aspecon 2012 importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto

IMPORTANCIA DE LA REOLOGÍA PARA EL USO ADECUADO DE LOS ADITIVOS Y ADICIONES EN EL CONCRETO

ASPECON - AREQUIPA OCTUBRE 2013

M. Sc Ing. Cristian Sotomayor Gerente Técnico BASF CC

OBJETIVOS

Familiarizarse con la terminología reología y su importancia

Modelos reológicos existentes

Aplicación de la reología en la industria de la construcción

Herramienta para optimizar los diseños de mezclas cementicias

Relexiones de la industria de la construción con concreto

ANTECEDENTES

1929: Eugene Cook Bingham introduce el término reología y modelos más cercanos a la realidad.

1era mitad del siglo XX: se ha desarrollado en la industria de polímeros. Los primeros materiales estudiados: plásticos, pintura, asfalto, entre otros.

1678: Robert Hooke la menciona en su libro: Verdadera teoría de la elasticidad y 9 años después Isaac Newton.

1835: Weber efectuó un experimento con gusanos de seda y observó que no eran perfectamente elásticos

1600 - 1800: Los estudios con la reología se reducían en aplicar la Ley Newton para fluidos y Ley Hooke: solidos (Comportamientos lineales)

1867: Maxwell propone modelo matemático para fluidos elásticos

NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA REOLOGIA

Estudia la deformación y el flujo de materiales de naturaleza muy diferentes, cuando los mismos son sometidos a esfuerzos externos [Bingham, 1921]

Un cuerpo se deforma si el

mismo sufre cambios en su forma

y dimensiones .

Un cuerpo fluye si el grado de

deformación cambia en el

tiempo en forma continua.


Líquidos (materiales viscosos) Sólidos (materiales elásticos)

Viscosity (Viscosidad) : Medida de la resistencia al flujo! Shear strees (Esfuerzo de corte): medida de la fuerza por unidad de superficie

Shear rate (Índice de corte o gradiente de velocidad) mide la variación de

velocidad entre 2 capas de un fluido


IMPORTANCIA DE LA REOLOGÍA

Permite comprender la interacción entre los diferentes componentes de un

material y tener una idea más clara de la estructura que lo conforma

(forma, tamaño, textura, viscosidad de la solución líquida)

Permite controlar la calidad de los componentes, material, proceso y

producto final

Diseñar equipos requeridos en un proceso determinado. Ejm: El

bombeado del concreto por tuberías es regulado por las propiedades

reológicas de dicho material.

Resultados de ensayos de reología pueden ser usados por el cliente para

la aceptación de un producto.

MODELOS REOLÓGICOS: FLUIDO NEWTONIAN

Presenta un comportamiento viscoso

perfecto (el gradiente de velocidad es

proporcional al esfuerzo de corte).

Un fluido es perfectamente viscoso, si

el flujo del material ocurre inmediato a

la aplicación del esfuerzo de corte.

MODELOS REOLÓGICOS

Fluido visco-plástico

Fluido viscoso

MODELOS REOLÓGICOS

(Reo-fluidificante) (Reo-espesante)

MODELOS REOLÓGICOS

MODELOS REOLÓGICOS

• plásticos, emulsiones , pinturas, lodos de perforación y sólidos en suspensión en líquidos o agua, concreto, entre otros.

• Arena, manteca • Ketchup, mostaza, suspensiones de arcilla, grouts cementicios.

REOLOGIA EN MEZCLAS CEMENTICIAS (PASTAS, MORTEROS Y CONCRETOS)

La reología permite caracterizar el comportamiento de una mezcla cementicia

en cuanto a su viscosidad, trabajabilidad y estabilidad, basada en la

suspensión de partículas existentes en pastas, morteros o concretos.

AGUA SOSTIENE PARTÍCULAS DEL CEMENTO

PASTA

LA PASTA SOSTIENE AL

AGREGADO FINO

MORTERO

EL MORTERO SOSTIENE AL

AGREGADO GRUESO

CONCRETO

REOLOGIA EN MEZCLAS CEMENTICIAS (PASTAS, MORTEROS Y CONCRETOS)

La reología permite caracterizar el comportamiento de una mezcla cementicia

en cuanto a su viscosidad, trabajabilidad y estabilidad, basada en la

suspensión de partículas existentes en pastas, morteros o concretos.

Partículas coloidales: (Cemento,

microsílice, ceniza volante, etc)

Partículas no coloidales ó sólidas:

(Agregados)

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La reología del concreto afecta la trabajabilidad:

(facilidad de mezclado, transporte, bombeado,

flujo) y la estabilidad (segregación, exudación y

asentamiento plástico), presión sobre el

encofrado, acabado superficial, la microstructura

del concreto, entre otros.

PRIMER ENCUENTRO CON LA REOLOGÍA EN EL CONCRETO

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PRIMER ENCUENTRO CON LA REOLOGÍA EN EL CONCRETO

TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO

NOMBRE DE LA INSTITUCIÓN DEFINICIÓN

American Concrete Institute

(ACI)

Propiedad del concreto fresco o mortero, la cual determina la facilidad y la homogeneidad con que el concreto puede ser mezclado, colocado, compactado y acabado.

British Standard Institution

Propiedad del concreto fresco, mortero o mezcla similar, la cual determina la facilidad con la cual puede ser manipulada y completamente compactada.

Association of Concrete

Engineers, Japan

Propiedad del concreto fresco o mortero, la cual determina la facilidad con que el concreto puede ser mezclado, colocado y compactado, debido a su consistencia, a la homogeneidad con que puede ser hecho el concreto y al grado en el cual puede resistir la separación de los materiales.

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QUE HACER PARA ADAPTAR LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO ?

Establecer equilibrio reología / estabilidad, en función del tipo de estructura a construir!!

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO (COMPORTAMIENTO REOLÓGICO)

Contenido de agua, a/c

Contenido de pasta

Fineza y forma de los agregados (Áridos)

Fineza del cemento (Cementos finos requieren más agua, > floculación)

Aditivos ó agentes dispersantes: HRWRA, WRA, AEA, VMA, entre otros.

Temperatura del concreto

Vibración del concreto

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: RELACIÓN A/C

Referencia: P.F. G Banfill, Rheology of Fresh Cement and Concrte, The British Society of Rheology, 2006

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: CONTENIDO DE PASTA

Referencia: Technologie avancée du béton, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2011

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: FINEZA DEL CEMENTO

↑ concentración de sólidos, ↑ densidad y

fricción interna entre los granos del cemento:

↑ 𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗 𝒚 ↑ 𝒆𝒗𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒗 𝒗𝒆 𝒗𝒗𝒆𝒄𝒆

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: FINEZA Y FORMA DE LOS AGREGADOS


FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: CONCENTRACIÓN DE AGREGADOS


LA REOLOGÍA COMO HERRAMIENTA PARA OPTIMIZAR LOS DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO

Referencia: Introduction to Rheology of Fresh Concrete. ICI Rheocenter, Iceland, 2010


El más usado en obra…..

…..pero el más dañino para el concreto: segregación, f’c y durabilidad

Referencia: Introduction to Rheology of Fresh Concrete. ICI Rheocenter, Iceland, 2010

Yie

ld st

ress

Plastic viscosity

CC

HPC

SF-SCC

FMC

FR-SCC

SWC

SCC

UWC


EJEMPLO: REOLOGIA DEL CCV Y SCC

TIPOS DE REÓMETROS: MK - III

TIPOS DE REÓMETROS: ICAR RHEOMETER

IMG_1738_M3_01-06.MOV

TIPOS DE REÓMETROS: CILINDROS COAXIALES PARA MORTEROS Y CONCRETOS (CONTEC)

ConTec steypa 352 1992.mpg

TIXOTROPIA

Disminución de la viscosidad en el tiempo, bajo un constante shear stress y

shear rate, seguido de una recuperación gradual cuando dichos parámetros

son removidos.

Structural build up (Floculation, coagulation)

TIXOTROPIA EN REPOSO


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 15 30 45 60 75

Yiel

d st

ress

at r

est

(Pa)

Time (minute)

BSAP-IEPM1 BSAP-IEPM1BBSAP-IEPM2 BSAP-IEPM4BSAP-IEPM5 BSAP-IEPM6

Referencia: Développement des bétons semi-autoplacant à rhélogie adaptée pour des infrastructures, mémoire de maîtrise, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2012.

APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: REDUCCIÓN DE PRESION LATERAL EN EL ENCOFRADO

APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO CON EQUIPO PAVIMENTADORA (ACTUAL)

APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO (PROPUESTA)

Referencia: Feasibility of Slip-form Paving with Self-Consolidating Concrete, National Concrete Pavement, Mayo 2006

Referencia: Low Compaction Energy Concrete for Improved Slipform Casting of Concrete Pavements, by Bekir Yilmaz Pekmezci Thomas Voigt, Kejin Wang, and Surendra P. Shah, ACI Material journal, 2007.

SCC no solo requiere auto-consolidación, estabilidad estática y dinámica, si

no suficiente resistencia en estado fresco (Green strength) a través de su

restructuración interna (TIXOTROPIA MODIFICADA).

APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO CON EQUIPO PAVIMENTADORA

CONCLUSION

LA CIENCIA DE LA REOLOGÍA ES UNA HERRAMIENTA DE

GRAN UTILIDAD PARA SOPORTAR LA INNOVACIÓN

TECNOLÓGICA DE NUEVOS PRODUCTOS CEMEMTICIOS

ADITIVADOS, A LA MEDIDA DE LAS NECESIDADES EN OBRA.

REFLEXIONES DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO

CONSUMO DEL CEMENTO Y CONCRETO EN EL MUNDO

3,100 millones de toneladas de cemento (2011)

=

12,400 millones de m3 de concreto

(250kg/m3) =

1,8 m3 de concreto por persona en el planeta!!!

TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN ASIA

Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin

TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN AMERICA LATINA

Pérou

Pérou


Fuente: ASOCEM

TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN ASIA


Cada vez un mayor desafío para sostener la industria

CEMENTO EN SACO PARA CONCRETO PREPARADO EN OBRA

CEMENTO A GRANAEL PARA CONCRETO PREMEZCLADO

TENDENCIA DEL CONSUMO DE CONCRETO EN EL MUNDO


FUTURO PROMETEDOR PARA LA INDUSTRIA DEL CONCRETO?

Sin embargo……..

19 niños/1000 habitantes

RETOS EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO


Disminución CO2 en el cemento!!

Disminución SO3, también importante!!

8% C02 en el planeta

Usar materiales residuos de otras industrias (Fly ash, cenizas de cascara de

arroz, puzolana, polvo de vidrio, etc) para reemplazar una parte del

cemento y aprovechar la sinergia : cemento - adiciones

Usar concretos de alto desempeño HPC, reduciendo las dimensiones de

las estructuras (cuando sea posible) y consumiendo menos concreto.


Usar aditivos químicos (BASF) en el concreto:

Reducción en costos (5 – 15% concretos convencionales)

Reducción consumo de cemento (Concretos más ecológicos)

Reducción del 5 al 15% de emisiones de gases en el planeta solo a

través del uso de un simple reductor de agua.

Referencia: Polycarboxilates: Versatile applications to meet Mega-Trends in Asia, Dr. Sven Asmus,


PREGUNTAS?

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