MICROSÍLICEVersión 2016

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¿QUÉ ES?

La Microsílice o Microsílica o Humo de sílice o silica fume, como fue adoptado por la ASTM y el ACI para referirse al humo de sílice condensado, es unsubproducto de la industria de las aleaciones de hierro, como el ferrosiliceo. En términos simples, es el hollín que queda adherido a las mangas del filtro cuando los gases pasan a través de éste.

CARACTERÍSTICAS

El tamaño de la partícula es aproximadamente 100 veces más pequeña que el grano de cemento(alrededor de 0,14 µm en promedio), tienen forma redondeada y un alto contenido de sílice amorfa (SiO2 - que se puede combinar químicamente).

El cemento durante el proceso de hidratación libera cal, que en presencia de un material amorfo rico en sílice (como la microsílice), en condiciones dehumedad y a temperatura ambiente, formaproductos cementantes secundarios estables física y químicamente que contribuyen a las resistencias del concreto; además, los productos formados no liberan calor de hidratación y son resistentes químicamente, lo que hace concretos más durables.

De otra parte, el tamaño de partícula le permite ocupar los vacíos que normalmente quedan en la pasta de cemento, dando un efecto de densificación, contribuyendo en la masa de concreto a una menor porosidad, menor permeabilidad, mayor resistencia y mayor durabilidad.

MICROSÍLICE

Microsílice vista desde microscopio y en tamaño real.

Comparación de tamaños de diferentes materiales puzolánicoscon el cemento.

Esquema de la densificación de la Microsílice en el concreto.

Cemento

Humo de Sílice Ceniza Volante Ultrafina

Ceniza Volante

Cemento

PolvoUltrafino

La forma redondeada hace que no representen peligro para la salud bajo operaciones normales, pues no se fijan en los alveolos del pulmón permitiendo su expulsión; aunque su manejo inadecuado puede resultar peligroso dado que todas las partículas son respirables (menores a 2,5 µm).

Por las razones anteriores, se ha dado en llamar a la Microsílice como la Súper Puzolana. No obstante, para que se pueda usar en concreto y cumpla un óptimo desempeño, la norma ASTM C 1240 exige los siguientes parámetros mínimos:

• Químicos: • SiO2, Min, %: 85.0 • Contenido de humedad, Max, %: 3.0 • Pérdida por calcinación, Max, %: 6.0

• Físicos: • Superficie específica, min, m2/kg: 15.000 • Retenido sobre malla 45 µm (325), %: 10 • Variación del promedio, %: 5 • Índice de actividad puzolánica acelerado con cemento portland a 7 días, % min del testigo: 85

APLICACIONES

• Concretos de altas resistencias (mayores a 55 MPa):

Se ha tenido conocimiento de concretos de hasta 230 MPa (2300 kg/cm2, más de 30.000 psi). Losconcretos de alta resistencia han permitido construir edificios de concreto de gran altura; se puedenobtener columnas con dimensiones más reducidas y con menores volúmenes de concreto, lo que permite reducción de la carga muerta estructural; además un módulo elástico mayor reduce las deflexiones en edificios altos. En Colombia se han logrado concretos experimentales cercanos a los 98 MPa (980 kg/cm2, 14.000 psi).

La construcción del edificio Two Union Square, en Seattle, utilizó concreto con una resistencia a 91 días de 145 MPa. Su diseño exigió 556 kg/m3 de material cementante, incluido un 7.7% de Microsílice; 15.7 l/m3 de aditivo súper plastificante y una relación agua/material cementante de 0.23. En las siguientes tablas se muestran otros diseños.

Aditivos usados.

• Concretos de alta durabilidad:

Con el empleo de la Microsílice se pueden lograr importantes reducciones en la permeabilidad a fluidos y en la difusión iónica. Esto significa unconcreto más resistente a la penetración de elementos como: cloruros, sulfatos, dióxido de carbono, ácidos, vapores, gases, etc.

• Concreto lanzado de alto desempeño:

Con el uso de Microsílice en el concreto lanzado se obtiene una mayor cohesión del concreto fresco y la reacción puzolánica. Estas dos propiedadessignifican:

• Reducción de hasta el 50% del rebote. • Mayor espesor de cada aplicación. • Eventual eliminación del acelerante. • Alta resistencia a edades tempranas y al deslave. • Mayor durabilidad frente a cloruros, sulfatos, ácidos y la reacción álcali - agregado.

Lo anterior redunda en una mayor economía.

La adición de Microsílice generalmente está entre 8 y 15 % por peso de cemento: 8% para aplicaciones verticales o inclinadas; 12% para aplicaciones sobre cabeza; 15% para aplicaciones en puentes sujetos a vibraciones o en áreas sometidas a la acción del agua, como muelles. Es de recordar que la adición de Microsílice a la mezcla conlleva al uso de un aditivo superplastificante.

Diseños Burj Dubai, UAE Freedom Tower , NY

Wachovia Tower,

Baltimore

Carnegie 57 tower, NY

Material Ligante (kg) 485 515 621 561Humo de silice (%) 12% 8% 18% 15%Ceniza (%) 15% 21% 32% 31%Relación G/A (%peso) 50/50 55/45 63/36 66/33

Diseños Burj Dubai, UAE Freedom Tower , NY

Wachovia Tower,

BaltimoreCarnegie 57 tower, NY

Reductor de agua de alto poder Tipo F (l)

3,69 1,99 4,77 3,98

Retardante - Reductor de agua Tipo D (l)

* 0,85 0,9 0,51

Controlador de hidratación del cemento Tipo S (l)

* * 1,19 *

• Prefabricación:

Generalmente la industria de prefabricados emplea el cemento de Alta Resistencia Temprana (ART o Tipo III) y curado con vapor para acelerar el desarrollotemprano de resistencia y acortar los tiempos dedesencofrado. No obstante, se ha demostrado(Johnston, C.D., 1989) que los requerimientos de resistencia a edad temprana de las vigasprefabricadas para puentes, (entre 28 y 32 MPa a 16 horas) se pueden dar con un concreto curado con vapor, 300 kg/m3 de cemento tipo I (UG), 10% de Microsílice y un aditivo superplastificante. Esto ofrece ventajas económicas sobre la mezcla típica de 470 a 540 kg/m3 de cemento tipo III (ART) y curado con vapor.

También es posible satisfacer los requerimientos con 450 kg/m3 de cemento tipo I (Tipo UG), 10% de Microsílice y un aditivo superplastificante sinnecesidad de curado con vapor. Se debe tener en cuenta que el curado con vapor tiene un efecto nocivo sobre el desarrollo de resistencias a largo plazo y sobre la durabilidad del concreto; se ha demostrado que estos efectos se evitan con el empleo demateriales cementantes suplementarios como la Microsílice.

• Control y mitigación de la reacción álkali - agregado:

La Microsílice controla y mitiga el riesgo de reacción álcali - agregado al reducir la alcalinidad de lasolución de poros e impedir la difusión de ionesalcalinos y del agua necesaria para la reacción y expansión. En otras palabras, la Microsílice secombina químicamente con el álcalis del cemento formando productos que no son expansivos, de tal forma que no le da oportunidad a la sílice de losagregados a formar geles, estos sí expansivos, que deterioran la estructura. La experiencia que se ha tenido en Colombia es que en un rango entre 6 y 12 %, se puede llegar a controlar la reacción. Para cada caso específico, se hace necesario hacer pruebas delaboratorio para determinar el real potencial de expansión perjudicial, para lo cual la ASTM da varios procedimientos.

MICROSÍLICE TOXEMENT – EUCON MSA

TOXEMENT cuenta con el producto EUCON MSA, que es una Microsílice empleada como aditivo en polvo, color gris, que adicionado al concreto durante el mezclado le proporciona las características antes descritas. Cumple con los requerimientos de ASTM C-1240 y en general tiene las siguientes propiedades:

Peso Específico: Entre 2,2 y 2,3 g/cm3.Retenido en malla 325: Máximo 10%.Color: Gris claro u oscuro.Superficie específica: Entre 15.000 y 30.000 m2/kg.Contenido de SiO2: Mínimo 85 %.

Otro producto Toxement es el EUCON MSA 100P, que en esencia es el mismo EUCON MSA, con la diferencia que trae incorporado un aditivosuperplastificante. También cumple con losrequerimientos de la norma ASTM C-1240.

Es importante realizar pruebas de laboratorio antes del uso de la microsilice a escala industrial, buscando la mejor dosis con el cemento, los aditivos y losagregados para que cumplan con los requerimientos buscados.

Uso de la Microsilice en estructuras marinas.

*ppc: Por peso de cemento.

El uso de la Microsílice Toxement en Colombia ha sido amplio y variado. En la Ruta del Sol y en la doble calzada Bogotá - Villavicencio se encontraron agregados con sílice potencialmente reactiva en varios tramos,incluyendo túneles, lo que llevó a inhibir su reacción con el uso de EUCON MSA. En la costa Atlántica, varias empresas han optado por solucionar los requisitos de durabilidad exigidos por causa de las sales marinas (cloruros, sulfatos), densificando el concreto con EUCON MSA. Para el efecto, se han consumido cientos de toneladas, haciendo que hoy por hoy sea uno de los materiales con mayor demanda en la infraestructura.En el siguiente cuadro se relacionan algunos de los proyectos donde el EUCON MSA se empleó para darle la durabilidad requerida al concreto.

ADITIVOS TOXEMENT PARA EL USO CON EUCON MSA

Los aditivos Toxement recomendados para ser usados con la Microsílice se enseñan en la siguiente tabla.

ZONA

CostaAtlántica

ESTRUCTURA

Frigorífico

OBJETIVO DEL USO DELEUCON MSA

Inhibir reactividad de losagregados con el álcali del cemento.

PROPIEDADES DELCONCRETO

Relaciones agua - cemento muy bajas. Dosificación 10% ppc*. Aprox. 60 m3

de concreto

CostaAtlántica Pilotes prefabricados Producir concreto impermeable al ion

cloruro (< 1000 Coulomb).

Resistencias de 42 MPa; relación a/MC de 0,35; asentamiento de 8-9”; dosis Eucon MSA: 8% ppc. 2.500 m3 de

concreto aprox.

CostaPacífica

Estructura de muelle(pilotes, vigas, losas)

Inhibir Reaccion Alcali-Agregado y penetración de ion cloro.

Resistencias de 35 MPa; permeabilidad al ion cloruro menor a 1500 Coulomb a 90 días; dosis 5% ppc; aprox. 60.000

m3 de concreto.

Vía alLlano

Concretos lanzados,pavimentos, revestimiento

túneles, puentes.

Mitigación reacción álcali- agregado.

Consumo estimado al final de la obra: 1´000.000 toneladas de EUCON MSA. Dosis 4% ppc. Consumos de cemento:

430 kg/m3 de concreto.

Antioquia MicrocentralDisminuir el rebote densificando la

mezcla en el concreto lanzado, para protección del túnel y los taludes.

Concreto de 28 MPa; dosis de 0,7% ppc. Consumo aproximado de 10

toneladas.

CostaAtlántica Cimentación Concretos catalogados como C2 según

NSR 10 (exposición severa).

Resistencias de 35 MPa; uso de aditivos de última generación; 10% de Eucon

MSA; asentamiento de 9”; relación a/c de 0,4; agua enfriada con hielo. Aprox.

8.000 m3 de concreto.

ADITIVO

Eucon 35 F

PROPIEDAD

Reductor de agua de alto rango. Dosis entre 0,5 y 1% ppc*.

Eucon 537 Reductor de agua de alto rango y retardante de fraguado libre de cloruros. Dosis entre 0,5 y 1% ppc*.

Eucon 37 Reductor de agua de alto rango libre de cloruros. Dosis entre 0,5 y 1% ppc*.

Eucon 1037 Reductor de agua de alto rango libre de cloruros. Dosis entre 0,73 y 1,87 % ppc*. Ideal para concretos, donde se parta de un bajo asentamiento <1”.

ADITIVO

Eucon Pro – Finish HR 200

PROPIEDAD

Reductor de agua de alto rango libre de cloruros, formulado para producir concretos con excelentes terminados. Dosis recomendada entre 500 ml y 700 ml/100 kg de cemento.

Plastol 6000Hiperplastificante para concretos especiales libre de cloruros. La dosis depende de factores como los materiales usados, condiciones de trabajo y temperatura, entre otros, por lo que la dosis óptima se debe determinar en obra; las dosis recomendadas están entre 0,3 y 0,6% ppc*.

Eucon Pro – Finish HR 150 Aditivo reductor de agua de alto poder diseñado especialmente para incrementar resistencias y producir concretos con excelente terminado. Dosis entre 485 ml y 874 ml / 100 kg de cemento.

Plastol HR/DF Reductor de agua de alto rango retardante libre de cloruros para grandes estructuras de concreto.Dosis entre 0,2 y 1,2 ppc*.

Plastol 6000 Hiperplastificante para concretos especiales libre de cloruros. Cuando se usa como superplastificante oautocompactante, la dosis recomendada está entre 0,3 y 0,6 ppc*.

Plastol 7000 Hiperplastificante para concretos especiales libre de cloruros. Cuando se usa como superplastificante oautocompactante, la dosis recomendada está entre 0,2 y 0,4 ppc*.

Eucon Pro – Finish Plus Reductor de agua de alto rango libre de cloruros. Dosis entre 0,4 y 1% ppc*.

Eucon Profinish Plus Reductor de agua de alto rango libre de cloruros. Dosis entre 0,4 y 1% ppc*.

*ppc: Por peso de cemento.

Uso de la Microsilice en concretos de alta resistencia. Túnel Vía al Llano en protección con EUCON MSA.

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