tabla de contenidos

TABLA DE CONTENIDOS
Sumario.......................................................................................................
I. Introducción.....................................................................................................................................
II. Normas utilizadas para las cenizas y principales disposiciones normativas..................................
1. Normas utilizadas para las cenizas.................................................................................................
2. Principales disposiciones normativas..............................................................................................
2.1. Exigencias químicas:.....................................................................................................................
2.2. Exigencias físicas..........................................................................................................................
2.3. Emisión de sustancias peligrosas y radiactividad …............................
III. Identificación de los materiales a estudio : (cemento y áridos)
IV. Validación de las disposiciones normativas...................................................................................
1. Ensayos efectuados........................................................................................................................
2. Resultados principales...................................................................................................................
V. Conclusión......................................................................................................................................
TABLA DE FIGURAS
Figura 1: Curvas granulométricas de los agregados (arena y grava)........................11
Figura 2: Curvas granulométricas de las cenizas volantes (Láser)..................................12
Figura 3: Análisis mineral de las cenizas volantes................................................14
Figura 4- a: Resistencia a la compresión del hormigón a los 7 días....................................17
Figura 4- b: Resistencia a la compresión del hormigón a los 14 días..................................18
Figura 4- c: Resistencia a la compresión del hormigón a los 28 días..................................18
Figura 4- d: Resistencia a la compresión del hormigón a los 90 días..................................19
TABLAS
Tabla 1: Granulometría de los áridos........................................................................... 10
Tabla 2: Propiedades físicas y mecánicas de los áridos y cenizas ............................13
Tabla 3: Resultados del análisis químico............................................................................14
Tabla 4: Indice de actividad de las cenizas a estudio.........................................................15
Tabla 5: Composición de las muestras de hormigón.........................................................16
Tabla 6- a: Resistencia a la compresión de las muestras a los 7 días: fc7 (MPa)............... 17
Tabla 6- b: Resistencia a la compresión de las muestras a los 14 días: fcl4 (Mpa)............ 17
Tabla 6- c: Resistencia a la compresión de las muestras a los 28 días: fc28 (MPa)........... 18
Tabla 6- d: Resistencia a la compresión de las muestras a los 90 días: fc90 (MPa).......... 19
Tabla 7: valor del coeficiente de equivalencia k de las cenizas volantes...........................21
Tabla 8: (N.A.F 1): valores límite aplicables en Francia para la composición y propiedades de las
muestras en función de la clase de exposición................................................................. 22
I. INTRODUCCIÓN
La producción de electricidad en las centrales de carbón, en los países provistos de este tipo de
combustible, generan un residuo en forma de ceniza volante, llama en inglés “Fly Ash”, o para
simplificar “Ash”. El “Fly Ash” parte de las cenizas volantes donde es utilizada en la confección de
hormigones de forma común de múltiples países, como Inglaterra, Irlanda, Francia y Alemania por
ejemplo, donde estas cenizas son abundantes.
Esta utilización esta regida a nivel europeo por unas normas especificas, como señalaremos
El presente estudio tiene como objetivo demostrar la validez del “Fly Ash” en la confección de
hormigones a partir de materiales de construcción de Túnez.
Esta demostración consiste en verificar las especificaciones de las normas europeas en lo referente
al “Fly Ash” y de las normas tunecinas en lo concerniente al hormigón. Todo ello en un contexto
tunecino
Las condiciones del estudio son las siguientes:
- El Ash procede de los Bing de Escocia
- Los agregados provienen de tres canteras suficientemente representativas de los agregrados
tunecinos. Se trata de las canteras siguientes: Jebel Ouest, J.Ressas et J.Nahli
- Los ensayos se han efectuado en los siguientes laboratorios:
• Laboratoire de Génie Civil de l'Ecole Nationale de Tunis, en cuanto a ensayos mecánicos.
• Laboratoire de la faculté des Sciences de Tunis, en cuanto a ensayos granulométricos láser.
• Le Centre National de sciences et technologies nucléaires, en cuanto a ensayos de radioactividad.
• Le Centre National de radio- Protection, sobre el impacto sobre la salud pública, según los
resultados de radioactividad.
-Los resultados de los ensayos químicos han sido facilitados por la RWE Power International (UK)
II. NORMAS UTILIZADAS PARA LAS CENIZAS Y PRINCIPALES DISPOSICIONES NORMATIVAS
1. Normas utilizadas para las cenizas
[1] NF EN 450-1, Fly ash for concrete - Part 1: Definition, specifications and Compliance critenas,
AFNOR in October 2005, Classification índex: P 18-050-1.
[2] NF EN 450-1, Fly ash for concrete - Part 2: Conformity Evaluation, AFNOR in October 2005,
Classification index: P 18-050-2.
[3] EN 197-1, Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria of common
cements.
[4] EN 206-1 (P18-325), Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity.
[5] EN 450-1: 2005: Fly Ash for concrete, Part 1: Definition, specifications and compliance criterias.
2. Principales disposiciones normativas
El cemento testeado (substitutivo) debe ser cemento Portland, cement of CEM I type, con una
dureza mínima de 42.5 MPa, cumpliendo con la norma EN 197-1 (NT).
Las cenizas volantes deben cumplir los requisitos exigidos por la norma EN 450-1, cuyas principales
limitaciones son las siguientes:
2.1. Requisitos químicos
•Cloruro:
El contenido de cloruro (expresado como CI-) no será mayor que el 0,10% en masa.
•Anhídrido sulfúrico:
El contenido de anhídrido sulfúrico (expresado como S03) no deberá ser mayor del 3,0% en
masa.
•Óxido de calcio libre:
El contenido de óxido de calcio libre no deberá ser mayor del 2,5% en masa. Si el contenido
de óxido de calcio libre es mayor del 1 .0% en masa, entonces a las cenizas volantes se les
realizarán pruebas conforme a los requisitos de solidez.
•El óxido de calcio reactivo:
El contenido de óxido de calcio reactivo no deberá ser mayor del 10,0% en masa.
•El dióxido de silicio reactivo:
El contenido de dióxido de silicio reactivo no deberá ser inferior al 25% en masa.
•El contenido total de alkalis:
El contenido total de alkalis no será superior al 5,0% en masa.
•óxido de magnesio:
El contenido de óxido de magnesio (MgO) no debe exceder del 4,0% en masa.
•fosfato soluble:
El contenido de fosfato soluble (P205) no será superior a 100 mg / kg.
Nota: La ceniza volante producida por la combustión de carbón pulverizado sólo es averiguada
para satisfacer estos requisitos.
2.2. Requisitos físicos
•Finura:
La finura de las cenizas volantes se expresan en porcentaje de masa, la proporción de masa
la ceniza retenida cuando esta mojada se tamiza en un tamiz de malla de 0.045 mm y deberá estar
comprendida dentro de los límites de las categorías especificadas a continuación:
√ Category N: El valor máximo de la finura no será superior al 40% en masa,
√ Category S: La finura no excederá del 12% en masa.
•Indice de actividad:
El índice de actividad a los 28 y 90 días será superior al 75% y 85%, respectivamente .
•Solvencia:
La expansión se determinará sobre una pasta preparada con 30% de cenizas volantes y 70% de
muestras de cemento en masa. No debe superar los 10 mm.
•Densidad de partículas:
La densidad de partículas no deberá diferir en más de ± 200 kg/m3 del valor medio
declarado por el productor.
•Tiempo de fraguado inicial:
El tiempo de fraguado inicial se determinará sobre un 25% de ceniza volante, más un 75% de
cemento a ensayo y no deberá ser más de 120 min mayor que el tiempo de fraguado inicial de un
100% mediante la prueba de masa de cemento.
•Requisitos acuosos:
El requerimiento de agua de cenizas volantes de categoría finura S no debe ser mayor que 95% de
la necesaria para el cemento de ensayo por si solo. Para N ceniza volante clase fina, este requisito
no se aplica.
2.3. EMISION DE SUSTANCIAS PELIGROSAS Y RADIOACTIVIDAD
Las cenizas volantes no podrán contener sustancias que son peligrosas para la salud, la higiene y el
medio ambiente mientras se libera del hormigón, de acuerdo con el Anexo A (ZA1 notas 1 y 2
ZA y 3) de la norma EN 450-1 estándar.
III. IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE ESTUDIO (cemento y áridos)
•Cemento
El cemento utilizado para el estudio es cemento de tipo CEM I 42,5 y conforme a la NT 47,01
estándar que viene de la cementera de Bizerte.
•Aditivo
agua reduciendo plastificación en altas resistencias mecánicas Sika Plastiment BV40.
•Áridos (grava y arena)
La elección de los agregados seleccionados se centra en los mismos componentes utilizados en
Túnez para el fabricación de hormigón estándar. Es una arena sílice aluvial de la cantera de piedra
caliza y las gravas trituradas Hfaiedh Borj. A fin de obtener resultados generalizados, que
reflejan la calidad de los agregados, tres gravas, conocidos por ser de buena calidad (Jbel RSASS),
calidad media (Jbel Oeste) y la calidad bastante pobre (Jbel Nahli) fueron seleccionados.
IV. VALIDACIÓN DE LAS NORMAS DISPUESTAS
1. PRUEBAS REALIZADAS
•Análisis gradual de los agregados (NT 21192-1 (2006) NT 21 202 (2003) - EN933-1/A1 EN 933-2)
La granulometría de los materiales se midió por tamizado de grava y arena. El emparejamiento
acumulativo se dan en la Tabla 1. Las curvas de clasificación se muestran en la figura 1.
• Clasificación Análisis de Ash
El análisis granulométrico es el proceso de estudio de la distribución de los diferentes granos de
una muestra de ceniza, dependiendo de su tamaño (diámetro). El histograma muestra las
proporciones de granos de diferentes diámetros que van desde 0,3 micras a 400 micras;
•
P
r
o
p
i
e
d
a
d
e
s
f
í
s
i
c
a
s
de los materiales
Pruebas de caracterización de los agregados usuales se realizaron de acuerdo a las normas de
Túnez (y / o europea) mencionados en la columna 1 de la Tabla 2. los resultados
se dan en la Tabla 2.
Los ensayos de caracterización habituales de los agregados se realizaron según normas tunecinas
(y / o europeos) mencionados en la columna 1 de la Tabla 2. Teniendo en cuenta los resultados en
la Tabla 2.
• Las pruebas específicas de la ceniza
√ análisis químico
Los resultados de los análisis químicos se obtuvieron por RWE Power International en la fecha de
29 de mayo 2009. Los valores correspondientes se dan en la Tabla 3.
TablA 3: resultados análisis químico
√ análisis mineral
El análisis mineral realizado en la ceniza se representa en la Figura 3.
Figura 3: análisis mineral de las cenizas volantes
Este análisis muestra que la ceniza estudiada contiene:
- Cuarzo (pico á 3,36)
- Mullita (3,40)
- Hematite (2,70)
- Aluminosilicato (3,40 et le petit à côté pastel)
√ Radiactividad del análisis
Resultados de las pruebas :
Estos resultados se han presentado, para su revisión, a la Dirección Nacional del Centro Nacional
de Radio Protección (NCRP), que amablemente nos ha provisto de los umbrales para la
construcción elegible de materiales, de acuerdo con las normas europeas de protección
radiológica:
Réf. Comisión Europea de protección radiológica 122, Uso práctico de los conceptos de espacio y
exención parcial-II, la aplicación de conceptos de exención y dispensa a la radiación natural
fuentes, Dirección General, Medio Ambiente, 2001.
Eso significa que, de acuerdo con la opinión NRCP, que cuando se usan en las proporciones del
estudio, las cenizas no plantean ningún peligro para la salud pública.
√ índice de actividad
El índice de actividad es la relación (en %) de la resistencia a la compresión de barras de mortero
estándar (La misma edad), algunos preparados con 75% de cemento de ensayo y 25% de cenizas
volantes (en masa), otros preparados con cemento de prueba 100%.
Resultados del ensayo con la ceniza estudiada dio un índice de actividad a los 28 días es igual a
76,44, que cumple con la norma NF EN 450-1 [1] estándar (Tabla 4).
Tabla 4: Índice de Actividad de la ceniza estudiada
√ Requisitos acuosos para la mezcla
El porcentaje de agua necesaria para la mezcla de cenizas volantes (cenizas considerado de clase
finura S) se determinó por el método descrito en el Anexo B de la norma EN 450-l [l].
Según este método, el porcentaje de agua que se necesita para mezclar las cenizas es sobre el
93,3% de la utilizada para el mortero de control de mezcla.
•Formulación de hormigón
√ muestras de hormigón
Todos los hormigones se formulan de acuerdo con el método de Dreux-Gorisse y que tiene una
consistencia plástica (cayó cerca de 7 cm). Los hormigones de muestra son hormigones sin añadir
ceniza. La dosificación de los diversos componentes se dan en la Tabla 5.
Tabla 5:
Composi
ción de
las
muestra
s de
hormigó
n
√
hormigo
nes a
distintas cantidades de cenizas
La formulación de los hormigones de muestra dados en la Tabla 5 también sirve para la
la composición de los hormigones a diferentes niveles de cenizas y esto sustituyendo al cemento a
razón de 20, 30 y 40% de cenizas volantes. Las cantidades de agua han sido ajustadas,
necesariamente, para conseguir una consistencia caracterizada por colapso plástico de la orden de
7 cm. El llenado del molde fue realizado por simple vibración. Las muestras son desmoldadas
después de 24 horas y luego se almacenan en un cuenco de agua a temperatura ambiente (20 ° C).
•Ensayos mecánicos
Cada tipo de hormigón, a diferentes proporción de cenizas (0, 20, 30 y% 40), a permitido muestras
16 * 32 que fueron utilizados para determinar la resistencia a la compresión. Cada término de
trituración por compresión (7, 14, 28 y día 90) las superficies laterales de las muestras fueron
elaboradas por amoladora. Cada valor es la media de tres pruebas realizadas con una misma
mezcla.
Los resultados de la prueba de compresión para diferentes plazos vienen dadas por
Tablas 6 a, 6 b, c y d 6 6 y representada por las curvas 4a, 4b, 4c y 4d.
Tabla 6- a: resistencia de los hormigones a la compresión a los 7 días : fc7 (MPa)
Figura 4- a: resistencia de los hormigones a la compresión a los 7 días
Tabla 6b:
resisten
cia de
los
hormigo
nes a la
compres
ión a los
14 días : fcl4 (MPa)
Figura 4- b: resistencia de los hormigones a la compresión a los 14 días
Tabla 6- c: resistencia de los hormigones a la compresión a los 28 días : fc28 (MPa)
Figura 4- c:
resistencia
de los
hormigone
s a la
compresió
n a los 28
días
Tabla 6- d: resistencia de los hormigones a la compresión a los 90 días : fc90 (MPa)
Figu
ra
4d:
resi
sten
cia
de
los
hor
mig
one
sa
la
com
presión a los 90 días
2.RESULTADOS PRINCIPALES
• Propiedades físicas de los materiales
Tras de las curvas de clasificación de los materiales estudiados, observamos que:
- La arena de sílice se utiliza como arena fina con un módulo de finura igual a un 1,56 y
que contiene una cantidad de finos de 6%.
- Todos los agregados (grava y arena) que poseen las curvas granulométricas
continuas. Tras la norma NT 21.30 (2006), arena de sílice pertenece a la clase de ES mayor o igual
que 65 que entre las arenas limpias, ya que su equivalente de arena es de aproximadamente 73.
El coeficiente de absorción de agua de la grava usada es menos de 1%, excepto para la de
J.Nahli tenerse en cuenta en la formulación de hormigón.
Las propiedades mecánicas de las gravas se sitúan dentro de los límites impuestos por las normas.
•Análisis químico
tras los resultados de los análisis químicos, observamos que:
•Análisis de radio actividad
Las pruebas radioactivas han demostrado que la ceniza no supone ningún peligro para la salud o
Medio Ambiente.
•Indice de actividad
Tras los resultados de la pruebas de resistencia a la compresión llevadas a cabo a 28 días y visibles
en la tabla 3, la relación obtenida es igual a 76,44% que es superior al 75%. Es natural fomentar la
incorporación de cenizas
•La demanda de agua
Para mezclar las cenizas estudiados (Ash), el porcentaje de agua obtenido es igual a un 93,3%
o lo necesario para controlar mortero de mezcla. Tras la norma este porcentaje
agua no debe exceder de 95%, que es respetada en nuestro caso.
•Ensayos mecánicos
Los valores de resistencia á la compresión a 28 días, todas las muestras de hormigón son mayores a
25 MPa.
La resistencia compresión a 28 días del hormigón elaborado con un 20% de cenizas presenta
valores de entre 24 y 32 MPa es decir una bajada de alrededor del 14 a 30%
en comparación con el hormigón de muestra correspondiente.
La resistencia contra éstos al experimentar un incremento de 90 días o de conservación
esta disminución reduce los valores de 9 a 24%. Esto muestra el efecto latente
de las cenizas volantes, por reacción puzolánica.
• Indice de actividad
El índice de actividad de las cenizas estudiadas es de 76,44 que es mayor que el valor límite
indicado por la norma que es de 75 (Tabla 7). De hecho, el estándar NT 21. 195 (EN 206-1)
afirma que la determinación de un requisito de dosificación de cemento mínimo (Tabla 2)
se sustituye por el mismo requisito aplicado al aglutinante equivalente es decir, sustituir el
término agua / cemento por la del equivalente en agua / aglutinante.
El aglutinante equivalente= cemento + k x + Adición (en masa), el valor de k depende del tipo
de adición y su Índice de actividad << i >>(Tabla 7).
Tabla 7: Valor de coeficiente de equivalencia K de las cenizas volantes
El índice de actividad de las cenizas a estudio es 76,44 donde un coeficiente de equivalencia
k =0,4 deben tenerse en cuenta en la determinación de la relación de aglutinante y agua efectiva
sobre el aglutinante equivalente según la norma NT 21195 (EN 206-l) (Tabla 8). El contenido de
ceniza volante también depende del entorno de la exposición al que está sujeta
la estructura de hormigón (Tabla 2: EN 206-1, NAF francés Anexo 1).
•El contenido de ceniza volante en hormigon
Según la Tabla 8, tomada de la norma NT 21. 195 (EN 206-1), las cenizas volantes son
sustituidas por cemento (CEM tipo I) a razón de 15 a 30% en relación al aglutinante total
(A / (A + C) = 0,15 a 0,30) de acuerdo con los medios de exposición. Por tanto A es la masa de la
adición (aquí ceniza) y C es la masa de cemento:
Esto muestra que el contenido de la ceniza puede ser sustituido a razón de un 17,46% y 42,86.
Por tanto, el programa experimental llevado a cabo en los hormigones estudiados sustituyendo
entre un 20 a un 40% de cemento por cenizas, es consistente según los límites requeridos por la
norma.
Tabla 8: (N.A.F 1): Valores límite en Francia por la composición y propiedades del hormigón en
función de la clase de exposición)
(Los valores límite sólo de las cenizas y de adiciones calizas adiciones se indican en esta tabla sólo
de forma comparativa)
Los hormigones con un 20% de cenizas confeccionado a partir de arena de sílice y grava de J.
Ressas (de buena calidad) y J. Ouest (calidad media) dio una buena resistencia a la
compresión del orden de 32 MPa y son superiores a 25 MPa. Mientras que los realizados con grava
J.Nahli (mala calidad) dieron prácticamente el valor mínimo de resistencia exigido.
V. CONCLUSION
Tras varias pruebas realizadas en laboratorios más reconocidos a escala nacional en sus respectivas
especialidades, es posible obtener las siguientes conclusiones:
1) La sustitución de un 20 a un 25% de cemento por ceniza en la realización de hormigón
genérico,a partir de áridos de Túnez respondiendo a sus respectivas normas. Conduce a
unos resultados satisfactorios según las normas europeas por lo que respecta al hormigón
con la adición de cenizas volantes y a las exigencias de las normas tunecinas en lo referente
a las características de los hormigones para construcción
2) El uso de la ceniza volante, en las condiciones del estudio, no representa ningún riesgo
para la salud pública o el medio ambiente, desde el punto de vista del Centro Nacional de
Protección contra las Radiaciones (NRCP), cuya opinión se solicitó al respecto.
3) A su vez cabe esperar los resultados de los ensayos de actividad de índice a 90 días
que están en progreso, resultados de pruebas relativos al indice a 28 días, a su vez como
pruebas mecánicas de los hormigones, a 90 días dejan entrever que las cenizas disponen de
propiedades latentes, en el hecho de que favorece las reacciones puzolánicas, donde una
de los principales muestras es la mejora de la resistencia del hormigón a medida que
transcurre el tiempo.
4) Las pruebas también demostraron que la adición de exceso de Ash puede degradar
substancialmente las propiedades mecánicas del hormigón. Así que esta adición debe ser
apropiada y eficazmente controlada, preferiblemente en un entorno industrial.
5) El uso de ceniza Ceniza en la fabricación de hormigón ordinario en Túnez
puede tener muchos beneficios. De hecho, esto contribuiría a:
>Reducir los costes de construcción, mientras que se mantiene la calidad
del hormigón utilizado, siempre que, por supuesto, el precio del Ash
sea competitivo.
> Reducir la presión ejercida sobre la producción nacional de cemento,dado el fuerte
crecimiento de la demanda y apoyado por el creciente número de grandes
proyectos en ejecución o en proyecto.
> Limitar el riesgo de escasez de cemento que podría ser ocasionada por la fuerte demanda
indicada anteriormente.
> Beneficiar al sector de la construcción, en Túnez, a múltiples
propiedades que se les atribuye al hormigón con adición de ceniza, su
mejor aislamiento térmico y acústico de la misma forma que se obtiene un mejor solidez en
ambientes corrosivos, con contenido elevado de azufre, por ejemplo.
Por supuesto, estas conclusiones siguen siendo válidas siempre que la ceniza usada
responda a los estándares indicados y que su dosificación este suficientemente controlada
y que no exceda los porcentajes indicados, y por último que si precio siga siendo competitivo
respecto al del cemento.