“aditivos y adiciones del concreto; norma y aplicaciones” aplicaciones” adiciones minerales...
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““Aditivos y adiciones del concreto; Aditivos y adiciones del concreto; norma y norma y
aplicaciones”aplicaciones”
ADICIONES MINERALESADICIONES MINERALES
Ing. Manuel Gonzales de la Cotera
El empleo de adiciones minerales en los
aglomerantes hidráulicos es de antigua data. Los
romanos las utilizaron perennizando sus
estructuras en base a morteros de cal y puzolana.
En la década del cincuenta tuvieron importante
desarrollo, en Europa incorporándose al cemento
Portland, incrementándose rápidamente la
capacidad instalada frente a los requerimientos de
la reconstrucción de la post-guerrra.
En los países sajones, Estados Unidos e
Inglaterra, como adiciones en las mezclas de
concreto, en centrales de premezclado. Su
progresión ha sido manifiesta, a partir de la
primera crisis del petróleo de 1974 y
posteriormente con las regulaciones ambientales.
En la actualidad, una gran mayoría de países han
introducido en las normas de cemento diferentes
tipos de adiciones minerales. En los Estados
Unidos una moderna norma de performance
desregula la composición de los cementos
adicionados especificando únicamente el
comportamiento de las pastas.
En Perú las adiciones puzolánicas se incorporan desde hace más de una década. En la década pasada significaron aproximadamente algo más del 20% de los despachos de cemento. En 1966 y 1967 se fabricó cemento portland de escorias.
Las adiciones de cemento aportan mejoras en la durabilidad, en comportamientos específicos. Su aporte a la resistencia sólo se verifica después de los 60 días.
1950Adiciones puzolánicas y escoria de alto horno
Economía y propiedades para obras hidráulicas y portuarias 1970Adiciones puzolánicas, fly ash, escorias y fillerAhorro de energía
1980Adiciones puzolánicas, fly ash, escorias, fillers y microsilice
Medio ambiente Resistencia Tecnología
La posibilidad de obtener clinker de alta
performance y la conveniencia de reducir las líneas
de producción por razones económicas, con hornos
de 3000 o más TM/d, hace poco conveniente la
fabricación de diferentes clases de clinker.
Un clinker de alta calidad, puede recibir adiciones
de diferente tipo y porcentaje, para la producción de
cementos normalizados que reúnan requisitos
especiales.
Las adiciones permiten el ahorro de energía no
renovable.
Las adiciones se incorporan al cemento por
consideraciones ecológicas en cuanto permiten la
eliminación de materiales contaminantes como
sucede con las escorias. Se reducen las
emisiones de material particulado y gases.
En los EE.UU. se inició la aplicación de las puzolanas naturales en el concreto, en presas y obras hidráulicas producidas por el Bureau Reclataion en los años 30´, incorporando porcentajes del 20% de cemento. Posteriormente, se introdujo como puzolana las cenizas volantes producidas al quemar carbón en las centrales hidroeléctricas, favorecida por la introducción de nuevas tecnologías con ocasión de la crisis del petróleo en los años 70´ .
En los EE.UU. los cementos puzolánicos representan el 1.2% de la producción de cemento.
De los 50 millones de toneladas producidos en los EE.UU. de 10 a 12% es utilizado en la producción de concreto. el 90% de las plantas de premezclado y el 50% del concreto utilizan cenizas volantes.
Las escorias se utilizan en morteros en Europa desde hace 200 años y se incorporan en el cemento desde hace 100 años. En Alemania desde 1892 y en EE.UU. desde 1896 mayoritariamente en la producción del concreto.
AADDIICCIIOONNEESS MMIINNEERRAALLEESS
PPRROODDUUCCCCIIOONN YY CCOONNSSUUMMOO
Cenizas TM x 106
Producción Empleo
Escorias x 106
Producción Empleo
EE.UU. 47 5 13 1
China 35 7.2 22 16
Inglaterra 13.8 1.3 1.5 0.25
Francia 5.1 1.5 10.4 1.5
Japón 3.7 0.5 7.8 2.8
Alemania 2.6 2 15 2.8
Adiciones:Adiciones:
Son materiales minerales que se incorporan el cemento, generalmente en molienda conjunta como ciertas rocas naturales o no (puzolanas, escoria granulada de alto horno, caliza, microsilice) que actúan, o bien aumentando las propiedades hidráulicas del cemento o mejorando otras cualidades debido a una adecuada granulometría (aumento de la trabajabilidad y retención de agua, disminución de la porosidad y capacidad, reducción de la fisuración), etc.
-Materiales cementososMateriales cementosos:
Término que comprende las adiciones minerales que se incorporan a los cementos portland, en especial en las centrales de mezcla de concreto. Esta denominación se introduce en 1992 por el ACI en el Código de Diseño de Concreto Armado como “cementitious materials”.
- PuzolanasPuzolanas:
Son sustancia naturales o industriales silíceas o
silicoaluminosas, o una combinación de ambas.
Aunque el humo de sílice tiene propiedades
puzolánicas.
Los materiales puzolánicos no endurecen por si
mismos cuando se amasan con agua, pero finamente
molidos, reaccionan, en presencia de agua, a la
temperatura ambiente con el hidróxido de calcio
disuelto [Ca(OH)2] y forman compuestos de silicato
de calcio y aluminato de calcio, capaces de
desarrollar resistencia. Las puzolanas constaran
esencialmente de SiO2, reactivo y AL2O3. El resto
contiene Fe2O3 y otros óxidos. El contenido de SiO2
reactivo no será menor del 25% en masa.
-Cenizas volantesCenizas volantes:
La ceniza volante es un polvo fino constituido
esencialmente de partículas esféricas que
presentan propiedades puzolánicas, sus
componentes son esencialmente el SiO2
reactivo y Al2O3 el resto contiene Fe2O3 y otros
óxidos. La proporción de CaO reactivo será
menor del 10,0% en masa.
- EscoriaEscoria: Es un producto no metálico consistente esencialmente de silicatos y aluminio-siliatos de calcio con impurezas de hierro que se obtiene en estado fundido en los altos hornos.
- Escoria granuladaEscoria granulada de horno alto: La escoria granulada de horno alto posee propiedades hidráulicas cuando se activa de manera adecuada. La escoria granulada de horno alto debe estar constituida por lo menos dos tercios de masa de la suma de CaO, MgO y SiO2. El resto contiene Al2O3, junto con pequeñas cantidades de otros óxidos. La escoria granulada de horno alto se obtiene por enfriamiento rápido de una escoria en estado de fusión de composición adecuada, procedente de la fusión del mineral de hierro en un horno alto.
-Escoria granuladaEscoria granulada de horno alto
La escoria granulada de horno alto posee
propiedades hidráulicas cuando se activa de
manera adecuada. La escoria granulada de
horno alto debe estar constituida por lo menos
dos tercios de masa de la suma de CaO, MgO y
SiO2. El resto contiene Al2O3, junto con
pequeñas cantidades de otros óxidos. La escoria
granulada de horno alto se obtiene por
enfriamiento rápido de una escoria en estado de
fusión de composición adecuada, procedente de
la fusión del mineral de hierro en un horno alto.
-MicrosíliceMicrosílice:
Es un subproducto que se origina en la
reducción de cuarzo de elevada pureza con
carbón de hornos eléctricos de arco, para la
producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio.
Está constituido por partículas esféricas muy
finas con un elevado contenido de sílice amorfa.
ADICIONES MINERALES
Composición Química yMineralógica
Característica de la Partícula
Escoria Granulada de Alto Horno
Mayormente vidrio de silicato conteniendoprincipalmente calcio, magnesio, aluminioy sílice. Compuestos cristalinos del grupode melilita puede estar presente enpequeñas cantidades.
Material no procesado es del tamaño de la arenay contiene de 10 a 15% de humedad. Antes deusar se seca y muele a tamaño de partículamenores que 45 Um (generalmente Blaine cercade 500m2/kg). Las partículas generalmente tienentextura rugosa.
Cenizas Volantes de Alto contenido de Calcio
Mayormente vidrio de silicato conteniendoprincipalmente calcio, magnesio. aluminioy álcalis. Las pequeñas cantidades dematerial cristalino generalmente consistende cuarzo y C3A; pueden estar presentes.cal libre y periclasa; CS y C4A3S puedenestar presentes en el caso de carbones conalto azufre. Carbón no quemado estápresente usualmente en menos que 2%.
Polvo correspondiente a 10-15% de partículasmayores que 45 Um (Usualmente Blaine de 300 –400 m2/kg ). La mayor parte de las partículas sonesferas sólidas de diámetros menores que 20 Um.La superficie de las partículas es lisa, pero no tanlimpio como las cenicas volantes de bajo calcio.
Microsilice
Consiste esencialmente de sílice pura enforma no cristalina.
Polvo extremadamente fino consistente deesferas sólidas de 0.1 Um de diámetro promedio(cerca de 20 m2/kg de área superficial poradsorción de nitrógeno).
Cenizas de cáscara de arroz
Consiste esencialmente de sílice pura enforma no cristalina
Las partículas son generalmente menores que 45Um pero son altamente celulares (cerca de 60m21kg de área superficial por adsorción denitrógeno).
Cenizas de bajo contenido de Calcio
Mayormente vidrio de silicato conteniendoprincipalmente aluminio, hierro y álcalis.Las pequeñas cantidades de materialcristalino presente consiste principalmentede cuarzo, mullita, silimanita, hematita ymagnetita.
Polvo correspondiente a 15 - 30% e partículasmayores que 45 Um (Usualmente Blaine de 200 –300 m2/kg). La mayor parte de las partículas sonesferas de 20 Um de diámetro promedio. Puedenestar presentes Cenoesferas y Plenoesferas.
Puzolanas débiles
Consiste esencialmente de minerales desilicatos cristalinos y únicamente unapequeña cantidad de material no cristalino
Los materiales deben ser pulverizados a tamañosde partículas muy finas en orden a desarrollaralguna actividad puzolánica. Las partículasmolidas son de textura rugosa.
Si la bien las especificaciones se dirigen a niveles de performance, debe de tenerse en cuenta como elementos de análisis las siguientes:
- Pérdida al fuego - Finura - Actividad puzolánica
Debe de tenerse en cuenta que los elementos principales de los materiales cementosos son:
- Granulometría- Mineralogía
Que inciden el la estructura de los productos de reacción del cemento y las adiciones minerales.