Materiales cementantes suplementarios:

Los cementos adicionados (también llamados cementos compuestos, mezclados o a base de portland) están formados por cemento portland o clinker, mezclado o molido conjuntamente con uno o varios materiales conocidos como adiciones. Las adiciones más conocidas son presentadas en la tabla 1.

Tabla 1 Principales adiciones del cemento*

Se le llama adiciones activas a aquellas que tienen la capacidad de reaccionar con el agua y con el CH del cemento portland hidratado a temperatura ambiente (adiciones puzolánicas), o reaccionar   con el agua directamente (adiciones hidráulicas), para formar productos cohesivos y estables. Esta aptitud de reacción de las adiciones que contienen sílice amorfa, es similar a la que aprovechaban los Romanos con sus materiales, al inicio de la historia del concreto. La existencia de esta propiedad hace posible el remplazo de parte del cemento portland, o del clinker, con adiciones activas manteniendo buenos desempeños del cementante. Por este motivo a estas adiciones se les ha llamado mundialmente materiales cementantes suplementarios   (SCMs ). Además en el cemento se pueden encontrar adiciones no activas como el filler calizo ^[1] . Es frecuente la utilización de Ca(CO ₃) en mezclas ternarias de varios materiales puzolánicos, en el rango de 5-15% y en tamaño grueso (área superficial Blaine de 200-250 m ²/kg) ^[2] . El propósito de su uso es el ahorro de energía y la reducción de carbón. En las proporciones adecuadas el polvo de piedra caliza, además de generar beneficios ambientales, puede mejorar la trabajabilidad y la resistencia del concreto por su efecto llenante, acelerando la hidratación del C ₃S al proporcionar sitios de nucleación.

La reactividad de la adición está muy relacionada con aspectos como su naturaleza vítrea, finura y composición química. Entre más grande sea la fase amorfa más grande será la reactividad de la adición. Entre más fina la adición mayor reactividad, aunque dependiendo del material se tendrá un límite más allá del cual el aporte adicional será insignificante.    

Lothenbach, Scrivener y Hooton ^[3] , comparan en un diagrama ternario CaO-SiO ₂-Al ₂O ₃, la composición química de diferentes tipos de adición con la del cemento portland . Esta comparación se debe a la semejanza en composición que tienen los SCMs y el OPC . Sobresale el más bajo contenido de calcio de la  adiciones respecto al OPC, a excepción del filler de piedra caliza.

De forma similar la misma referencia presenta un esquema que muestra las fases hidratadas constituidas . Es importante anotar, que los autores de estos esquemas explican que los límites mostrados son solo aproximaciones no muy bien conocidas.    

La mezcla de adiciones ricas en sílice con el cemento portland hace que el CSH adquiera otra configuración diferente al generado por solo OPC. Cualitativamente se puede percibir que mezclando OPC con FA se disminuye las cantidades de CH y se aumenta la formación de CSH con baja relación Ca/Si. Para el caso de la mezcla de OPC con GBFS el efecto en la disminución de CH y el aumento de CSH con baja relación Ca/Si es menor. La formación de CSH con bajas relaciones de Ca/Si conduce a incrementar la admisión de aluminio en el CSH.

Aunque ya se mencionó, vale la pena recalcar que la reducción de CH en un concreto, debido a la reacción puzolánica de los SCMs, va en detrimento de la pasivación del refuerzo. Por un lado el consumo de CH reduce el valor de pH, y por otro, aumenta la velocidad de carbonatación al disminuirse el poder receptor de CO ₂. Pero al mismo tiempo decrece la carbonatación por la formación de nuevo CSH.

En todo caso, el desarrollo de cementos con varios constituyentes principales, sustituyendo parcialmente el contenido de clinker con SCMs, ha hecho que la producción de OPC disminuya en el tiempo ^[4] ; y la razón es que las compañías cementeras han visto en esta metodología una forma eficiente para reducir las emisiones de CO ₂ por tonelada de cemento, al mismo tiempo que se reducen costos de producción.

El llamado factor de clinker (CF) es un indicador de la proporción de clinker en el cemento y da una idea de la sustitución promedio de clinker realizada por las compañías cementeras. En el año 2010 el promedio mundial de CF fue de 0.77 ^[5] .

Otro tema relacionado con SCMs que vale la pena comentar, es el de la elaboración de los llamados cementos de activación alcalina. Diferentes propuestas son formuladas en la literatura ^{[6] , [7]} . Flatt, Roussel y Cheeseman ^[8] , explican que los alumino-silicatos no reaccionan con el agua, o lo hacen demasiado despacio. Sin embargo colocándolos en un medio alcalino, el material con alto contenido amorfo se hidroliza y condensa en un polímero inorgánico con resistencia mecánica. Como medio alcalino activador se usan fuertes bases dosificadas en peso, como hidróxido de sodio, silicato de sodio y cloruro de sodio ^{[9] , [10]} . Dependiendo del contenido de calcio los alumino-silicatos se pueden clasificar en de alto contenido, como la GGBFS, y de bajo contenido, como la FA y la arcilla caolín calcinada o metacaolín ^[11] . Usando cemento activado de escoria de alto horno, por ejemplo, el activador hace que la escoria desarrolle sus propiedades hidráulicas, generándose como producto de hidratación principal silicoaluminato cálcico hidratado (CASH). De otra parte con los alumino-silicatos de bajo contenido de calcio se logran los cementos o concretos llamados geopolímericos ^[12] , los cuales forman geles silicoaluminatos alcalinos hidratados (NASH y KASH) ^[13] .