada de alto horno (o cenizas volantes) en proporciones apropiadas con clinker de cemento de silicato como material principal es llamado cemento expansivo de aluminato.
El cemento expansivo de aluminita se divide en tres grados: 425, 525 y 625. Sus requisitos técnicos de rendimiento son los siguientes
(1) Trióxido de azufre
El contenido de trióxido de azufre en el cemento no superará el 8,0%.
(2) Superficie específica
La superficie específica del cemento no debe ser inferior a 420 m²/kg.
(3) Tiempo de fraguado
El fraguado inicial no será inferior a 45 minutos, y el fraguado final no será superior a 6 horas.
(4) Resistencia
La resistencia del cemento de cada grado a cada edad será igual al valor de la Tabla 2-19.
(5) Índice de expansión
El índice de expansión libre de los especímenes de pasta de cemento curados en agua a distintas edades deberá cumplir los siguientes requisitos: 1d no será inferior a 0,15%; 28d no será inferior a 0,35% pero no superior a 1,20%.
(6) Impermeabilidad
1:3 Después de que el espécimen de mortero blando sea curado en agua durante 3 días, deberá ser impermeable bajo una presión constante de 1.0MPa durante 8h (Nota: Indicador opcional, aplicable a proyectos anti-sifonamiento. Si el cemento no se utiliza en proyectos antidrenaje, puede no realizarse el ensayo de permeabilidad al agua).
2. Cemento de microexpansión de bajo calor
Cualquier material de cementación hidráulica con bajo calor de hidratación y rendimiento de micro-expansión hecho añadiendo la cantidad apropiada de clinker de cemento de silicato y yeso a la escoria granulada de alto horno como componente principal se llama cemento de micro-expansión de bajo calor, de nombre código LHEC.
3. Cemento de ferroaluminato autolimpiante
El cemento de ferroaluminato autolimpiante es un material de cementación hidráulica fuerte y expansivo que se fabrica añadiendo una cantidad adecuada de yeso al clinker obtenido mediante la calcinación de materias primas con una composición adecuada, sulfoaluminato de calcio anhidro, fase de hierro y silicato dicálcico como principales componentes minerales, y cuyo nombre en código es SFAC. El producto se divide en tres grados según el valor de autoesfuerzo 28d: 30, 40 y 50.
4. Cemento de silicato autotensado
El cemento de silicato autotensado, o cemento de expansión de silicato, es un material cementoso hidráulico expansivo fabricado moliendo cemento de silicato ordinario, cemento de alúmina y yeso de agua natural en proporciones adecuadas.
El hormigón de cemento de silicato autotensado se encogerá cuando se coloque al aire, pero la tasa de encogimiento es sólo del 0,03% al 0,06%. Tras el rehumedecimiento y el curado, pueden recuperarse los valores de expansión y autoesfuerzo perdidos por la contracción. El cemento de silicato autotensado tiene una buena resistencia a las heladas. Tras 150 ciclos de congelación-descongelación, el grado de expansión del mortero de cemento autotensado 1:1 es el mismo que el del curado a largo plazo en agua a temperatura normal, pero la resistencia puede mejorarse continuamente durante el proceso de congelación-descongelación.
