concretos modificados con cbca

“CARACTERIZACION ELECTROQUIMICA DE
CONCRETOS MODIFICADOS CON CBCA”
CBCA
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
INGENIERO CIVIL
Presenta:
Orlando González Martínez.
Director de Tesis:
Dr. Erick Edgar Maldonado Bandala.
CoDirector de Tesis:
Dr. Miguel Ángel Baltazar Zamora.
INTERDISIPLINARIO
RESPENSABILIDAD
DE TODOS
EMISION DE CO2 A LA
ADMOSFERA
PRODUCCIÓN
Ó DEL
CEMENTO
PRODUCCIÓN
DEL CEMENTO
30% / TON. CPC
37.9 Millones de
Ton. (2006)
11.37 Millones de Ton. de
CO2 (2006).
Materiales con
cementantes
Escoria granulada de
alto horno
Activos
Materiales
Puzolánicos
Sustitutos
Minerales
Ceniza volante
Microsílice
Arcillas activas
Puzolanas
naturales
Cascarilla
arroz
Inactivos
Filler
calcareo
de
Ceniza de bagazo
de
caña
de
azúcar.
PRODUCCIÓN DE AZÚCAR
Bagazo de caña de azúcar
(28% por ton. de caña)
Ceniza de bagazo de caña
de azúcar.( 2-4%)
97,120 ton.
(2008-2009)
9,712 – 19,424
ton.
OBJETIVO
Medir la velocidad de corrosión de acero
embebido
b bid en concretos
t binarios
bi
i con ceniza
i
d
de
bagazo de caña de azúcar , sustituyendo el
cemento en una p
proporción
p
no mayor
y al 20% del
peso total de CPC, con el fin de disminuir la
velocidad de corrosión en los aceros de
concreto armado.
armado
OBJETIVOS PARTICULARES
‰ Reciclar un producto de desecho agroindustrial y
utilizarlo en la industria de construcción como sustituto
parcial de cemento
‰ Reducir las emisiones de CO2 a la atmosfera y contribuir
a la conservación del medio ambiente.
ambiente
‰ Realizar un concreto económico al sustituir la CBCA.
‰ Mejorar la resistencia a la corrosión en medios de NaCl y
Na2SO4
HIPOTESIS
Las mezclas binarias con CBCA aportaran una
protección al acero embebido en el
p
concreto, retardando la despasivación y
velocidad de corrosión en el concreto
aumentando la durabilidad del concreto.
concreto
METODOLOGIA
EXPERIMENTAL
MOLIENDA DE LA CENIZA DE
BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR.
Ú
‰ Maquina de desgaste de los
ángeles a 10, 000 revoluciones.
‰12 esferas de 0.400 Kg.
‰ No se cuenta con metodología
específica.
‰ Molienda que no encarece el costo.
Granulometría de la CBCA
10 mil Rev
Mallas
Apertura
% Que
del tamiz pasa
No. 30
595 µ
100
No. 50
297 µ
99
No. 100
149 µ
66
‰ Se utilizó la CBCA retenida en la malla No. 200 (74 µ).
‰ Justificado para realizar concreto económico.
económico
CARACTERIZACIÓN QUÍMICA.
‰ Fluorescencia de rayos X por energía dispersiva (EDXRF)
Composición química de ceniza de bagazo de caña de azúcar Norma NMX‐C‐
146‐ ONNCCE‐
Compuesto
CBCA (%)
2000
Oxido de silício (SiO2)
70.5
Oxido de aluminio ((Al2O3)
5.226
Oxido de fierro (Fe2O3)
3.235
Anhídrido sulfúrico (SO3)
0 0699
0.0699
<4%
Perdida por ignición
1.78
<10%
>70%
CEMENTO PORTLAND
De acuerdo a la norma ASTM C150
Tipo
Característica
I
De uso general
IA
D uso general,
De
l iinclusor
l
de
d aire
i
II
De resistencia moderada a los sulfatos
IIA
D resistencia
De
i t
i moderada
d d a los
l sulfatos,
lf t
i l
inclusor
de aire
III
Alta resistencia a edad temprana
IIIA
Alta resistencia a edad temprana, inclusor de
aire
IV
De bajo calor de hidratación
V
De alta resistencia a los sulfatos
DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO
Método de volúmenes absolutos, publicado en ACI 211
‰ Resistencia a la compresión
f’c
c = 300 kg/cm
g/c 2 a los
os 28
8 días.
d as.
‰ Recubrimiento de 4 cm.
‰ Distancia entre varillas de 5 cm.
‰ Grava de 12.7mm
‰ Arena natural
‰ Cemento Tipo I (ASTM C 150-99)
Material
Cantidad kg.
Agua
178
Cemento
396
Agregado grueso (grava)
900.3
Agregado fino (arena)
860.6
MEZCLAS Y NOMENCLATURA
Se realizaron 5 mezclas y 10 especímenes.
‰
‰
‰
‰
‰
A ( 100 CPC)
B ( 95% CPC-5% CBCA)
C ( 90% CPC-10% CBCA)
D ( 85% CPC-15%
CPC 15% CBCA)
E ( 80% CPC-20% CBCA)
Expuestas en:
‰ Cloruro de Sodio al 3,5% (NaCl)
‰ Sulfato de Sodio al 3,5%
(Na2SO4)
DISEÑO DE LAS PROBETAS DE ENSAYO
‰ Especímenes
p
de 7x12 x15 cm
‰ Embebido de 2 varillas de
acero.
‰ Monitoreo cada semana.
‰ Monitoreo durante 4 meses
(120 días)
TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS
‰ Potenciales de corrosión (Ecorr).
‰Termodinámica y No perturbativa
‰ Resistencia de polarización lineal
(RPL).
(RPL)
‰ De bajo campo y No perturbativa al
sistema
POTENCIALES DE CORROSIÓN.
VOLTMETRO DE
ALTA IMPEDANCIA
ELECTRODO DE
-0.523mV
REFERENCIA
Cu/CuSO4
M
n+
‰ Electrodo de referencia;
cobre/sulfato de cobre
(Cu/CuSO4).
-
M + ne
Fe
CONCRETO
2+
Fe + 2e
‰ Multímetro de alta impedancia
con una variación de ±1 mV
-
ACERO 1018
‰ Aportaciones cualitativas
‰ Norma ASTM C-876
RESISTENCIA A LA POLARIZACIÓN
LINEAL (RPL)
‰ Barrido de polarización de
-20 a 20 mV.
‰ Velocidad de polarización
10 mV/min.
‰ Electrodo de referencia de
Cu/CuSO4.
potenciostato/galvanostato/ZRA
ACM - Gill
Software Secuencer versión 2.4
RESISTENCIA A LA POLARIZACIÓN
LINEAL (RPL)
ΔE
Rp=
Δi
Ecuación de Stern
y Geary (1957)
Icorr=
β
Rp
Icorr (μA/cm2)
Nivel de Corrosión
< 0.1
Despreciable
0.1 – 0.5
Moderado
0.5 – 1
Elevado
>1
Muy elevado
Criterio de Evaluación
que propone Red
DURAR
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
Potencial de corrosión (Ecorr)
A
B
C
D
E
150
100
(1 0 0 % C P C )
(9 5 % C P C -5 % C B C A )
(9 0 % C P C -1 0 % C B C A )
(8 5 % C P C -1 5 % C B C A )
(8 0 % C P C -2 0 % C B C A )
Poten
ncial (mV vs Cu
u/CuSO4)
50
1 0 % d e p ro b a b ilid a d d e c o rro s ió n
0
-5 0
-1 0 0
-1 5 0
-2 0 0
-2
250
In c e rtid u m b re
-3 0 0
-3 5 0
9 0 % d e p ro b a b ilid a d d e c o rro s ió n
-4 0 0
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96
104 112 120
T ie m p o d e e x p o s ic ió n (d ia s )
Potencial de corrosión (Ecorr) de la mezclas con CBCA
expuestas en medios con 3,5% de NaCl.
Potencial de corrosión (Ecorr)
0
1 0 % d e p ro b a b ilid a d d e c o rro s ió n
Pote
encial (mV vs C
Cu/CuSO4)
-5 0
-1 0 0
-1 5 0
-2
200
A
B
C
D
E
-2 5 0
In c e rtid u m b re
-3 0 0
(1 0 0 % C P C )
(9 5 % C P C -5 % C B C A )
(9 0 % C P C -1 0 % C B C A )
(8 5 % C P C -1 5 % C B C A )
(8 0 % C P C -2 0 % C B C A )
-3 5 0
-4 0 0
9 0 % d e p ro b a b ilid a d d e c o rrro sió n .
-4 5 0
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96 104 112 120
T ie m p o d e e x p o s ic ió n (d ia s)
Potencial de corrosión ((Ecorr) de la mezclas con CBCA
expuestas en medios con 3,5% de Sulfato de Sodio (Na2SO4).
Resistencia a la polarización lineal (RPL)
A
B
C
D
E
0.14
0.12
(100% CPC)
(95% CPC-5% CBCA)
(90% CPC-10% CBCA)
(85% CPC-15%
CPC 15% CBCA)
(80% CPC-20% CBCA)
Moderado
Icorr (µA/cm²²)
0.10
Despreciable
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96 104 112 120
Tiem po de exposición (dias)
Densidad de corrosión ((Icorr) en consideración al tiempo
p
expuesto de la mezclas con CBCA en medios de NaCl al 3,5%.
Densidad de corrosión acumulada
0 .1 0
0 .0 9
A
B
C
D
E
0 .0 8
Icorr (µA/cm
m²)
0 .0 7
(1 0 0 % C P C )
(9 5 % C P C -5 % C B C A )
(9 0 % C P C -1 0 % C B C A )
(8 5 % C P C -1 5 % C B C A )
(8 0 % C P C -2 0 % C B C A )
0 .0 6
0 .0 5
0 .0 4
0 .0 3
0 .0 2
0 .0 1
0 .0 0
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96 104 112 120
T ie m p o d e e x p o s ic ió n (d ia s )
Densidad de corrosión acumulada (Icorr) en consideración al tiempo
expuesto de la mezclas con CBCA en medios
i de NaCl al 3,5%.
%
Icorr (µA
A/cm²)
Resistencia a la polarización lineal (RPL)
0 .0 3 4
0 .0 3 2
0 .0 3 0
0 .0
028
0 .0 2 6
0 .0 2 4
0 .0 2 2
0 .0 2 0
0 .0
018
0 .0 1 6
0 .0 1 4
0 .0 1 2
0 .0 1 0
0 .0
008
0 .0 0 6
0 .0 0 4
0 .0 0 2
A
B
C
D
E
(1 0 0 % C P C )
(9 5 % C P C -5 % C B C A )
((9 0 % C P C -1 0 % C B C A )
(8 5 % C P C -1 5 % C B C A )
(8 0 % C P C -2 0 % C B C A )
D e s p re c ia b le
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96 104 112 120
T ie m p o d e e x p o s ic ió n (d ia s )
Densidad de corrosión (Icorr) en consideración al tiempo expuesto de
la mezclas con CBCA en medios
i de Sulfato
f
de Sodio
i ((Na2SO4) al 3,5%.
%
Densidad de corrosión acumulada
0.045
0.040
A (100% CPC)
B ((95% CPC-5% CBCA))
C (90% CPC-10% CBCA)
D (85% CPC-15% CBCA)
E (80% CPC-20% CBCA)
0.035
Icorr (µA//cm²)
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
80
88
96 104 112 120
Tiempo de exposición (dias)
Densidad de corrosión acumulada (Icorr) en consideración al tiempo expuesto
de las mezclas con CBCA en medios de Sulfato de Sodio (Na2SO4) al 3,5%.
3 5%
EFECTO DE LAS PUZOLANAS EN EL CONCRETO
Al contacto con el agua,
g
el CPC, presenta una primera reacción
de Hidratación:
2(3CaO · SiO2) + 6H2O → 3CaO · 2SiO2 · 3H2O + 3Ca(OH)2
(Primer producción de C-S-H)
C S H)
Pero al adicionar CBCA al CPC se produce una segunda reacción,
llamada reacción puzolánica:
3Ca(OH)2 + 2SiO2 + H2O → 3CaO · 2SiO2 · 3H2O
(segunda producción de C
C-S-H)
S H)
El gel C-S-H va ocupando los espacios porosos, consiguiendo un
g
de los mismos.
refinamiento y una distribución más homogénea
(Nausha Asrar, 1999; C. Andrade, 1993)
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
DENSIDAD DE CORROSIÓN.
‰
Cloruro de Sodio (NaCl): La mezcla con mejor desempeño en sus
velocidades de corrosión fue la mezclas C (90% CPC-10% CBCA) ,
ya que en todos lo monitoreos presento velocidades de corrosión
instantáneos constantes no presentando alteraciones significativas
mas que en su ultima medición.
‰
Sulfato de Sodio ((NaSO4)): La mezcla C ((90%
% CPC-10%
% CBCA))
presento una evolución bastante favorable, debido a que las
velocidades de corrosión instantáneas no presentaron incrementos
significativos, si no por lo contrario se mantuvieron constantes e
incluso presentaron decrementos en sus velocidades por lo que
esta mezclas presento el mejor desempeño en medios con Sulfato
de Sodio.
DENSIDAD DE CORROSIÓN ACUMULADA.
(Cloruro de Sodio (NaCl) al 3,5% )
‰
Mediante esta técnica se nos permitió observar el comportamiento
de las mezclas y de esta manera realizar una mejor evaluación de
que mezclas presentan a edades tempranas despasivación.
‰
La mezclas D ( 85% CPC-15% CBCA) presenta una despasivación
desde el día 40 manteniendo este incremento en su velocidad de
corrosión acumulada hasta el ultimo monitoreo,, lo q
que hace q
que
esta mezclas sea la mas desfavorable ante la exposicion en medios
que contienen NaCl.
‰
Por otra parte la mezcla que presento mayor resistencia a la
agresión del NaCl fue la mezcla C (90% CPC-10% CBCA) ya que se
mantuvo con las menores velocidades de corrosión durante todo el
tiempo de muestreo.
muestreo
DENSIDAD DE CORROSIÓN ACUMULADA.
(Sulfato de Sodio (Na2SO4) al 3,5% )
‰
La mezcla control A (100% CPC) fue la que presento una mayor
velocidad de corrosión ya que desde el día presento el incremento
de velocidad constante lo que la coloco como la mezcla mas
vulnerable a medios de Sulfato de Sodio.
Sodio
‰
La mezcla C (90% CPC-10% CBCA) y la D ( 85% CPC-15% CBCA)
fueron las mas resistentes a los medios de exposición
p
de Sulfato de
Sodio, manteniendo sus velocidades por debajo del resto de las
mezclas binarias y del control.