El cemento es un aglutinante hidráulico que se obtiene pulverizando clinker (nódulos formados al sinterizar piedra caliza y materiales de aluminosilicato como arcilla a altas temperaturas alrededor de 1450°C) con yeso agregado para regular el tiempo de fraguado; El cemento Portland, la variedad predominante, se compone principalmente de silicatos de calcio hidráulicos.[1][2] Desarrollado en 1824 por el albañil inglés Joseph Aspdin, quien lo patentó como “cemento Portland” por su parecido con la piedra Portland natural, este material revolucionó la construcción al permitir hormigones y morteros duraderos y resistentes a la intemperie, esenciales para infraestructuras, edificios y represas en todo el mundo. El proceso de producción, centrado en la formación de clinker en hornos rotatorios, exige una cantidad sustancial de energía y materias primas, produciendo aproximadamente 0,6 toneladas de CO2 por tonelada de cemento, tanto de la quema de combustible como de la calcinación inherente de la piedra caliza, contribuyendo entre el 7% y el 8% de las emisiones antropogénicas globales en medio de una producción anual que supera los 4 mil millones de toneladas, dominada por Asia.[4][5][6] A pesar de su papel fundamental en la civilización moderna, el perfil de emisiones de la industria subraya los desafíos en la descarbonización, con innovaciones como el clinker alternativo y la captura de carbono en exploración para mitigar los impactos ambientales sin comprometer el desempeño.[7]

La hidratación del cemento Portland es un conjunto exotérmico de reacciones químicas entre sus fases primarias del clinker (silicato tricálcico (C₃S), silicato dicálcico (C₂S), aluminato tricálcico (C₃A) y aluminoferrita tetracálcica (C₄AF) y agua, produciendo gel de hidrato de silicato de calcio (C-S-H), hidróxido de calcio (CH, o portlandita) y otros hidratos que se entrelazan para formar una matriz rígida responsable del desarrollo de la fuerza.[8] Estas reacciones ocurren progresivamente, donde C₃S y C₂S contribuyen con la mayor parte de las propiedades mecánicas a través de la formación de C-S-H, mientras que C₃A y C₄AF influyen en el tiempo de fraguado y la rigidez temprana, pero generan un calor significativo.[9] El proceso está controlado por difusión, lo que implica la disolución de fases anhidras, la nucleación y el crecimiento de hidratos y el llenado del espacio poroso, con una estequiometría general aproximada pero que varía debido a reacciones incompletas y productos similares a geles que carecen de composiciones fijas.