Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la

Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
UNIVERSIDAD DE ALICANTE.
Facultadde Ciencias.
de curadosobre
" Estudiodel efectode lascondiciones
resistentes
en morteros
la mineralogíay características
aluminosott.
de cemento
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Memoria para optar al Grado de
Doctor en CienciasQuímicas,
presenta
Eva María García Alcocel
Alicante-Junio de 1997.
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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UNIVERSTTAT D'ALACANT
UNIVER.SIDADDE ALICANTF,
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DE QUÍMICA FíSICA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FíSICA
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Ap. Correus 99
Tetf. 96I s903536y 5903535
E - O 3 O 8A
OL A C A N T
Fax 9615903537
| ¡ i v e ¡ s i c i a cdje A l i c a nr t' :
í'tc. Química-Físic^'i
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D. ANTOMO ALDAZ RIER.A.Director del Departamentode
deAlicante,
QuímicaFísicade la Facultadde Cienciasde la Universidad
encalidadde T'UTORy de acuerdoson lo establecidoen el R.ealDecreto
1851985,de23 deenero,(BOEN' 4l de 16defebrerode 1985)
R.ATIFICA: La presontaciónde Ia Tesis
Doctoral:"]istudiodel efectode lascondiciones
de curudo sobre lu ruineralogía y
característicasresistenlesen morteros de
cementoslunainosa",QUsDña. EVA nnAní¿
GARCÍA ALCORCELha realizadobajo,la
dirección del Doctor D. PEDRO GARCES
TERRADILLOS.
Alicante,2 dejunio de tr997
Fdo.:
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
nio Aldaz Riera
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
U N I V E R S I T A TD ' A L A C A N T
UNIVERSIDADDE ALICANTE
IJRBANA
DE LA CONSTRUCC'Ó,OERESPIJBLIQUES
' 'NFRASTRUCT'JRA
DEPARTAMENT
D'ENG'NYERIA
URBANA
DEPARTAMENTO
DE 'NGENIERíADE LA CONSIRUCC'ÓN,OBRAS PIJBLICASE 'NFRAESIRUCTURA
Ap. Correus 99
Ap. Correos 99
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E-03080ALACANT
E - 0 3 0 8 0A L I C A N T E
Tef. 96 I 59037 07
Fax 96/5903678
D. PEDRO GARCÉS TERRADILLOS, C.E.U., MiCMbTOdCI
Dpto. de Ingeniería de la Construcción,Obras Públicas e Infraestructura
Urbana de la Universidad de Alicante. En calidad de DIRECTOR y de
acuerdocon lo establecidoen el Real Decreto 185/1985,de 23 de Enero,
(BOE N" 41 de 16 de febrerode 1985)
AUTORZA: La presentación de La Tesis
Doctoral: " Estudio del efecto de las condiciones
de curado sobre la mineralogía y características
resistentesen morterosde cementoaluminoso",
que Dña. EVA MARÍA GARCÍA ALCOCEL ha
realizado,bajo mi dirección puesto que reune las
condicionespara serpresentada.
Alicante,20 de Mayo de 1997.
-t+'----..- .
Fdo.PedroGarcésTerradillos.
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A mi familia, Antonio y Marina, a quienes tanto tiempo he
quitado para la elaboración del presente trabajo por su
estímulo, amor y comprensión, gracias a lo que he podido
superar todos los momentosdifíciles.
A mis padres y hermanospor M gran preocupación, interés y
avuda incondicional.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Deseo expresar mi más profundo agradecimiento a mi director de Tesis
por la dirección, consejos e inestimable ayuda que han hecho posible la
realizqción del presente trabajo. Deseo agradecerle también el apoyo y
compr ensión demostr ado.
A todos y cada uno de los profesores, administrativos y compañeros del
Iaboratorio del Dpto- de ConstruccionesArquitectónicas por susmuestras
de interés y afecto. Particularmente desearía agradecer al Dr.D. Servando
Chinchón su inestimable ayuda, consejos y orientación durqnte Ia
elaboración del presente trabajo, así como el tiempo dedicado a disipar
dudas, facilitar bibliografía e introducirme en el estudio de los materiales
mediante la técnica de DRX. A D. Juan S. Alcaide por el constante apoyo,
colaboración y ánimo que me ha prestado a lo largo de estos años. A D.
Enric Barbq por su inestimable ayuda y paciencia demostradn en las
tqreas de preparación de la presente memoria. También deseo agradecerle
sus constantes muestras de apoyo y preocupación ante el desarrollo y
eloboración de este trabajo. A D. Vicente Martínez deseo agradecer su
qpoyo, solidaridad y comprensión a lo largo de estos años. A D. Jaime
Ferri, Dña. Nela Carbonell y Dña. Yolandn Spairani por sus constantes
muestras de apoyo.
A los compañeros del laboratorio del Dpto. de Ingeniería de la
construcción, D. César García y D. Antonio Peinado con quien he
compartido las horas de trabajo, por su atenta ayuda, afecto y por
propiciar un excelente ambiente de trabajo. Particularmente desearía
ogradecer a D. Pascual Palacios su completa disposición y excelente
colaboración durante el desarrollo experimental del presente trabajo.
Asimismo quiero agradecer a Dr.D. Salvador Ordoñez y a la Dra.Dña. Mo
Angeles García sus sugerenciasy comentarios constructivos.
Por último agradecer a la Generalitat Valenciana la financiación del
presente trabajo s trqvés del Prayecto GV - II59/93 y a las compañías
Vqlenciana de CementosS.A.y CementosMolins S.A.por su colaboración
desinteresada en el suministro del cemento utilizado en este trabajo.
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Nunca somos lo que quisiéramosser, pero la lucha y la
conftarlzanos dewelve a la realidad v nos acerca a nuestra
perfección.
Ernesto Sábato.
Para alcanzar la verdad, es necesario, una vez en la vida,
deshacersede todas las opiniones que se han recibido y
reconstruirde nuevo, desdelos cimientos,todos los sistemas
de susconocimientos.
RenéDescartes.
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fndices.
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Indice General.
l. Introducción......
1.1. Cementoaluminoso.Composiciónquímicay mineralógica
1 . 2 .P r o p i e d a d e s
1 . 2 . TF. r a g u a dyo e n d u r e c i m i e n t o . . . . . . . . .
........1
..........11
............15
...................15
I . 2 . 2 .R e s i s t e n cqi au í m i c a . . . . .
..................17
1 . 2 . 3P
. r o p i e d a d er es f r a c t a r i a s
................19
1.3.Reacciones
de hidratación
..... .2I
1.4.Conversiónde los aluminatosde calciohidratadosdel cementoaluminoso...24
o el a c o n v e r s i ó n . . . . . . . . . .
1 . 4 . 1E. l p r o c e s d
..................24
y
I.4.2.Efectosde la conversiónen las propiedades
los
del
cemento
aluminoso........26
de
conglomerados
comportamiento
1 . 4 . 2 . 1E. n l a sr e s i s t e n c im
a se c á n i c a s . .
1 . 4 . 2 . 2E. n l a p o r o s i d a d . . . . . . . . . .
1 . 5 .C a r b o n a t a c i ó n . . . . . .
1.6.HidrólisisAlcalina.Carbonatación
de álcalis.
en presencia
T. 7. M e z c l a sd e c e m e n t o
a l u m i n o syo p o r t l a n d . . . . . . . . . . . . . . .
1 . 8 .D e t e r m i n a c i ódne l a p o r o s i d a d . . . . . . . . . .
1.9.Determinación
de la velocidadde lasondassónicas......
............26
.......27
....................28
...........30
....................32
. . ..35
...............37
mediante
1.10.Análisismineralógico
difracción
de rayosX (DRX) .....................4L
1.11B
. ibliografraGeneral.
2,ReüsiónBibliográfica..
..............43
......45
Reacción
delprocesodehidratación.
deconversión.
...........49
2.1. Características
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2.2. Carbonatación
en ausencia
de álcalis
.. ... ..60
2.3. Carbonatación
en presenciade álcalis.Hidrólisisalcalina.....
2.4.Mezclad
s e c e m e n t oa l u m i n o syo p o r t l a n d . . . . . . . . . . . . . . .
........77
....................86
2.5. Consideraciones
finales
Bibliografía
............93
...........96
3. Objetivosy Plandetrabajo
.....103
4. Experimental
.....107
4.1. Preparaciónde las muestrasde mortero
4 . 2 . C o n d i c i o n edse t r a b a j o
... 109
...........111
4.2.1. Estudio del efectode la temperaturade curadoen algunas
característicasde hidratacióndel cementoaluminoso
comparadas
con las del cementoportland.
....111
4.2.2.Estudiodel procesode hidrólisisalcalina...
...1T4
4.2.2.1.Estudio de los efectos,del curadoen distintas
disolucionesalcalinasen las que se ha burbujeado
simultáneamerÍeCO2, sobremuestrasde
morterode CementoAluminoso
.......116
4.2.2.2.Estudio de los efectosde la carbonataciónen
ausenciade álcalisen morterosde cementoaluminoso........117
4.2.2.3.Estudio de los efectosdel ataquealcalinoen muestras
de morterode cementoaluminoso
118
carbonatadas.................
4.2.2.4.Estudio del efectodel NaOH sobrela hidratación
y carbonatación
de morterosde cementoaluminoso.
..........119
4.2.2.5.Estudio del efectodel Na2CO3 sobrela hidratación
y carbonatación
de morterosde cementoaluminoso...........120
4.2.3. Estudio del comportamientode morterosfabricados
con mezclasde cementoaluminoso
/ cementoportland..................I21
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...I24
4 . 3 .E n s a y o s . . . . . . . . . . . . .
a flexión
4.3.I. Determinación
de la resistencia
......I24
4.3.2.Determinación
a compresión..........
de la resistencia
......I25
4.3.3D
. e t e r m i n a c i ódne l a p o r o s i d a d . . . . . . . . . . . . . . .
......127
4.3.4.Medida de lavelocidadde propagaciíndel sonido( VPU )............129
4.3.5.Análisismineralógicomediantedifracciónde rayosX ( DRX ).......130
4.3.6.Microscopíaelectrónicade barrido ( SEM )
...I32
y Discusión
5. Resultados
......L33
5.1. Estudio del efectode la tempeÍaturade curadoen algunas
característicasde hidratacióndel cementoaluminosocomparadas
portland
. . . . . . . . . . . . . .1.3. .5
c o n l a sd e l c e m e n t o
5 . 2 .E s t u d i od e lp r o c e s od e h i d r ó l i s iasl c a l i n a
..................156
5.2.1.Estudiode los efectos,del curadoen distintasdisoluciones
alcalinasen las que se ha burbujeadosimultáneamenteCO2,
...............
156
de morterode CA.
sobremuestras
5.2.2.Estudio de los efectosde la carbonataciónen ausenciade
álcalisen morterosde cementoaluminoso...............
5.2.3.Estudio de los efectosdel ataquealcalinosobremuestrasde
carbonatadas.............
morterode cementoaluminoso
...,..164
...170
5.2.4.Estudio del efectodel NaOH sobrela hidratacióny
de morterosde cementoaluminoso.
carbonatación
........175
5.2.5.Estudio del efectodel Na2CO3 sobrela hidratacióny
carbonatación
de morterosde cementoaluminoso.
........183
5.3. Estudio del comportamientode morterosfabricadoscon mezclasde
cementoaluminoso/ cementoportland
Bibliografía
6. Conclusiones.....
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....189
.........206
........209
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Indicede figuras.
Figura 1. Evolución de la resistenciaa compresión(Rc) y la porosidad(P)
en función de la relaciín alc paramorterosde CAC curados
a 5oC,20"Cy 60oCdurante2 dias....
......136
Figura 2. Evolución de Rc y P en función de la relaciónalc para
morterosde CAC curadosa 5oC,20'C y 60oCdurante28 días.........136
Figura 3. Evolución de Rc y P en función de la relaci6nalc para
morterosde CAC curadosa 5oC,20"Cy 60oCdurante60 días.........137
Figura 4. Evolución de Rc y P en función de la relacionalc para
morterosde CAC curadosa 5oC,20"Cy 60oCdurante120 días........137
Figura 5. Difractogramas de morteros de CAC fabricadasa distintas
temperaturas5oC,20"C y 60oC,con relaciónals:0.3, curadas
d u r a n t e2 8 d í a s
.. ..........138
Figura 6. Evolución de Rc frente a tiempo, paramorterosde CAC
fabricados
a 5oC.con distintas
relaciones
de alc........
.......139
Figura 7. Evolución de Rc frente a tiempo, paramorterosde CAC
fabricadosa20"C, con distintasrelaciones
de wc
... .. .. 139
Figura 8. Evolución de Rc frente a tiempo, paramorterosde CAC
fabricadosa 60oC.con distintasrelaciones
de alc
.............140
f igura 9. Difractogramas de morteros fabricadasa distintastemperaturas
5oC,20oCy 60oC,con relacióna/c:0.7, curadasdurante28 dias......142
Figura 10. Difractogramas de morteros fabricadasa distintastemperaturas
5oC,20oCy 60oC,con relaciónalc: 0.7, curadasdurante 120 días.. 143
Figura 11.a.Fotografiatomadapor SEM. Fasehexagonalen morteros
c u r a d a as 5 o C . . . . . . . .
...143
Figura 11.b. Fotografiatomadapor SEM. Fasecúbicaen morteros
c u r a d aas 6 0 o C . . . . . . .
...................T44
Figura LL.c. Fotografiatomadapor SEM. Hidróxido de aluminio
e n m o r t e r ocsu r a d aas6 0 " C . . . . . . .
.................I44
Figura 12. Evolución de la resistenciaa flexión (Rf) en función del tiempo en
morterosde CAC fabricadosa 5oCcon distintasrelacionesde alc...T45
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Figura 13. Evolución de Rf en función del tiempo en morteros de
de a|c.......... ......145
relaciones
CAC fabricados
a 20oCcon distintas
Figura 14. Evolución de Rfen función del tiempo en morterosde
CAC fabricadosa 60oCcon distintasrelacionesde alc
Figura 15. Evolución de Rc y P frente a la relacióna/c, paramorterosde
CAC y CP fabricadosa 5oCy curadosdurante2 dias
...146
.....I47
Figura 16. Evolución de Rc y P frente a la relaciónalc, paramorterosde
CAC y CP fabricados
a 5oCy curadosduranteI20 dias..................T47
Figura 17. Evolución de Rc y P frentea la relacióna/c, para morterosde
CAC y CP fabricadosa 20oCy curadosdurante2 dias
... 148
Figura 18. Evolución de Rc y P frente alarelaciín a/c, paramorterosde
CAC y CP fabricados
a 20oCy ouradosdurante120días...............149
Figura 19. Evolución de Rc y P frente a la relaciónalc, paramorterosde
CAC y CP fabricadosa 60oCy curadosdurante2 dias
... 150
Figura 20. Evolución de Rc y P frente alarelación alc, paramorterosde
150
CAC y CP fabricados
a 60oCy ouradosdurante120 días................
Figura 21. Evolución de la velocidadde pasode ultrasonidos(VPU)y Rc
frente a la relaciónalc, paramorterosde CAC fabricadosa 5"C
y curadod
............I52
s urante
28 días
Figura Z2.Evolución de VPU y Rc frente alarelación alc para morteros
28 días......................I52
d e C A C f a b r i c a d oas2 0 o Cy c u r a d o d
surante
Figura 23. Evolución de VPU y Rc frente a la relaciónalc paramorteros
.....153
de CAC fabricadosa 60oCy curadosdurante28 días
Figura 24.Evolución de Rc y RFenfunción del tiempo de carbonatación
paramorterosfabricadas
....166
a 5oC
Figura 25. Evolución de Rc y Rf en función del tiempo de carbonatación
p a r am o r t e r o fsa b r i c a d aas6 0 o C
...................168
Figura 26. Evolución de Rc en funcióndel tiempo de curadoy
paramorterosde CAC fabricadasa 5oCy 60"C........169
carbonatación
Figura 2T.Evolución de Rc y Rf en función del tiempo de contacto
con una disoluciónde NaOH lM, para morterosfabricadasa 5oC...171
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Figura 28. Evolución de Rc y Rf en funcióndeltiempo de contacto
con una disoluciónde NaOH llvl, para morterosfabricadasa 6O'C.173
Figura 29. Evolución de Rc y Rf en función del tiempo de carbonataciónpara
morterosfabricadas
a 5oCy amasadas
con disoluciónNaOH lM ..178
Figura 30. Evolución de Rc y Rf en función del tiempo de carbonataciónpara
morterosfabricadasa 60oCy amasadas
en disoluciónNaOH lM .... 1SI
Figura 31. Evolución de Rc y Rf en funcióndel tiempo de carbonatación
paramorterosfabricadas
a 5oCy amasadas
condisolución
deNa2CO32M
185
Figura 32. EvoluciónRc y Rf de enfuncióndeltiempode carbonatación
paramorterosfabricadas
a 60oCy amasadas
condisolución
d eN a 2 C O 2
3M
. . . .. . . . . 1 8 8
Figura 33. EvolucióndeRc y Rf paramorterosde CAC y CP fabricados
conpuroscurados
a 5oC,20oCy 60oC.
.........I92
Figura 34. EvolucióndeRc y Rf enfuncióndeltiempoy temperatura
de curado
enmorteros
fabricados
conunamezclazs%
CAC-75%CP............192
Figura 35. EvolucióndeRc y Rf enfuncióndeltiempoy temperatura
de curado
enmorteros
fabricados
conunamezclaT5%
CAC-25%CP............197
Figura 36. EvolucióndeRc y Rf enfuncióndeltiempoy temperatura
de curado
enmorterosfabricados
conunamezcla
50 % CAC-50yoCP..........200
Figura 37. EvolucióndeRc enfuncióndeltiempodecuradopara
morterosfabricados
purosy las
a 5oCconlos cementos
mezclas
estudiadas.
.....202
Figura 38. EvolucióndeRc enfuncióndeltiempode curadopara
morterosfabricados
a20oCconlos cementos
purosy las
mezclas
estudiadas.
.....203
Figura 39. EvolucióndeRc enfuncióndeltiempode curadopara
morterosfabricados
a 60'C conlos cementos
purosy las
mezclas
estudiadas.
.....204
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Índice de tablas.
Tabla f. Composiciónquímicamediade los cementosportlandy
aluminosoespañol
Tabla II. Análisisquímicode los cementosutilizados..
...........
. 1I
......110
Tabla III. Condicionesde trabajo para el estudio comparadodel
c o m p o r t a m i e ndt oe l C A C y C P . . . . . . . . . . .
. . . . .. . . 1 1 3
Tabla IV. Condicionesde trabajo parael estudiode la hidrólisis
previas..
Experiencias
alcalina.
.........116
Tabla V. Condicionesde trabajoparael estudiode la hidrólisisalcalina..............T20
Tabla VI. Condicionesde trabajoparael estudiode mezclasde CAC y CP.........123
Tabla VIf. Datos de la regresiónlinealcalculadaen morterosde CAC
durante28 dias......
temperaturas
curadosa distintas
..........154
Tabla VIIf. Resultadosde DRX de morterosfabricadosa 5oCdespuésde
de álcalis...
............157
100 díasde carbonatación
en presencia
Tabla IX. Resultadosde resistencias
mecánicasde morterosfabricados
..........159
de áIcalis...........
de 100díasde carbonatación
en presencia
a 5oCdespués
Tabla X. Resultadosde DRX de morterosfabricadosa 60'C después
de álcalis
de 100 díasde carbonatación
en presencia
....... .160
Tabla XI. Resultadosde resistencias
mecánicasde morterosfabricados
en presencia
de áIcalis....................162
a 60oCdespués
de 100díasde carbonatación
Tabla XII. Resultadosde DRX de morterosfabricadosa 5oCv
de á1ca1is........
carbonatados
en ausencia
...........164
Tabla XIII. Resultadosde DRX de morterosfabricadosa 60oCv
. . . . . . . . . . . . .......... . . . . . . 1 6 7
carbonatado
e sn a u s e n c idae á I c a l i s . . . . . . . .
Tabla XIV. Resultadosde DRX de morterosfabricadosa 5oC
de NaOH lM ...........
carbonatados
e introducidas
en disolución
.........170
Tabla XV. Resultadosde DRX de morterosfabricados
...,........,.172
en disolución
de NaOH 1M...........
a 60oC,carbonatados
e introducidas
Tabla XVI. Resultadosde DRX de morterosamasadoscon
NaOH lM a 5'Cy carbonatadas............
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...........176
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Tabla XVII. Resultadosde DRX de morterosamasados
conNaOH lM a 60oCv carbonatadas............
Tabla XVIII. Resultadosde DRX de morterosamasados
c o nN a 2 C O 32 M a 5 o Cv c a r b o n a t a d a s . . . . . . . . . . . .
Tabla XD(. Resultadosde DRX de morterosamasados
c o nN a 2 C O 32 M a 6 0 o Cy c a r b o n a t a d a s . . . . . . . . . . . .
...I79
..................184
................187
Tabla XX. Resultadosde DRX de los morterosfabricadoscon mezclade
cementosen proporci6n25oóCAC - 75% CP....
...189
Tabla XXI. Resultadosde DRX de los morteros fabricados con mezcla
de cementosen proporciín75YoCAC - 25% CP
...............I94
Tabla XXII. Resultadosde DRX de los morterosfabricadoscon
mezclade cementos
en proporci6n50oACAC - 50% CP.....
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................199
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L. Introducción.
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : r':.:
: : : . : : : 1 . : : : : : : : : . : . : : : : : : : : : 1:
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : ::: : ::::: :::,: ,: :::,. .: , , , . , . , . . , , . . i i . , , , , , , , , , , , , , , , , , : : : , , i i : . , , , , . . . . : : : : : : : : : : :
: : : ::,: iii: : :: :: :1::: : : : : : : : : : : : : : : : ::
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Bajo el nombre de cementoaluminoso,de alto contenidoen alúmina o cemento
de aluminato cálcico, se engloba un conjunto de cementos cuyos principales
constituyentesson los aluminatoscálcicos.El cementoaluminosoes un conglomerante
hidráulico que basadicho comportamientoen la hidrataciónde los aluminatosde calcio.
Esto lo hace distinto del cementoportland el cual basasu comportamientohidráulico en
la hidrataciónde los silicatosde calcio.
El principal constituyente conglomerantedel cemento aluminoso es siempre el
aluminatomonocálcico( CaO AlrO: ). Se conocedesde1856 que algunoscompuestosa
base de aluminato de calcio poseen buenas propiedadescementantes.En este año,
Sainte-ClaireDeville preparóaluminatoscálcicoscalentandomezclasde alúminay cal o
bien de alúminay mármol. El producto obtenidolo mezcló con agua y corindón como
ándo paramoldear crisolesque podíancalentarsea temperaturasmuy elevadas.De esta
maneraconoció las propiedadeshidráulicasdel aluminatocálcicoy anticipó su uso como
conglomerante refractario. En el mismo año, Winkler publicó datos sobre las
propiedadeshidráulicasde los aluminatoscálcicos,aunqueFrémy en 1865 se considera
acreditadocomo el pionero de los investigadoresen este campo. Las propiedadesde
fraguadoy endurecimientode los aluminatoscálcicosfueron confirmadase investigadas
por Michaelisen 1869y por Schotten 1906,quiendemostróque con estoscompuestos
se obteníanresistenciasmecánicasmuy elevadas.La primera obtención del aluminato
monocálcicopuro puedehaber sido logradatanto por Sainte-ClaireDeville, en el curso
de sus estudios de mineralogíasintética,como por Le Chatelier o por Dufau. Este
compuestotambiénfue aisladopor Shepherd,Rankkin y Wright durantesus estudiosde
equilibrio de fasesen el sistemacal - alúmina.
Sin embargo, la primera fabricaciónde un producto que podemos reconocer
ahoracomo un cementoaluminosocomercialfue propuestaen dos patentesanterioresen
el tiempo, una alemanade L.Roth Wefzlar en 1882y otra británicaen 1888.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Por otro lado, la SociedadFrancesapara el Desarrollode la IndustriaNacional se
habia enfrentado con el serio problema de la descomposiciónde las estructurasde
cementoportland en ciertos lugares.En 1887,Candlot habíaconstatadoel deterioro de
los morteros con que se habían construido las fortificacionesde París, allí donde se
habían puesto en contacto con aguas que contenian sulfatos. Hacia 1898, J. Bied
consideróque la expansióny descomposiciónde los hormigonesexistentesen aquellos
lugares,y en el agua de mar, se debíaal ataquequímicode los sulfatos,dedicandodesde
entoncesmuchos años a buscarun cementoque pudieraresistir este ataque.Más tarde
señalóque un cementobasadoen el aluminatocálcico en lugar del silicato cálcico debía
cumplir ciertos requisitosquímicosque, de acuerdocon el trabajo previo de Vicat, eran
necesariospara obtenerun cementoque no se descompusiera
por el ataquequímico de
los sulfatos.
El trabajo previo de Bied en los laboratoriosy en las fabricasde Le Teil de J. y A.
Pavin de Lafarge ( ahora CementosLafarge ), condujo finalmentea patentar,en mayo de
1908, un método adecuadoparala produccióncomercialde cementoaluminosoa partir
de bauxita y cal. Se obtuvo por fusión completade una mezclaadecuadade caliza y
bauxita en presenciade coque. Esta fabricaciónse puso en marchasatisfactoriamenteen
un horno de cubilote, en 1913, realizándoseen los años siguientesnumerososestudios
por parte de la CompainaLafarge y por el departamentopertinentedel Gobierno francés,
antesde que salieraal mercado,en 1918- 1920.
Un trabajo contemporáneode Conwell y Spackmannen los Estados Unidos
condujo también a la fabricación, a escala industrial, de productos compuestospor
aluminatosde calcio pero, en este caso, se pretendióque el material actvaÍacomo un
aditivo al cementonatural,a las caleso yesospara acelerarel endurecimientoy mejorar
las resistenciasmecánicas de estos conglomerantes.La fabricación comercial del
cementoaluminosono comenzóen los EstadosUnidos hasta 1924. Finalmentehay que
destacarel trabajo de Shepherd,Rankiny Wright en EstadosUnidos sobreel sistemacal
- alúmina - sílice. El estudio de este sistemafue muy importante no sólo para los
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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investigadoresen el campo del cementoportland, sino tambiénpara aquellosque desde
entoncesse han interesadopor el cementoaluminoso.
Desde aquel tiempo, se han realizadonumerososestudiosque han confirmado
que el cemento aluminoso es capaz de producir hormigones o morteros con una
resistenciaexcepcionalal ataquede los sulfatos.Se sabíaya, desdeel principio, que este
tipo de cemento , aunquepresentaun tiempo de fraguado normalmentelento, endurece
mucho más rápidamenteque el cementoportland.Esta propiedadfue aplicadadurantela
Primera Guerra Mundial, poco despuésde la primera fabncación comerúal del cemento
aluminoso. Se utilizó en Francia para la construcciónde emplazamientosde artillería y
refugios dada su cualidad de endurecimientorápido. Más tarde se observó que los
morteros y hormigones preparadoscon un cemento aluminoso y árido refractario o
resistenteal calor no se agrietanni desconchanen calcinacionesrepetidasal rojo blanco,
y que podían templarseen agua sin pérdida de su estabilidad.Desde entoncesesto ha
conducido a un amplio uso de tales mezclas,denominadas" hormigonesrefractarios",
para construccióny reparaciónde hornos.
La producción anual de cementoaluminosoes una fracción muy pequeñade la
producción mundial de cemento portland. Sin embargo, es un cemento especialque
poseeuna propiedadesmuy valiosaslas cualesse derivande su diferenciadesdeel punto
de vista químico respectoa otros cementoshidráulicos.En tiemposde déficit, tales como
la SegundaGuerra Mundial, demostró que juega un papel muy importante en muchas
aplicaciones.
Los morteros y hormigonesde cementoaluminososon de fraguado lento, pero
rápido,presentanuna elevadaresistenciaa sulfatosy
de endurecimientoextremadamente
diversosagentesagresivosquímicosy cuandose utiliza un árido refractario,el hormigón
es adecuado para su empleo a altas temperaturas.Estas tres propiedades,rápido
desarrollode resistenciamecánica,resistenciaquímicay conglomeranterefractario, son
responsablesde la mayor parte de la atención dedicada al cemento aluminoso.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Por otro lado, estasdiferenciasdesdeel punto de vista químico, explicantambién
los problemas de durabilidad,la conversióny la fragilidad frente a ciertos productos
químicos. Sin embargo, las características
tanto positivascomo negativasdel cemento
aluminoso son inseparables.Por tanto, en el empleo del cemento aluminoso han de
tenersemuy en cuenta,sobretodo las negativas,cuandoestecementose utiliza con fines
estructurales.
Una de las causas,de este tipo de problemas de durabilidad, se descubrió
rápidamenteentre las dos guerras mundiales,por E. Rengade en 1936, y se llamó
hidrólisis alcalina.Básicamenteesta reaccióncausael derrumbetotal del hormigón, por
transformaciónde los hidratosen calizay gibsita.
Otra causa de los problemasde durabilidadfue el efecto de la temperaturade
curado y
servicio: con temperaturas altas algunos hormigones se derrumban
rápidamente.Se llegó a la conclusiónde que las temperaturaselevadasprovocabanla
desagregacióny, por tanto, se debía de evitar las temperaturassuperioresa 25 oC
echando menos cemento y más agua en el hormigón. Más tarde se demostró que la
conversióndel cementoaluminosoes un fenómenotermodinámicoirremediable.
En 1928, CementosMolins, S.A. adquierela patentede Lafarge para fabricar el
cemento aluminoso en España.En T929 se inicia la fabricación en nuestro país, del
cementoaluminosoelectrolandpor dichaempresa.
A partir de los años30 se empiezana conocerproblemasen las construccionesde
cementoaluminoso.Lamayona de estosproblemasestánligados a la temperatura(bien
en el agua de amasadoo bien a lo largo del tiempo, etc.). Aunque se discuten,por parte
de los especialistas,los diversosconocimientosdurantemuchos años, no se concretan
definitivamentehasta finales de los 60. Para entoncesya se conocen los efectos de la
conversión,de los aluminatosde calcio hidratadosmetaestablesa fases estables,y las
posibles patologías asociadas.Igualmentese concretanlas instruccionesde uso para
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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del procesode la
minimizarestaspatologías.En particular,paralimitar las consecuencias
conversión, se considera que es necesario mantener una dosificación mínima de
4AA Kg/m3 y una relación máxima agua I cemento de 0.4 (incluyendo el agua de los
áridos en el caso de que estén húmedos). Más adelante, en la sección 1.4,
profundizaremosen estefenómenode la conversión.
Estudiandolas normativasde otros paísestales como Alemania,U.K. y Francia
observamosque éstasson sensiblesa los nivelesde conocimientode cada país y a los
sucesosque ocuffen. Probablementela normativafrancesaseala más moderna en cada
momentoy marquela normativaa seguir.
En cambio en España,salvo en las últimas décadas,la normativa referente al
insensiblea los diversossiniestrosy a los nivelesde
cementoaluminosoes absolutamente
conocimientointernacionales
sobreel tema.
hidráulicosse contemplael
En 1930,en el pliego de recepciónde conglomerantes
cementoaluminoso.Los distintospliegossucesivoslo siguenconsiderandosimplemente
exigidas.
modificandoalgunasde las características
En 194I, como consecuenciade la escasezde hierro en España,se potencia Ia
utilización de viguetasde hormigónpara la construcciónde forjados. Sin embargo,en el
decretode 1942sobresistemasde forjadosen la edificacióny en el posterior de 1966, se
obliga a tramitar las autorizacionesde uso, y en cambio,no contemplandel materialmás
que su resistenciainmediata.
En la instrucciónEH-68 se pide unajustificaciónespecialpara uttlizar el cemento
aluminoso, y en la instrucción EH-73
apaÍece el Anexo 4 referente a las
recomendacionesde utilización. Para entoncesla utilizaciín del cemento aluminoso ha
decrecido notablementecomo consecuenciade su precio y de la aparición de otros
cementosportland que proporcionanresistenciasinicialeselevadasy permiten procesos
de frasuado - endurecimientoacelerado.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Launica limitación referente al cementoaluminosoen Españala encontramosen
la instrucciónEP - 77, en la que se prohibe su utilización parapretensado
. Para el resto
de hormigones,armadosy en masa,estápermitidohoy y desdesiempre.
La problemáticaoriginadapor este materiales mucho más amplia que la de los
prefabricadosde cementoaluminoso,es la problemáticade la edificaciónen general,la
de la durabilidad y mantenimiento del parque construido. La dimensión social y
económicaque está suscitandola degradaciónde los hormigonesde cementoaluminoso
es realmenteimportante.
Popularmentey con muy poca fortuna se le ha dado el nombrede "Aluminosis" a
ciertos problemas de la construcción como si ellos obedeciesena una enfermedad
emanadadel cementoaluminosoy transmitidapor estecemento.
El fenómeno,que no es ni mucho menosnuevo, consisteen síntesisen una serie
de procesosdegenerativosoriginadosen el hormigón fabricadocon cementoaluminoso
debido a la inestabilidad de las fases hidratadas, al mal uso de dicho cemento
(dosificacionesbajas,relacionesaguaI cementono ajustadas,temperaturasaltas, etc.)y I
o una deficienteejecución.
Por tanto, hay que apresurarsea decir que no se trata de ninguna enfermedad,
sino de una forma de ser "esencial" inherenteal cemento aluminoso, que no tiene
remedioalguno, más aún si por falta de conocimientosuficienteel cementoaluminosose
utiliza de forma inadecuada.A priori, lo que sí se puede y debe conseguires que tal
forma de ser del cementoaluminosono se manifieste,o no lo hagaen forma lesiva.Para
esto es necesarioconocerlas propiedadesy comportamientode dicho cemento,así como
los casosen que puedeo no debeser utilizado y las condicioneso pautasque han de ser
tenidasen cuenta.
La historia de su utllizaciín en Españaen obras de edificación data de finales de
los años cincuentahastaprincipios de los setenta.En esosaños y debido a la creciente
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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demanda de vivienda proliferaron las fábricas, de viguetas pretensadasde cemento
aluminoso,sin demasiadatecnología.Además,en estaépocala normativasobreforjados
es escasa.
El origen de la utilización de dicho cementode forma masiva en viguetas hay que
buscarlo en sus característicasespeciales.Al cementoaluminoso,que siempreha sido
sensiblemente más caro que el portland, se le encontró la ventqa de su rápido
endurecimiento.Esta propiedadpermitíamultiplicarpor tres el ritmo de producción,para
los mismosútiles, con respectoal cementoportland.De estaforma, las viguetaspodían
entrar en serviciocon un tiempo de curadomenor.
Así pues, se puede afirmar que la patología de los hormigonesfabricadoscon
cemento aluminosono es un problemanuevo. Si bien en este momento, debido a la
incidencia que fundamentalmenteha tenido en Cataluña (donde se ha realizado un
muestreo estadístico del parque de viviendas posiblemente afectado), Comunidad
Valenciana,Canarias,Baleares,Aragón y Madrid, es un tema de gran actualidad.
En nuestrapropia ciudadtenemosun ejemplomuy significativo.El barrio de las
Mil Viviendasde Alicantefue construidoen los últimos añosde la décadade los 50 para
acoger familias con escasosrecursoseconómicos.Con el transcursodel tiempo, se fue
convirtiendo en una zona socialmentemarginal.En el año 1993 se detectarongraves
problemas en algunos forjados. Una gran parte de las viguetas afectadashabían sido
fabricadascon cementoaluminoso.Este hechosirvió de excusapara que las autoridades
localesy regionalesdecidieranla demolicióndel barrio. Fue demolido prácticamenteen
su totalidad entre los años 1993 y 1994 y construido de nuevo en el T995, para
solucionarun problemade marginalidadsocial.Por tanto, no se planteó ningún estudio
sobre la durabilidad de los hormigonesni se contempló la posibilidad de reparar los
techos. No obstante, dentro de un Proyecto de Investigaciónsubvencionadopor la
GeneralitatValenciana(GC-1159193),dirigido por el ProfesorPedro Garcés,se realizó
representativas,tomadas del
un trabajo sobre muestrasde viguetas, estadísticamente
derribo, para conocer los componentesde las viguetasy las condicionesen que fueron
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
fabricadas.Entre otras conclusionesdel estudio,se observoque un 20oAde las viguetas
estudiadaspresentabadosificacionesde cementobajasy relación aguaI cementoelevada,
resultado que revela una mala utilización del material El 80% restante presentaban
dichosparámetrosentrevaloresaceptables.
En los últimos años,se han desarrollado,fundamentalmente
en España,diferentes
coloquios y congresoscon el objetivo de asentarel estadode la ciencia actual sobre el
tema. Estamos ante una problemáticaeconómicay sociallo suficientementeimportante,
como para ser estudiadoen profundidadpor los investigadores,
técnicosy profesionales
del sectorde la construcción.
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1.1.
Cemento aluminoso. Composición química
v
mineralógica.
En 1928, la firma CementosMolins S.A. adquierela patente de Lafarge para
fabricarel cementoaluminosoen España.Se inicia la fabricaciónen T929,produciéndose
el cemento aluminoso fundido "Electroland", que es el que se ha venido utilizando
mayoritariamenteen nuestro país.
El cemento aluminoso se fabrica a partir de una mezcla de calizas y bauxitas
pulverizadasy calcinadashasta su fusión total. Sin embargo el portland se efectúa a
partir de una mezclade calizasy arcillas.
Tabla L Composición química media de los cementosportland y aluminoso español.
Compuesto
CementoPortland (%)
CementoAluminoso(Yo)
SiOz
r8-25
1.5-3
AIzO¡
4-6
40-42
CaO
55-70
38-40
Fez0s
2-4
t5-17
0-6
FeO
r.5-2.5
TiOz
Mgo
1-5
SOs
1-3
K2o
0-t
NazO
0-1
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
0.5-1.5
0.1
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Por tanto, la diferencia entre el cemento aluminosoy el portland estriba, en
primer lugar, en suscomposicionesquímicas,como puedeverseen la Tabla L
El color del cemento, está principalmentedeterminado,por el contenido en
óxidos de hierro y por la relación óxido ferroso / óxido ferrico. El contenido en sílice,
tiene una gran importanciaen las propiedadesde endurecimientorápido; el desarrollode
las resistenciasmecánicasinicialesmáximasocurre sólo cuandoel contenidoen sílicedel
clinker es aproximadamente
inferior al60A.
Los óxidos que intervienen en la composición química del cemento no se
encuentran libres como tales, sino que se hallan combinados formando distintos
compuestos.
Así, la constitución mineralógicadel cementoaluminoso se halla formada por
combinacionesde estos óxidos para dar aluminatosy ferrito-aluminatosde calcio,
principalmente.En la químicadel cementose utilizanlas siguientesabreviaturas:C:CaO,
A=AlzOE,S:SiO2, F:Fe2O3,H:HzO, c=CO2,N:NazO.
Como el procesode fabricaciónimplica la fusión completade las materiasprimas
la temperaturade fusión y la velocidad de enfriamientoson tales que permiten que la
mayoría de los compuestoscristalicencasi en condicionesde equilibrio. Por ello, la
naturalezay proporcionesde los compuestoshidráulicosdel cementopuedendeducirse
con una precisión razonablea partir del estudio de la correspondienteporción del
diagramaC-A-S.
En el sistema fisico-químico C-A-S los constituyentes
mineralógicosque
interesan para el estudio del cemento aluminoso son: CA (aluminatomonocálcico),
CnA, y CA2, entre los que no contienensílice; y B- C2S(silicatobicálcico)y CzAS
(gehlenita)entre los que la contienen.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
de los
De todos ellos,el CA es el másimportante.Las propiedadescaracterísticas
debidasa estecompuesto,que cristalizaen
cementosaluminososson casiexclusivamente
primer lugar a partir del material fundido. Un enfriamiento lento de éste permite la
máxima separaciónde CA. Como resultado se obtiene un cemento con actividad
hidráulicamáximaen las primerasedadesde su hidratación.
El C2AT estará también presente en proporciones variables, pero la buena
prácticade fabricacióntiende a mantenerla cantidadde este compuestotan baja como
sea posible. Cristalizafácilmentey tiene un tiernpo de fraguado muy rápido. Como
resultado, los cementosque contienenuna proporción excesivade CnN
pueden no
desarrollarsu resistenciamecánicapotencial.Estos cementosse producen si la relación
alúminaI caly el contenidoen sílicedel fundido son,ambos,menoresque el normal.
muy lentos en comparación
El CAr es de hidratacióny desarrollode resistencias
con el CA. Su velocidad de hidrataciónaumentaen contacto con disolucionesde pH
alto, con la temperaturay en presenciade CA.
El contenido relativamentebajo en sílice del cemento aluminoso, es un factor
esencialpara obtenerproductosque se hidrateny endurezcanrápidamente
El 0- CzS, constituyentetambiéndel clinker de cementoportland, se encuentraen
clínkeresde cementoaluminosocon contenidosde S no superioresal 5%. Se hidrata de
forma relativamente lenta y apenas contribuye a las resistenciasa corto plazo. Sin
embargo, contribuye a las resistenciasa largo plazo.
El CzAS aparece como constituyenteregular en cantidadesconsiderablesen
clínkeres con proporciones de S superioresal 5%. Su hidratación es lenta y, aunque se
activa algo con el CaO, no es deseablepor retardar el endurecimiento.Por ello se
procura que los crudosy el clínkerde cementoaluminososeanbajos en S.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
El contenido relativamentealto de óxido de ferrico de las bauxitashace que en
los cementosaluminosospuedanestar presentesfasesferríticasen forma de ferritos de
calcio,tales como CF y CF2,y en forma de ferrito-aluminatosde calcio de composiciones
intermediasentre CeAFzy C6A2F,con el término central de la serie C¿AF ( fase presente
tambiénen el cementoportland).
El óxido ferroso puede aparecerlibre como una fase final de cristalización
(wustita), y como tal constituye una parte importante del materialvítreo en el clinker
En cuanto a los constituyentessecundariosy minoritariosdel cementoaluminoso
cabe citar el CT (titanato de calcio), el M (óxido de magnesio),algo de azufre en forma
de sulfato y / o sulfuro, hierro metálico , etc. El contenido en álcalis del cemento
aluminosoes menor que en el portland.Existenlos de sodio y potasio,predominandoel
primero. Gran parte del óxido de sodio puedeencontrarseen el compuestoNzC¡As.
Hasta aquí se ha hechoreferenciaal cementoaluminosogris oscuro usual, que se
usa como material conglomeranteen construcción.Pero en los EE.[ru., Francia e
Inglaterra se produce en pequeñaescalaun cemento aluminosoblanco, obtenido con
alúmina,( no con bauxita), y cal, con un contenidoen AlzO¡ de 70 a 80Yoy de CaO de
18 a2106. La sílice,óxidos de hierro y otras impurezasestánpresentesen proporciones
mínimas,que en total no excedennormalmenteel lYo. El empleoprincipalde estetipo de
cementose encuentraen el campode los hormigonesrefractarios.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
1.2.Propiedades.
I.Z.L. Fraguado y endurecimientodel cementoaluminoso.
El principio de fraguado del cementoaluminoso es variable, en general erÍre 2 y
6 horas, siendo de 4 horas por término medio en los casosnormalesy más frecuentes.
Hay cementosaluminososmás rápidosque tienenun principio de fraguadocomprendido
entre I y 3 horas. En cuanto al final del fraguado, o bien no se fla para el mismo un
tiempo determinado,o éste puede estar comprendidoentre 2 y 4 horas. Por término
medio, el tiempo de fraguado de los cementosaluminososes más corto que el de la
mayoríade los cementosportland.
El efecto de la temperaturasobre el tiempo de fraguado es anómalo. Con la
mayor parte de los cementosaluminosos,el tiempo de fraguadoes ligeramentemás corto
a 5-10'C que a otras temperaturaspróximas.El fraguadose retardaprogresivamentecon
temperaturas crecientes, alcanzándoseun máximo para el tiempo de fraguado a unos
30'C. El desarrollode la resistenciamecánicainicial del cementoaluminoso,se retarda
correspondientemente
a estaúltima temperatura,y la precipitaciónde hidratosen la masa
es mucho más lenta que a baja tempeÍatura.Por encimade 30'C el tiempo de fraguado
se reducerápidamentecuandola temperaturasube.
A pesar del tiempo de fraguadorelativamentelargo a temperaturaordinaria, los
hormigonesde cementoaluminosopuedendar buenasresistenciasestructuralesdespués
de 5 ó 6 horas del amasado.A las 24horas alcanzanun porcentajealto de la resistencia
final obtenible.Por tanto, se usan para una amplia gamade aplicacionesen las que se
requierenaltasresistencias
iniciales.
De todo lo anterior podemosconcluir que el cementoaluminosoy el portland
presentantiemposde fraguadosimilares.Sin embargo,el cementoaluminosopresentaun
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
endurecimientomás rápido.Este hechopermiteque sushormigonespresentenal cabo de
pocas horas, resistenciasmecánicasdel mismo orden que las obtenidaspor el cemento
portland a los veintiochodías.
Por otro lado, la reducciónde volumenque experimentadurantela hidrataciónel
cemento aluminoso es mucho mayor que la que se produce en una pasta de cemento
portland. Durante el fraguado el volumen aparentede los hidratos aumenta,hecho que
no es suficiente para contrarestarla reducción de volumen sufrida. Por tanto, los
hormigones y morteros de cemento aluminosomuestrannormalmenteuna apreciable
retracción durante el primer dia del endurecimiento, aun cuando se conserven
continuamentebajo el agua. Con la estabilidadde volumen del cemento aluminoso
tambiénestarelacionadoel fenómenode la conversiónque trataremosmás adelanteen el
punto 1.4.
En cuanto al calor de hidratación, la reacción de hidratación del cemento
aluminosoes fuertementeexotérmica.Al amasarel cementoaluminosocon el agua se
produce un inmediatodesprendimientomoderadode calor, que aumentadespuéscon el
comienzo del proceso normal de hidrataciín (2-a horas). A partir de entonces el
desprendimientode calor es rápido, alcanzándose
la máximatemperaturaen un hormigón
puestoen obra, al cabo de las 8 ó l0 horas.La mayor parte del calor total de hidratación
del cementoaluminosose desprendeen las primeras24 horas.
El calor de hidratación total del cemento aluminoso no difiere mucho del
correspondienteal cementoportland, pero como el calor se libera en un tiempo mucho
más corto (24 horas en el caso del cementoaluminosofrente a los 28 días del cemento
portland) el aumentode temperaturaen el primero es mayor. Lahidratación puede,por
tanto, continuaraun en tiempo muy frío, ya que la elevaciónde la temperaturaen la masa
de hormigón es muy grande debido al rápido desprendimientode éste y a la lenta
disipación del calor. Esto permite que aún a cero grados o menos se produzca un
progreso del fraguado,de forma que el hormigóntome consistenciaantesde enfriarsea
la temperatura de congelacióndel agua.
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Sin embargo, este hecho puede causar, si no se toman las precauciones
adecuadas,la evaporaciónde una parte del agua de la mezclaquímicamentenecesaria
para el endurecimientodel cemento.Además,la subidade temperaturapuede también
acelerarel fenómenode la conversióny producir al cabo de 24 horas una resistencia
inferior a la que habría sin calentamiento.En consecuencialas resistenciasfinales
obtenidas serán menores que las esperadas.Por tanto, habrá que tenerlo en cuenta
cuando se trabajacon grandesmasasy espesoresde hormigón de cementoaluminoso,a
la temperatura ordinaria .
química.
1.2.2.Resistencia
El cementoaluminosoresistemuy bien a los ácidossiemprey cuando el pH de la
disoluciónseasuperiora 4. Tambiénresistenla acciónde la mayor parte de las salesque
dan reacciónácida por hidrólisis.La acciónprotectoradel gel de alúmina,formado con
los aluminatoshidratados,es probablementela causa de esta resistenciaa los ácidos
diluidos.Así, el ataquesobreel hormigóncomienzacuandola concentracióndel ácido es
suficientepara disolverla alúmina.Esta resistencialo haceutilizablepara una gran gama
de aplicacionesindustriales.
Sin embargo,al contrario que los hormigonesfabricadoscon cementoportland,
los fabricados con cemento aluminoso no resisten a las disolucionesde hidróxidos
alcalinos.En estascondicionesel gel de alúminase disuelverápidamente.La presencia
de exceso de álcalis, en los áridos o en el cemento,debe evitarse en todo hormigón
proyectado con fines estructurales.Los álcalis pueden acelerar la conversión de los
hidratose influir en el tiempo de fraguadoy en el desarrollode resistencias.
En
circunstancias especiales los hidróxidos alcalinos pueden hacer de
catalizadoresde un proceso destructivo en el que interviene el COz atmosferico. La
naturalezade estefenómenoconocidocomo hidrólisisalcalinase tratarámás adelanteen
el punto1.6.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
La alta resistencia del hormigón de cemento aluminoso a la acciín de las
disoluciones de sulfatos se debe, probablemente,a la acción protectora del gel de
alúmina y, posiblementetambién, al contenido de geles de hierro. La ausencia de
hidróxido cálcico en el hormigón endurecidopuede aportar una pequeñacontribución,
especialmenteen el caso de sulfatosde amonioy magnesio.Sin embargo,este hecho no
es el principal responsabledel buen comportamientofrente a los sulfatos.No obstante,
Lafuma sugiere que la ausenciade hidróxido cálcico permite disolver bastante cantidad
de alúmina reaccionandoésta en disolución con el sulfato. Por otro lado, la menor
solubilidad de la alúmina en presenciadel Ca(OH)z obligaríaal sulfato a reaccionar con
los aluminatoscálcicossólidos,produciéndoseasíla expansión.
Incluso los hormigones y morteros pobres en cemento aluminoso en estado
completamentesumergido,muestranuna notable resistenciaa la acción química de las
disoluciones de sulfatos. Sin embargo, en condicionesreales es de esperar que se
deterioren relativamente pronto por accionesfisicas, como la cristalización de sulfatos
dentro de los poros de aquellaspartesexpuestasa la desecación.Por tanto, siempreserá
necesariofabricar hormigones densos (baja porosidad) para evitar el ataque de los
sulfatos.Un curado eftcazes esencial,ya que la conversiónpuedeocurrir si el hormigón
se sobrecalientadurante el endurecimiento.Este hecho reducirá la resistenciaa los
sulfatos.
La hidratación del cemento aluminoso no produce hidróxido cálcico como
producto final, y esta es probablementela raz6n por la que mejora la resistenciade
hormigonesy morterosfrente a los compuestosorgánicoshidroxílicos,tal como fenoles,
azucares, etc. Además el contenido menor de álcalis reduce la extensión de la
saponificación, cuando el hormigón está en contacto con aceites y
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grasas.
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
In
La reacciónentre el cementohidratado y metalesanfóterostales como el plomo,
aluminio y cinc es también muy reducida.Esto permite embeberestos metales en el
cementoaluminoso,sin riesgode agrietamiento.
L.2.3.P ropiedadesrefractarias.
El cemento aluminoso si se mezcla con árido refractario resiste al fuego. Por
tanto, despúes de ciclos de calentamiento- enfriamiento conserva prácticamente sus
resistenciasmecánicas.Este comportamientose debea su elevadocontenidoen alúmina.
La temperaturamáximade empleopuede alcanzarlos 1400"C.Los cementosaluminosos
con contenidos en alúmina cercanos al 80oA pueden ser utilizados hasta 1750"C
añadiéndolesáridosde corindón.
principalesde los hormigonesrefractariosson las siguientes:
Las características
xEs posiblesu puestaen servicioalas24 horas delarealización.
xAltas resistencias
mecánicas.
xlnsensibilidada las variacionesde temperatura.
xCoeficientede conductividadtérmicabajo.
xl-igera dilatacióny contracción.
*Realizaciónde hormigonesaislantesmedianteel empleode áridosrefractarios.
*Gran flexibilidadde empleo,permitiendotanto el moldeo de piezasmuy
finas como la colocaciónde elementosmonolíticosde variastoneladas.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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xColocaciónfácil que no necesitamano de obra especializada.
Los hormigonesrefractariosse puedenutilizar conjuntamentecon los materiales
refractariostradicionaleso sustituyendoa éstosen muchoscasoscon cierta ventaja.
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1.3.Reacciones
de hidratación.
El principalconstituyente
del cementoaluminosoes el aluminatomonocálcico.
normalesde
Los productosde la reacciónde estecompuesto
conel agua,en condiciones
presióny temperatura,
sepuedendeducirdelestudiodel sistema
C-A-H.
Los únicoscomponentes
estables
en el sistemaC-A-H a temperaturaambiente
AH3 (gibsita)y el hidratocúbicoC¡AHo.La
sonCH ( hidróxidocálcicoo portlandita),
gibsitaprocedede la evolución("envejecimiento")
del gel de alúminasegúnla siguiente
reacción:
AlzO: + 3H2O
-)
2Al (OHI
-)
gel de alúmina
A + 3H -)
AlzO: 3H2O
gibsita.
AH3 gel -+ AH¡ cristal.
Sin embargo, durante la hidratación aparecen facilmente aluminatos cálcicos
hidratados metaestablesque, una vez formados son bastante establesen determinadas
condiciones,excepto a altas temperaturas.Así, las fasesmetaestablesa la temperatura
ordinaria son los aluminatosde calcio hidratadoshexagonalesCAH16,CzAHs y C¿AHrg.
La presenciade C¿AHrs so h& descrito cuando el cemento aluminoso se hidrata en
contacto con áridosde calcita,con cementoportlando cal.
Por otro lado, el CzS se Indrataráde la mismaforma que lo hace en el cemento
portland. Como resultado apareceráC-S-H (tobermorita) y CH. Pero el hidróxido
cálcico no aparececomo fase final en la hidratacióndel cemento aluminoso por que
y de forma muy rápida, con el gel de alúmina quedando
reacciona,simultáneamente
como resultadoel excesode sel de alúmina.
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La presenciaen el cementohidratadode CzASHsque procederíade la hidratación
del CzAS del cemento anhidro ha sido descrita por Midgley. La gehlenita pura no
reaccionacon el aguapero la existenciade otros óxidos presentesen disolucionessólidas
en el cemento aluminoso la hacen más reactiva. Por otro lado, podría venir de la
hidratacióndel CzSen la disoluciónrica en alúminaexistente.
Por último, con respecto a la hidrataciónde los compuestosde hierro, en el
cementoaluminoso,se ha descritola presenciade C3FH6,faseisomorfadel C3AII6,y de
disolucionessólidasformadaspor ambos.
Los mecanismosde la hidrataciónde las fases anhidrasusualesen el cemento
aluminososon muy complejosy no conocidosy confirmadosen su totalidad, aunquesí
parcialmente.La obtención de las distintasfases,estableso metaestables,entre otros
factoresva a dependerprincipalmentede la tempeÍatura.
Así, teniendoen cuentaestehecho,vamosa indicarlos procesosde hidratación
del cementoaluminosode una formageneral,que aunqueilustrativaes másdescriptiva
quereal.
Hidratacióna temperaturasmenoresde 25oC.
CA + 10H -+ CAHro
zC A + 1 1 H + CzAHs* AH¡
3 CA + zIIl
)
CAHro * CzAHs* AH¡
de hormigonadoordinariaslos
Así, podemosobservarque a las temperaturas
hexagonales.
metaestables
formadossonlos compuestos
aluminatoscálcicoshidratados
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InfriCIOucctCIn;.
En la hidratación de la pasta por debajo de 25oC el principal hidrato formado es el
CAH16,apareciendocon más frecuenciael CzAHsa últimasedades.La estabilidadfrente
entre 0 y 2O"Cpara el CAHro
a la temperaturade estoscompuestoses aproximadamente
y entre 20 y 30'C para el CzAHs.Estasfasesson muy establesa temperaturasinferioresa
25oC, donde la velocidad de conversión a hidratos más estables es lenta. Esta
transformacióno conversiónque se fratarámás adelantees una de las principalescausas
de degradacióndel hormigónfabricadocon cementoaluminoso.
Cuandoel cementoaluminosose hidrataen contactocon el aire, las suspensiones
acuosas de los hidratos hexagonalestoman COz de la atmósfera para formar el
correspondiente carboaluminato cálcico (C+Ac11H). Este compuesto en contacto
en eel de alúminav carbonatocálcico.
continuadocon el aire acabatransformándose
Hidratacióna temperaturassuperioresa 40oC.
3 CA + lzH -+ C:AIIo + 2 AÍI3
queenestecasolasfasesobtenidas
sonel hidratocúbicoestabley la
Observamos
gibsita.El intervalode temperaturas
paralasqueesestableel hidratocúbicooscilaentre
30 y 300"C.
Por último, el hidróxidode aluminioque se liberaen amboscasoses un gel
y con el
de la microestructura
amorfo de alúminaque contribuyea la consolidación
tiempotiendea cnstalizarenformade gibsitacristalina.
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1.4. Conversiónde los aluminatosde calcio hidratadosdel
cementoaluminoso.
L.4.1El procesode Ia conversión.
Al
fenómeno de transformación de los aluminatos cálcicos hidratados
hexagonales,metaestables,en aluminatoscálcicos hidratadoscúbicos, estables,se le
denomina"conversión".
Los procesosa los que respondela conversiónson los siguientes:
3 CAHro -> C3AII6 + 2 AfIz + 18H
3 C2AHs -)
2 C:AHc + AH3 + 9 H
3CAHro + 3C2AHg +
3 C 3 A H 6+ 3 A H ¡ + 2 7 H
En esta reacciónpodemosobservarla importantecesiónde agua de constitución
o cristalizaciónque se producesiempredurantela conversión.
Además de la conversión de los aluminatos hidratbdos se produce el
"envejecimiento"del gel de alúminaque, formado en primera instancia,tiende también
a estabilizarsedespuésen forma de gibsita cristalina.Así, podemos
espontáneamente
considerar que la conversiónincluye los dos procesos: la transformación hexagonal
* cúbico de los aluminatosy el pasogel de alúmina-- gibsita.
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Estas transformacionesson termodinámicamenteespontáneas.Ahora bien se
puede realizarun control cinético del procesomediantela adecuadaselecciónde ciertas
circunstanciasy factores.
La velocidad de transformaciónes función de la temperafura.La velocidad ala
que se produce la conversiónes lenta por debajo de 25oC y se acelera,tanto más,
conforme aumentala temperatura.Este comportamientose ve afectadopor la humedad.
Así, la conversión se favorece cuando el hormigón del cemento aluminoso fragua a
temperaturasuperiora25oC o cuando,vnavez fraguadoy endurecido,se ve sometidoa
temperaturasmás altasen ambientesde humedadrelativaelevada.
El propio calor de hidratacióndel cementoaluminosopuedeproducir un aumento
de temperatura suficiente para que se produzca una inducción, aceleración de la
conversión,o incluso una conversióncompleta de los hidratos durante el periodo de
endurecimiento.
La velocidadde conversióna una temperaturadadase reducecuandola humedad
del medio no llega a la saturación.Este efecto es muy marcado,incluso a temperaturas
altas, si el cementou hormigón está próximo al equilibrio con la humedadatmosferica
normal. Así, para una temperatura dada, en un ambiente de humedad relativa baja, el
hormigón se deseca.Por tanto, la presenciade agua o de un alto grado de humedad
ambientalson esencialespara el proceso de conversión.Por último, señalarque estas
condicionesfavorecen por igual la conversión de los aluminatos que la del gel de
alúmina.
Aparte de los efectosdel aumentode temperaturay de humedadambiental,la
conversión transcurre más rápidamente,en el hormigón ya fraguado y endurecido,
cuando el pH en la fase líquida del hormigón es muy alto. Este aumento de pH puede ser
debido a la presenciade hidróxidos alcalinos,a la acciín de disolucionessaturadasde
hidróxido cálcico,o ala presenciade carbonatosalcalinos,sódicosy potásicos.
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iiiii:i:i:ilili
ii;|2Sriill
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Por otro lado, el tamaño de los cristalesde los hidratostiene, bajo condiciones
dadas, un efecto considerablesobre la velocidad de conversión. Si los hidratos
hexagonalesse dejan envejecerabaja temperatura,aun en pocashoras, su velocidad de
conversión se reducirá notablemente,comparándolacon la que tiene en condiciones
húmedasy de más temperatura.
Por último concluir que, el fenómenode la conversiónes irreversible,siendo la
velocidada la que transcurremuy variabledependiendode las condicionesexternas.Esto
hace que la conversiónpuedatener lugar en cualquiermomentode la vida del hormigón
de cementoaluminoso.
1.4.2. Efectos de la conversión en las propiedades y comportamiento de
los conglomerados de cemento aluminoso.
1.4.2.1.En las resistencias
mecánicas.
Duranteel procesode conversión
se produceuna liberaciónimportantede agua
de cristalizaciónpor parte de los hidratoshexagonales
al pasara cúbicos.El agua
liberadaen forma líquidase evapora,produciéndose
una pérdidade masaque, al ser
referidaa un volumeninicial invariablede material,dadala rigidez del hormigón de
cementoaluminosoya fraguadoy endurecido,
suponeuna reducciónde densidaddel
perdiendo
mismo.Esto da lugar a un aflojamiento
de la estructuradel conglomerado,
adherencia
entreel árido y la pasta e inclusoentreel morteroy la armadura.Como
consecuencia
seproduceuna caidanotablede la resistencia
a compresiín.La magnitud
d e l a c a í d a p u e d e s e r t a l q u e q u e d e r e d u c i daal 5a0l T,a5l 2
, 5Yoinclusomenosdesu
valor máximoprevisible.La resistenciaacabapor estabilizarse,
una vez concluidoel
procesode conversión,a un nivel inferior al correspondiente
a la formaciónde los
hidratoshexagonales
metaestables.
Esta resistencia
final, correspondiente
al estadode
en cúbicos.es la llamada"resistencia
conversióntotal de los aluminatoshexasonales
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residual."El tiempo precisopara alcanzarestevalor establedependerádela velocidad
la que se produzcala conversión.
En el valor de la resistenciaresidual no influye el tiempo que ha tardado en
producirse la conversión completa. En cambio, sí lo hace el valor de la relación
agua"/cemento.Así, relaciones agua I cemento lo más pequeñas posibles pueden
garantizar una resistencia residual suficientementealta.
Así, pues, en el cálculo de estructurasy obras hay que tener en cuenta las
resistencias residuales resultantes de la conversión total, las cuales deben ser
determinadasexperimentalmentemediante tratamiento del hormigón diseñado en cada
caso.
Por otro lado, la influenciade la conversiónsobrelas resistenciasa tracción o a
flexión es mucho menor que en el casode la resistenciaa compresión.
L.4.2.2.En la porosidad.
Los hidratoshexagonalestienendensidadesmenoresde 2 glcm3,mientrasque la
densidaddel hidrato cúbico es superior a 2,5 glcm'. Así, la conversión produce una
considerablereducciónen el volumendel hidrato.Esta reducciónse debe a la pérdidade
agua de cristalizaciín que se produce durante la transformación de los hidratos
hexagonalesa cúbicos.Como las dimensionesexternasson prácticamenteconstantes,el
resultado de la conversión es una disminución de la densidad del material, con el
consiguienteaumentoen la porosidady la permeabilidad,debidoa los huecosque deja el
agua liberada al evaporarse.Esto conducea una desprotecciónfisica frente a posibles
ataquesquímicosy a una mayor vulnerabilidadfrente a la corrosiónde las armaduras.
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1.5.Carbonatación.
El COz del aire reaccionacon los aluminatoscálcicos hidratadosdel cemento
aluminosoproduciendola formaciónde distintoscarboaluminatos.
Estos compuestosno
son establessiendo por tanto, los productos finales de la reacción el hidróxido de
aluminioy el carbonatocálcico.
Las reacciones del proceso de carbonatación de los aluminatos cálcicos
hidratadosson las sizuientes:
3 CAHro + COz -)
CaCO¡ + 2 AH¡ + 7 H
C¡AHo + 3 CO2 +
3 CaCO¡ + 2 A}j3 + 3 H
La pérdidade aguaen amboscasospodría suponerun aumentode la porosidady
por tanto una pérdidade resistencia.Este agua,sin embargo,se utiliza en la hidratación
del cemento anhidro residual.El peso total de sólido despuésde la carbonataciónes
aproximadamenteun IQoAmayor. Esto explicaque la resistenciano sólo no disminuye,
sino que en ocasionesaumentaen relacióna la que presentanlos aluminatoscúbicos.
Estas reaccionesde carbonataciónse producenen presenciade humedady son
inhibidasen ambientemuy seco. Consistenen la paulatinasustituciónde moléculasde
aguapor moléculasde COz.
Así, las consecuencias
inmediatasque se derivande esteprocesoson:
Saturaciónde los poros: Los nuevoscompuestosson de mayor tamaño,pudiendo
saturarlos poros que permitenla entradadel COz al hormigón.Esta acción es positiva si
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se tiene en cuentala durabilidad,aunquesu efecto es prácticamentedespreciablecuando
de la conversión,de la relación
las porosidadesson muy elevadas(como consecuencia
agualcementoo del compactadodel hormigón).
Disminución de la alcalinidad:El pH de las fases acuosasde las pastas de
cementoaluminosoes del ordende 11,6 a edadescortasy de I2,7 a edadesde 30 días.
Estos valores de pH no se modificancuandose producela conversiónde los aluminatos
hexagonalesen cúbicos. Sin embargo, sí lo hacen y muy notablementecuando los
aluminatosse carbonatan.En estecaso,los valoresde pH oscilannormalmenteentre 7 -8
la carbonatación,tanto de las fasessólidas
e incluso menores.Por tanto, es precisamente
como de la acuosaencerradaen los poros, una de las causasque provoca la corrosión de
las armaduras.
Por último, destacarque el procesode carbonatacióntambiénpuede tener lugar
cuando el cemento aluminosose hidrata en presenciade áridos calizos o con CaCO¡
finamente pulverizado e íntimamente mezclado con é1. En este caso la formación de
carboaluminatosse ve favorecida.
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L.6. Hidrólisis alcalina. Carbonatación en presencia de
álcalis.
Este proceso de degradacióndel cementoaluminosose produce cuando en el
hormigón existen iones alcalinossolublesen agua, que reaccionancon el dióxido de
carbonoatmosfericoformandocarbonatosalcalinos.Éstos reaccionancon los aluminatos
de calcio hidratadosdel cementoaluminososegúnla siguientereacción,siendoM el ion
alcalinonormalmentesodio o potasio:
CAHro + I\&COg -> CaCO¡ + MzOAlzO3 + 10 H
Por otra parte, el COz¿tmosférico
reaccionacon los aluminatosalcalinosregenerando
el carbonato alcalino, el cual puede volver a reaccionarde nuevo con más CAHIo de
maneraque se reproduzcael ciclo de forma indefinidahastala descomposicióntotal de
los aluminatoshidratados.
*MzOAlzO¡ + 3H -+ MzCO: f AH¡
COzut^o.f".i"o
Así, la ecuación global del proceso nos indica la descomposicióntotal de los
aluminatoscálcicoshidratadospor el COz atmosferico,con formaciónfinal de carbonato
cálcico e hidróxido de aluminio.
-) CaCO¡ * AH: + 3H
CAH16 + Cozatmosférico
Según todo lo anterior, el carbonato alcalino actúa como catalizador que
promueve y mantiene el ataque del cemento aluminosohidratado por el dióxido de
carbono de la atmósfera.Esto supone el deterioro y hasta la destrucción total del
hormigón de cementoaluminoso.Es importanterecordar,en este punto, que la acción
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directa del dióxido de carbono sobrelos aluminatosalcalinoshidratadosen ausenciade
álcalis tiende a mejorar el comportamientomecánicodel hormigón. Comportamiento
totalmentecontrario al que ocurre en presenciade álcalis.
Por tanto, para que esteciclo de reaccionesocurra es imprescindiblela presencia
de iones alcalinosy dióxido de carbono,con accesoal interior del hormigón. Por ello
éste último debe ser poroso. Así, no es probableque este tipo de degradaciónpor la
acciónde un agenteexternoafecteen gran medidaa un hormigón de cementoaluminoso
compacto.
puedeser debidaa una acción interna si
Sin embargo,la causade la degradación
los álcalis solubles provienen de los áridos. Otra causa podría ser la presenciade
carbonatosalcalinosprocedentesde un cementoportland con el que pudiera estar en
contacto. Además, como se ha comentado anteriormente,hay que tener en cuenta
también que las disolucionesmuy concentradasde iones alcalinosproporcionanvalores
elevadosde pH. La velocidadde conversiónde los hidratoshexagonalesa cúbicoscrece
no sólo con la temperatura,sino tambiéncon el pH de la disoluciónen contacto con los
hidratos.
Por esto, es muy importanteque los áridosutilizadosen el hormigón de cemento
aluminosoesténexentosde polvo y materialesfinos que puedanaportar álcalis solubles
liberables,y que el cementoaluminosono seacontaminadopor cementoportland, o que
los hormigonesde amboscementosno esténen contacto.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
1.7.Mezclasde cementoaluminosoy portland.
El cemento portland actúa como un acelerador del fraguado del cemento
aluminosoy viceversa.Puedeobtenersecualquiertiempo de fraguadocomprendidoentre
el normal del cementooriginal y el fraguadoprácticamenteinstantáneocon una juiciosa
adición del otro cemento. La naturaleza del fraguado relámpago de las mezclas de
cemento portland y cemento aluminoso fue observadaen las primeras etapas de la
historia del cementoaluminosopor J. Bied, y estapropiedadse ha utilizado enlapráctica
y aplicacionesde tales mezclashan sido descritaspor
a gran escala.Las características
T.D. Robson y los principiosfundamentales
son los siguientes:
Cuando el cementoportland se añadeen cantidadescada vez mayoresal
cemento aluminosolos tiempos de fraguadode las diversasmezclasvan siendo
cada vez más cortos, hasta llegar a un fraguado prácticamenteinstantáneo para
una cierta proporción de los dos cementos.Tambiénpuedeobtenerseuna mezcla
de estas proporciones añadiendo cemento aluminoso al portland y
el
comportamiento será el mismo. La proporción exacta en la que se logra el
fraguado más rápido varia con las hornadasde cementoaluminosoy portland.
Frecuentementese encuentraentre cantidadesigualesde ambos y un 70 oA de
cemento aluminoso con un 30 % de portland. Los tiempos de fraguado
observados dependen también de otros factores, tales como la relación
agua/cemento,temperatura,etc.
Normalmente, la cantidad de cemento portland que puede añadirse al
aluminosoantes de que ocurra un fraguado muy rápido o relámpagoes menor
que a la inversa. Por tanto, el fraguado de las mezclas ricas en cemento
aluminoso tiende a ser más sensiblea pequeñoscambios en la proporción del
cementoportland.
3t2
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
En la práctica, las mezclas usadasmás corrientementecontienen una
mayor proporción de cementoportland.Todos sustiempos de fraguado son más
cortos que para el cementoportland puro. Los dos cementosdeberánmezclarse
preferiblementeen estadoseco.Si se mezclanen forma de pastase añadiráel que
vaya en menor proporción al de mayor proporción. Si se hace al revés, se
produciríael fraguadorelámpagoantesde que la adiciónfuera completa.
Las mezclascon tiempos de fraguadocortos deberánde ser amasadasen
pequeñascantidadesya que hay que colocarlasy compactarlasantes de que se
inicieelfraguado.
Las mezclas de este tipo se emplean, en forma de pasta pura, morteros u
hormigones (pero nunca en forma de hormigón armado), para las aplicacionesque
requieran un fraguado rápido y un desarrollo de resistenciaestructural razonablea una
edad muy temprana.Normalmentese usan para repararmolduras exteriores,moldes,
taponar vías de agua,prevenir la entradade agua en excavaciones,fijar temporalmente
los encofrados,cimentaciónde tierraso rocas,trabajosen tiempo frío, etc.
Cuanto más rápido sea el fraguadoobtenidomenor será la resistenciafinal; por
ello, las mezclas de ambos cementosno deberánusarse nunca cuando se requiere
capacidadpara soportar grandescargas.Aunque la mayor parte de las aplicacionesde
estetipo son de caráctertemporalhay muchoscasosdonde los hormigonesde estetipo
han dado un servicio largo y satisfactorio. Sin embargo, la adición del cemento
aluminosoal portland puede dar mezclascon una resistenciaa los sulfatosmás baja que
el cemento original.
Como conclusión,las mezclasde cementoaluminosoy de portland presentanla
propiedad de tener un fraguado rápido, controlable en cada caso modificando las
proporcionesde la mezcla.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Por último, hay que plantear que la información disponible, acerca de la
evolución de las fases mineralógicaspresentesy su relación con la durabilidadde los
conglomeradosfabricadoscon estasmezclas,es prácticamentenula.
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Introd
1.8 Determinaciónde la porosidad.
El valor de la porosidad de un mortero u hormigón nos puede aportar
indicaciones sobre la calidad del mismo y puede ser un índice directo de su
permeabilidad.En generalse consideraque:
Valores de porosidadmenoresdel 15% correspondena un buen mortero tanto
mejor cuantomenor seasu porosidad.
Valores superioresal T5oAson característicosde morteros muy permeablese
inadecuadospara su uso estructural,ya que estaporosidadtan elevadaconducea
una desprotecciónfisica frente a posibles ataques químicos y a una mayor
vulnerabilidad.
Cuando se expusieronlos efectos de la conversiónen las propiedadesde los
conglomeradosde cemento aluminosose demostró que la porosidad y la resistencia
mecánica,de un mortero u hormigón, son parámetrosmuy relacionados.Normalmente
se observaque a mayor porosidadpresenteen una muestra,menor será su resistencia
mecánica.
En los morteros y hormigones de cemento aluminoso la porosidad es un
parámetromuy variable.Su valor dependede factorescomo la relación aguaI cemento,
temperaturade fabricación,puestaen obra, humedadrelativa,y condicionesambientales
que rodean al material durante su tiempo de servicio y que puedan provocar en él
procesostales como la conversión,carbonatacióne hidrólisisalcalina.
La medidade la porosidadde un mortero u hormigón se puede realizarmediante
métodosmuy sofisticadosque permitenconocerno sólo la porosidadtotal, sino también
el diámetro de los poros y el volumenporcentualde cada diámetro.Todos los métodos
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de medida que actualmente se utilizan son destructivos en cierta medida o no aportan
datos completamenteexactos,ya que el material ( mercurio, nitrógeno, etc. ), que se
introduce en el mortero- afectaen cierto modo a su estructurainternay la falsea.
El procedimientoempleadoen estetrabajo para determinarla porosidadse basa
en la introducción de agua en el sistemaporoso de la muestra y será descrito más
adelanteen el punto 4.3.3.
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1.9 Determinaciónde la velocidaddel sonido.
El método parala determinaciónde la velocidaddel sonido en los materialesde
construcciónestá basadoen la propagaciónde las ondas ultrasónicas.Estas son ondas
elásticascuyas frecuencias(superioresa los 20 WIz), las hacen inaudibles al oído
humano (15-20 WIz). La transmisiónde una onda elástica a través de un material
dependede las fuerzas de unión entre las partículas.La medida de esta velocidad se
efectúamediantedos transductores,que miden el tiempo que transcurreentre la emisión
y recepción de una señal, entre dos puntos a una cierta distancia.El generador de
ultrasonidos produce impulsos de vibracioneslongitudinalesque, tras atravesar una
cierta longitud, se conviertenen una señaleléctricapor medio de un segundogenerador
y un circuito que mide el tiempo de propagaciónde los impulsos.
En el caso de medidade la velocidadde propagacióntanto en materialespétreos,
morteros,como en ladrillos,se ha de considerarsu carácterhetereogéneo,discontinuoy
anisótropo,generandotodo ello, un comportamientodiferenteante la propagacióndel
impulso, que se caracterizapor la atenuaciónde dichavelocidaddebido a los fenómenos
físicos de absorcióny dispersión.La atenuaciónde la onda varía proporcionalmentecon
la frecuencia utilizada.
Esta técnica no implica modificación de las característicasdel material (no
destructiva),es fácil de empleary permitedeterminardiferenciasde calidaden el material
auscultado:permitendescubrirlas partesalteradas,frágileso de calidaddiferente.
El tiempo de propagacióndel impulso ultrasónico dependede la densidaddel
material y de la presenciade huecos,es decir, de su anisotropía.Cuando un impulso
ultrasónicoatraviesauna interfasematerial-airese produceuna transmisióndespreciable
de energíaa través de ésta. Si el hueco es grandeo está cerca del punto de emisión ó
recepciónpuedeque la señalno se reciba.Cualquierfisura, grietaó espaciolleno de aire
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que esté entre los transductores,y cuyaárea seamayor que la del transductor,obstruye
el paso dehaz ultrasónicorecorriendoun caminoalrededorde la periferia del defecto y
alargandoel tiempo de propagación.Cuandoestasondasse propagana través de fluidos
sufrenuna atenuación.Por tanto, la aplicaciónde estatécnicatiene a vecesuna precisión
limitada.
En general,la velocidad de propagacióndel sonido está ligada a la compacidad
del medio y varia en el mismo sentidoque el módulo dinámicoo la resistenciamecánica.
La variación de dicha velocidad es función principalmente de la composición
mineralógicade la muestra, de sus conexionesintercristalinas,del volumen de poros,
contenidoen humedady accionesa las que estásometidoel material.
El equipo de medidautilizado en estetrabajo se basaen el procedimientoactivo,
en el cual la onda se genera artificialmentey se introduce en el material para
posteriormenteregistrarla señal.El método de excitaciónutilizadoha sido por impulsos,
de corta duracióny de amplitudno uniforme.
El impulso de emisión debe generar ondas sónicas en la frecuencia máxima
compatible con la amortiguacióndel material analizado.La norma tlNE 83-308-86
indica que para el estudio de muestras de hormigón la frecuencia natural de los
generadoresdebeestardentro del límite de 15 a 250 kftz.
Paralarealizaciínde las medidasseutilizaráel método de transmisióndirecta del
impulso para lo cual los transductoresse colocan sobre superficiesopuestasplanoparalelasdel material. Esta posición es la más recomendableya que permite que la
máxima energiade los impulsos se dirija hacia el receptor, obteniendoasí la máxima
sensibilidad.
Los transductoresdebenasegurarun buen contactocon la superficiedel material
a examinar;la presión sobrela superficiedel materialdebemantenerselo más constante
posible. La norma LINE 83-308-86 recomiendael uso de productos como resina,
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quesóloseinterponga
una capamuy delgada
vaselina,grasa,jabón,etc,recomendando
de cualquierade estosproductosentreel generadory el material.
El equipose deberácalibrarsiempreantesde empezara utilizarlo.Paraesto, se
y s€ deberáde leer en el
ponenen contactodirectolasdossondas,
emisoray receptora,
dispositivode medidael valor0.
de
Por último,esinteresante
comentarcomoinfluyenalgunasde las condiciones
mediday características
delmateriala ensayar
sobrelos resultados.
*La superficie de ensayo debe ser lo más lisa posible para facilitar un buen
contactocon el transductor.
xUn contenido de humedad muy elevado puede variar hasta en un 5Yo la
velocidad respectoa una muestraseca,por ejemplo de hormigón. La velocidad
de propagación de ondas longitudinalesen el agua se multiplica por 5 con
respectoal aire, por lo que una muestrasaturadade agua poseeuna velocidad
mayor que una muestrasecade las mismascaracterísticas.
*Cambiosde temperaturacomprendidosentre 5 y 30 "C no influyenen el valor de
la velocidadcuandose trabajacon muestrasde hormigón.
*La longitud del recorrido es importanteya que si es excesivamentepequeñay
además el material a ensayares hetereogéneo,la velocidad de propagación se
verá afectada.
*La velocidadde propagaciónde las ondases diferentepara cadamineral y, por
tanto, para cadatipo de materialen función de los mineralesque lo formen y de
su proporción.
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*Cuanto mayor sea la densidadde un material, mayor será la velocidad de
propagación,ya que menor será la porosidad.Así, cuanto más elevada sea la
porosidado fisuraciónde un material,menor serála velocidadde propagación.
Así, por todo lo señaladoanteriormente,estatécnicade carácterno destructivo
ha permitido llevar a cabo estudios,sin extracciónde muestras,para definir clasesde
porosidades,calidadesy estadosde alteraciónde materialesde construccióndiversos.
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1.1,0. Determinación del análisis mineralógico mediante
difracción de rayosX. ( DRX )
Para la determinación de la naturaleza del conglomerante que contiene un
hormigón y, en particular, para el estudio de las característicasdel cemento aluminoso
hidratadoy de las fasesque lo componen,una de las técnicasque se empleay que ofrece
una informacióngeneralmás interesantees la difracciónde rayos X, utilizando el método
de polvo ( DRX ).
Uno de los campos más importantes de aplicación de este método es la
identificaciónde fasescristalinas,siendouna de sus condicionesexperimentalesbásicas
el que la muestraestéconstituidapor un polvo o agregadopolicristalino.
Así, la muestra para la realizaciín de este análisis debe de estar finamente
pulverizada,condición indispensablepara poder utllizar el método de polvo, y lo más
enriquecida en cemento posible, ya que el objetivo del análisis es el estudio de la
evolución de las fases mineralógicashidratadas del cemento. La presencia de grandes
cantidadesde árido, dificultaríael estudio de las fases hidratadaspresentesen menor
proporción.
La mayor parte de los productosobtenidosen la hidratacióny carbonatacióndel
cemento aluminoso son policristalinos. Por tanto, al ser irradiados por un haz
monocromático de rayos X, experimentanfenómenosde difracción, dando lugar a
registros característicos.Cuando la muestraestáconstituidapor una mezcla de diferentes
especies, el difractogÍama correspondientemanifestarála suma de los efectos de
difracción individuales de cada una de ellas. El diagramade difracción puede ser
considerado,por tanto, como la huella dactilarde la fase cristalinaque lo ha producido,
pudiendoser usadopara su inequívocaidentificación.
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Las intensidadesde los picos, medidasde una forma relativa,no proporcionanel
porcentajede los componentes,sino una indicaciónsemicuantitativaque suministrauna
información sobre el aumentoo la disminuciónque sufrenlos componentesestudiados.
Así, en la medida de lo posible, se han utilizado picos no interferidos de las fases
mineralógicasdel cementohidratadode la adecuadaintensidadparaser detectadosy que
entrendentro de los ánzulosde 20 barridosen los difractoeramasrealizados.
Por tanto, en este trabajo se ha utilizado la DRX como un procedimiento de
medianteel
análisiscualitativo de las fasesy se han hechoestimacionessemicuantitativas
aumento o disminución de los picos en función de las diferentes condiciones de
tratamientode las muestras.Sin embargo,hay que tener en cuentaque estaidentificación
en ocasionespuede no ser facil debido a varios factorestales como que la mezcla esté
formada por muchasfasesmineralógicasdistintas,que se puedanproducir orientaciones
preferenciales,que una de las fasespresentesestémucho mejor cristalizadaque el resto,
que la proporción de uno de los constituyentes
menorescaigapor debajo del T)Yo,o que
uno o más constituyentespresentensustitucionesisomorfas.
Otra de las limitaciones de la técnica de la DRX es el requerimiento de
cristalinidadde los compuestospor lo que no informa acerca de las fasesgel, amorfaso
pobrementecristalizadas.Las faseshidratadasdel cementoaluminosoen ocasionesson
de esta naturaleza.Así, compuestostales como el agua, el gel de alúmina y algunos
carboaluminatosformados durante el proceso de carbonataciónde los aluminatos de
calcio hidratados no serán detectadospor DRX. Además, se consideraráque si la
proporción de un constituyentecristalinoes menor del 5oAno podremosdetectarlopor
estemétodo.
Los análisispor DRX se han efectuadoen los Servicios Técntcos de
Investigaciónde la Universidadde Alicante.La interpretación
de los resultadosse ha
efectuadomediantetécnicasinformáticas.
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1.11.Bibliografíageneral.
En este punto se indican algunoslibros y publicacionesde caráctergeneral sobre
el tema.
A. Capmás." Característiques
del ciment aluminós".Jornadestécniquessobre el ciment
aluminósy els seusprefabricats.24,25,26i27d'abrilde 1991.Barcelona.
C. Andrade, S. Goñi, J.L. Sagreray C. Alonso. " Procesosde degradacióndel cemento
aluminosofundido ", RevistaB/A ( Colegio de Aparejadoresde Madrid ), N" 143, 83 98. Marzo ( 1991).
C. Andrade y S. Feliu. " Manual de inspecciónde obras dañadaspor corrosión de
armaduras". Instituto EduradoTorroja de Cienciasde la Construcción.( 1989).
F.M. Lea. " The chemistry of cement and concrete", 3u ed., Edward A¡nold Ltd.,
London, ( 1970).
H.F.W. Taylor. " La química de los cementos". lJrmo, S.A. de Ediciones. Bilbao.
(re67).
H.G.Midgley,Trans.Brit. Ceram.Soc.,65.,4,161- I87, (1967 )
-77,(1975).
H.G.MidgleyyA.Midgley.,
Magazine
of ConcreteResearch,27,9T,59
J. BermúdezPolonio." Métodosde difracciónde rayosX. Principiosy Aplicaciones."
Ediciones
Pirámide,
S.A.Madrid.( 1981).
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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: : : : . . : : : : : : : : :: : : : : :: : ' : :
: : : : : :: : : : : ::':I
J. Calleja. " El cemento aluminoso y sus hormigones ". Servicio de publicaciones
ANCOP, Diego de León, 50, 28006Madrid..ISBN: 84 - 7878- 057 - 2.
J.R. Rosell. " Moments histdrics d'utilització i limitació ".Jornadestécniquessobre el
24,25,26 i 27 d'abrilde 1991.Barcelona.
cimentaluminósy els seusprefabricats.
M. Alvarez de Buergo y T. GonzálezLimín " Estudio del método de la medida de la
velocidad de propagacióndel sonido y su aplicacióna edificios históricos." trngeniería
Civil, p. 69-74,( 1994).
Norma LTNE 83-803-86. Ensayos de hormigón: "Determinación de la velocidad de
propagaciónde los impulsosultrasónicos."
P. Garcés,C. García,E. García,J. Alcaide, S. Chinchón." El caso de labarriada de las
Mil Viviendasde Alicante ." 1r. Congrés.El cas dels sostres.Experiénciesi perspectives.
Barcelona(1995).
R.Talero, F. Triviño, J. Palacios,F. Diaz, Materialesde construcción,39, no 216, p. 37 5 1 ,( 1 9 8 9) .
T.D. Robson. " El cemento aluminosoy sus hormigones". Ed. Carcamo Hermanos,
Moreira, 8, Madrid. (1965).
#4
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2. Revisión Bibtio gráfica.
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ha sido
La utilización de cemento aluminoso en la fabricación de hormigón
y a la rapidez de
prírcticacomún en años pasadosdebido a las altas resistenciasiniciales
El uso del cemento
endurecimiento que el cemento aluminoso confería al hormigón.
ha llevado
aluminoso como si fuera un cementoportland de altas resistenciasmecánicas,
agua'lcementoy
a su utilización en la fabricación de hormigones con altas relaciones
que cumplían
bajos contenidosde cementoa fin de obtenerunos elementosconstructivos
Debido
inicialmente las característicasde resistenciaa compresiónque les eran exigibles'
nos
a todo ello, y dadas las característicasespecialesdel cemento aluminoso,
o bien en un
encontramosal cabo de los años con muchas estructurasdegradadas
procesode degradación.
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Antonio de la Fuente'
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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;lililil¡lilillllilil;lil¡li:liiiii:i:i:iiiiirij:iiir;iiiiiillirliiiiiiiRéffi$E#ii:ffi
2.1 Característicasdel procesode hidratación.Reaccionesde
conversión.
Si bien es cierto que el coste de cementoaluminosoes mayor que el del cemento
portland, su uso se puederecomendaren determinadascondicionesdonde seanecesario
un material de rápido endurecimientoo 1o que es lo mismo, de rápido desarrollo de
resistenciasmecánicas:resistentea sulfatoso con característicasrefractarias.r
A pesar de estascualidadesque presentael cementoaluminoso, su empleo en
construcción está restringido debido a los fenómenosde degradaciónque experimenta.
Tales fenómenosprovocanuna pérdidade resistenciamecánicadel materialhidratadoen
(temperatura,humedad).
función del tiempo y de ciertascondicionesmedioambientales
Hoy podemosdecir que la conversióny la hidrólisisalcalinason los procesosde
de estecomportamiento.El estudiode la hidrólisis alcalinalo
degradaciónresponsables
abordaremosen el punto 2.3.
Durante mucho tiempo también se había consideradoque la carbonatacióndel
cementoaluminosoeravn proceso degenarativopor que iba asociadoa la corrosión de
las armaduras.Hoy en día sabemosque esto no siemprees así y hablaremosde ello en el
punto 2.2.
Las reacciones de hidratación han sido ampliamente estudiadaspor diferentes
Dependiendode la temperaturay
autores para distintas condicionesexperimentales.2-s
del tiempo se forman, en el proceso de hidratación del cemento aluminoso, diferentes
especies de aluminatos cálcicos hidratados (CAH16, CzAHs y CdIIo)
junto con
hidróxidos de aluminio (AHs) amorfos o cristalinos.
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,\:149r¡l
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Rcviffin:i.Bi
Edmonds6estudióla químicade la hidratacióndel aluminatomonocálcicoa varias
temperaturascon el objeto de proporcionarun mejor entendimientode la química de la
hidratación del cemento aluminoso. En su trabajo concluyó que la hidratación del
cemento aluminoso a temperaturascomprendidasentre 4oC y 20oC proporciona sólo
como fase cristalina el CAH16, a la vez que se forman cantidadesconsiderablesde
material amorfo. La cantidadde CAHro formada es mayor que a cualquier otro intervalo
de temperaturasy su formaciónes mucho más rápidaa 4oCque a 20'C. Por otro lado, la
reacción de hidratación a 40oC tiene lugar rápidamente produciendo CzAHe como
material cristalinojunto con algo de materialamorfo. La conversiónposterior al hidrato
cúbico empieza a las 24 horas y finaliza a las pocas semanas.Finalmente, a 60oC se
produce la hidratación rápidamenteobteniéndoseCzAHs que en las primeras horas
despuésdelamezcla se conviertea C¡AFI6.
La formación del CzAHsha sido objeto de estudiopor parte distintosautores.T-l2
Mediante RMN, RettelTestudióla hidratacióna temperaturascomprendidasentre
30 y 55"C. Observó una formación inicial de CzAHs, junto con AH3 de naturaleza
amorfa, seguidode una rípida conversióna C3AH6,acompañadadela cristalizacióndel
AH3 amorfo en gibsita.
Por el contrario, Capmás8indicó que los únicos hidratoscristalinosdetectadosa
temperaturassuperioresa 50oCson el C¡AH6 y el AH3.
Rashid,emediantela difracción de energíadispersivapor sincroton, estudió la
estructuray dinámicade los hechosen las reaccionesde hidratacióny conversión.Ambas
reaccionesson muy rápidascuandosetrabajaa temperaturaelevada,por tanto, la técnica
utilizada fue adecuada dada su gran velocidad de adquisición de datos. Estudió el
proceso de conversión a temperaturascomprendidasentre 40"C y 90oC, concluyendo,
que ésta reacción nunca comienza sin la formación de la fase transitoria CzAHe.
Confirmó que éstafaseno coexistecon el C3AII6.Ademásdemostróque el CzAHs no se
forma segúnla siguienteexpresión:
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,Biib;liog
2 CAHro -)
CzAHs t AII¡ + 9 H
de la precipitaciónde los iones en disolución,
sino que se forma, bien como consecuencia
o bien desdeuna faseamorfa.
Por otro lado, este mismo autor, estudió la reacción de hidratación a
temperaturas comprendidasentre 80"C y 90oC. Concluyó que, a estas temperaturas, el
CAHro no tiene tiempo para formarse, ni siquiera como un intermediario transitorio,
antes de la producción del C3AH6y AH3 cristalino.Este resultado concuerdacon lo
observadopor Capmás.8Ademásindicó que el C3AII6 pareceformarsesólo despuésde
que el CzAHs aparezcacomo fase transitoria y por tanto a expensasdel CA. Estos
resultadoscoincidencon los expuestospor Pérez.10
Sin embargo,Scrivenerttindicó que en la hidratacióndel cementoaluminoso,a
temperaturascomprendidasentre 5"C y 40oC, el CzAHs se forma a parfir del CAHro.
Tambiénobservóque el C3AH6se ha formadolocalmentea partir del CzAHg.
Carrascol2presentóun estudiode los productos obtenidosen la hidratacióndel
cemento aluminoso a 50oC en los primeros minutos de su hidratación. Observó que la
formación de compuestoshidratadosdel cementoaluminosoamasadocon agua a 50'C
no comienzaal menoshastadespuésde transcurridos30 minutos desdeel amasado.La
única fasehexagonaldetectadaes el F-CzAH¡ segúnla siguientereacción:
zCA + 1l H +
B-C2AH8* AH¡
Este producto coexiste con las fases anhídrasy es previo a la formación del
C3A}I6. No detectó la formación previa de CAHro con ninguna de las técnicas de
caracterizaciónque empleó en su estudio. El p-CzAHs es una variedad polimórfica del
C2AH3. La forma a es la más establey habitual en las pastasde cemento aluminoso
hidratado.Ambas formas puedenencontrarseen contacto con disolucionesacuosas.En
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Rbr4iSiói.n
este mismo trabajo presentó una caractenzaciín, del B-CrAHs obtenido, medianteDRX,
IR, ATD I TG, SEM / EDX.
Por otro lado, muchos autores estudiaron la pérdida de resistenciade los
hormigonesde cementoaluminosocon el tiempo, llegandoa la conclusiónque la causa
a cúbicos.
fundamentales la conversiónde los hidratoshexaeonales
El hormigón de cemento aluminoso sufre un cambio químico en el cual los
componentesmetaestablescambiana compuestosmás estables.Aunque las reacciones
medianteuna simpleecuación:
son complicadas,estecambiopuedeser representado
3 CAHro -)
C¡AHo + 2 AH¡ + 18 H
Migdleyl3'la estudió en estos trabajos la reacción de conversi1n para muestras
curadas en el laboratorio e hizo un extenso estudio de la reacción de conversión en
en viguetas.
hormigón de cementoaluminosoen estructurasy especialmente
Para Leal5 existen muchas evidenciasde que es el cambio de volumen en los
hidratosque se producendurantela conversión,más que la mineralogíade los hidratoso
su morfolo gia, el responsablede la caídade las resistencias.
Migdleyl3 realizl estudiosdel tamañodel cristal de C:AH6 e indicó que depende
de la relación agualcementoy que está relacionadocon la velocidad de conversión.
Observóque los cristalesmás pequeñosse forman para las relacionesagualcementomás
bajas y en las velocidadesmás lentas de conversión.Como los cristalesmás grandes
tienen menos puntos de contacto bajo una tensión, se piensa que su presencia
proporciona una posterior contribución a la pérdida de resistencia,ademásde que
incrementala porosidad debida a la conversión.En este mismo trabajo, consideró la
conversióncomo una reacciónquímica que transcurrea través de la disolución de los
hidratoshexagonalesy, por tanto, la velocidada la que se produceestaráafectadapor un
gran número de factores.Así, enumerópor orden de importancialos factoresque afectan
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
a la velocidadde la reacciónde conversión.Estos fueron temperatura,relación
presióny ambiente
químico.Tambiénindicóque,cuandoel hormigónde
agua/cemento,
y la magnitudde ésta pérdida
cementoaluminososufreconversiónperderáresistencia,
dependeráde la velocidad a la cual la conversióntenga lugar. Así, conforme la
conversióntenga lugar más rápidamente,
mayor será la pérdida de resistencia,la
porosidaddel hormigóny, por tanto,su permeabilidad.
Esteincrementoen la porosidad
sedeberáa la diferencia
devolumendelos productos.
Para poder discutir la conversión en términos cuantitativos se necesita una
definición. Midgleyt3 definió el grado de conversión como la relación entre los
constituyentesprincipales:
PesoC¡AII¡ x 100
Grado de conversión
PesoC¡AHo t PesoCAHro
Sin embargo el C¡AH6, en hormigones estructurales,puede llegar a ser descompuesto
por carbonatación.Por otro lado, las cantidadesde C¡AHo y AH3 no son muy diferentes.
Por tanto, el grado de conversión también puede ser definido según la siguiente
expresión:
PesoAH. x 100
Gradode conversión:
PesoAH¡ * PesoCAHro
En estecaso,la diferencia
entrelos resultados
obtenidoscon ambasfórmulasno
esmayordel4Yoparael 50Yode conversión.
Para determinarlas cantidadesde los diferentesmineralespresentesse pueden
De entreellas,las másusadashan sido el ATD y la
usar distintastécnicasanalíticas.
DRX. Migdleyl6describiólos datos del uso de técnicasde análisistérmico parala
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
,5,3
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
determinacióndel grado de conversión.Ogerl7hizo un estudiocomparativode la medida
del grado de conversiónmedianteDRX y ATD, concluyendoque la DRX es un método
semicuantitativo y el ATD lo es cuantitativo. Barnests mostró el uso de la
termogravimetría derivada como un método preciso para la evaluación del grado de
conversión,estimandolos efectosde la velocidadde calentamientoy del tamaño de la
muestrasobre el grado de conversión.Eljazairilemostró Iatécnica de termogravimetría
semi-isotérmicacomo una herramientaútil parala determinacióndel grado de conversión
y también para la determinaciónde la composiciónde fasesdel hormigón de cemento
aluminoso.
A partir de la información sobre el comportamientodel hormigón de cemento
aluminosoen el laboratorio se deduceque la calidaddel hormigón en estructuraspodría
ser evaluadasi se puede determinarla velocidadde conversión.Para esto seránecesario
conocerel grado de conversióny la edaddel hormigón.
Con respectoal efecto de la temperaturasobrela conversión,Learsindicó que el
cemento aluminoso curado a elevadastemperaturaso expuestoa ellas en un ambiente
húmedo tiene una resistenciareducida.Este comportamientoestá relacionadocon el
cambio en la naturalezade los productos hidratados.El CzAHs y el CAH10,obtenidos
y con
como productos de la hidrataci6na las temperaturasordinarias,son metaestables
el tiempo tienden a cambiar a los hidratos cúbicos.A las temperaturasordinariaseste
cambio es muy lento e incluso puede no ocurrir en los hormigonesmantenidossecos,
pero se debe esperarque ocurra, aunquesealentamente,en hormigoneshúmedos.Así,
para temperaturasmenoreso igualesde 18"C la velocidadde conversiónes muy lenta.
En cambio, a temperaturasmayoresde las ordinariaseste cambio ocurre rápidamente.
Tal y como se ha citado al principio, cuando el cemento se hidrata a temperaturas
relativamenteelevadas, por ejemplomayoresde 50oC,el único hidrato formado será el
cúbico y lo hará rápidamente.Las temperaturaselevadas,alcanzadasdurante el fraguado
y el endurecimiento,provocanuna importantepérdidaen la resistencia.Alas 24 horas de
realizarselamezclase obtieneun valor de resistenciabajo, en comparaciónal obtenido,
r.iS4ii..iii:.:ii.i.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
BibXlo
para el mismo tiempo, a temperaturasmás bajas. A edades mayores, la caída de
resistenciaes todavíamayor.
French20indicó que la temperatura del hormigón es el factor mas rmportante
sobrela velocidadde conversión.
Migdleyl3 observó que el tiempo transcurrido para que tenga lugar un 5OYode la
conversión,en pastasde cementocon una relación agualcementode 0.26, es de una
semanapara 50oC,100 díaspara 40oCy estimóque unos 20 años para25oC.
Alégre2 encontró que el C¡AHo y el AH3 pueden proporcionar resistenciastan
altas como las que se obtienencon el CAH1gsi la porosidades baja. Ademásindicó que
el aumento de la porosidad debida a la conversión disminuye conforme lo hace la
relación agua./cemento.
Lear5 concluyó en sus trabajos que la pérdida de resistencia debida a la
conversiónvaría con la relación aguaI cemento.Cuandoel contenidode agua es bajo, la
resistenciadel hormigón convertidotodavía se mantienealta. Una vez que el hormigón
está seco el fenómenode la conversióndeja de ocurrir, y por tanto se detienela pérdida
de resistencia.
Bate2l
realizó estudios sobre hormigones fabricados para relaciones
agua/cementoentre 0.25 y 0.67, curadosen agua a 18 - 20'C y 38oC,durante 10 años.
En sus trabajosindicó las relacionesobtenidasentre la conversión,edad,temperaturay
relación agua/cemento.De esteextensotrabajo concluyó que a la temperaturamás alta el
grado de conversión, después de un periodo relativamentecorto de tiempo, es
independientede la relaciín aguaI cemento. Observó que el cambio entre tres mesesy
diez años era pequeño.Por otro lado, a la temperaturamás baja se produjo un cambio
gradual,a partir de un mesy durantetodo el periodo de diez años,despuésde un cambio
inicial muy rápido. Comprobó que la velocidad de conversiónaumentabaconforme lo
::::::1::::::::::::':':::::::i::::i:::::::::':':::':'::''i:::::':::::::::::::::::::':::::::::::,1
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
haciala temperatura.Indicó que los álcalissolublesliberadospor los áridos,tipo granito,
esquistos,micas,aceleratambiénla velocidadde conversión.
se realizó el estudiode las resistencias
En Francia e Inglaterra,simultáneamente,
del hormigón de cementoaluminosofrente a periodoslargos de tiempo. Los trabajosde
laboratorio se llevaron a cabo por los laboratoriosLafarge de ambospaísesy por el BRE
( Building ResearchEstablishment). Los resultadosde Lafarge los publicó George," en
t974.
publicó los resultadosdel BRE. Estos estudios
Al año siguiente Teychenné23
trataron principalmente del efecto de las distintas condicionesde almacenamientosobre
las resistenciasde hormigonesfabricadoscon distintas relacionesagualcemento.Las
variaron entre 18oCy 38"C. Unaparte de las muestras
temperaturasde almacenamiento
fueron sometidas,duranteun periodo corto de tiempo, a diferentestemperaturasdentro
de un intervalo de 10oCa 90 "C. Los ensayoscubríanperiodos de almacenamientode
más de 10 años. Se evaluó la extensiónde la conversiónpara cadauna de las distintas
condicionesde exposición.
Las conclusionesa las que llegaron despuésde todo el trabajo experimental
fueron las siguientes:
El hormigón fabricado con cemento aluminososufre conversióny, por tanto,
pérdidade resistenciacuandose usa normalmenteen estructuraspara edificios.
La extensiónde esta pérdida de resistenciaes limitada. Una vez alcanzadoun
mínimo de resistenciase produceuna pequeñay gradualrecuperación.
La reducciónen la resistenciaestáafectadapor la temperaturadel hormi gón y la
relación agua/cemento;aumentacuando el hormigón se mantiene a temperaturas
mayores de 25oC, y la reducción es desproporcionadamentemayor para
hormigonescon relacionesagua/ cementomásaltas.
iiiis.6ii.:.,.,i.iiii.:i:
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
El tiempo que tarda en alcanzarseel mínimo de resistenciaes muy sensiblea la
temperatura,siendode algunosañospara l8"C y 20'C y de un díasmás o menos
para50oC.
El efecto de un periodo corto de calentamientoen la primera parte de la vida del
hormigón depende de la edad del hormigón, del tiempo y temperatura de
calentamiento,siendolas relacionesentre estostres factoresmuy complejas.Así,
un periodo corto de calentamientoa una temperaturadeterminadapuede tener un
efecto mucho más desfavorable,que un periodo de calentamientomayor a una
temperatura mayor. Este comportamiento también se ve influenciado por la
humedadde las condicionesposterioresde almacenamiento.
Por último, Ios efectos de la conversiónsobre las resistenciasa largas edades
pueden no llegar a ser evidenteshasta despuésde un año a lSoC-20oC,no
revelándoseen los ensavosinmediatos.
Por otra parte, con el objetivo de evitar la reducciónde resistenciamecánicaque
sufre el cemento aluminoso cuando se mantieneen atmósferahúmeda y a temperaturas
superioresa los 20oCduranteun periodolargo de tiempo, se ha recurrido a la mezclade
éstecon otros compuestos2a-28.
Majumdar2a-26
estudióel efecto que produce añadir escoriasde alto horno sobre
las propiedades mecánicas y la quimica de la tudratación del cemento aluminoso.
Observó que la resistenciamecánicamejora debido a los cambios producidos en la
hidratacióndel cementoaluminosopor la presenciade escorias.El cambio principal que
se produce es la formación de estraetlingita ( CzASHs ) a expensasdel C3AIfu, fase
hidratadaresponsablede la pérdida de resistenciasmecánicas,que se formaría en estas
condiciones con cemento aluminoso sólo. La formación de este nuevo compuesto
a un incremento de la
conduce a una reducción de la porosidady consiguientemente
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,,',,.::iiii,l.,
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
resistenciamecánica.Además, también observó que la resistenciaa sulfatos de estos
morteroses excelente.
Fentiman27estudió el efecto de las condicionesde curado sobre el proceso de
hidratación y el desarrollo de las resistenciasmecánicasen las mezclas de cemento
aluminoso con escorias. La hidratación inicialmente provoca la formación de los
compuestoshidratadosque se esperaríaobtener en un mortero de cemento aluminoso
solo. Estos hidratos posteriormentereaccionanpara inco¡porar sílice formándose el
C2ASH8.Sin embargo, en la hidratacióna temperaturaselevadasde estas mezclas,el
hidrato principal es el C¡AHo y las resistencias
observadasson másbajas.
Majumdar28investigólas propiedadesde las mezclasde cementoaluminosocon
materiales puzolánicos como cenizas volantes, humo de sílice ( microsílice ) V
metacaolin.Observóque el C2ASHses una faseque seforma facilmenteen estasmezclas
y que su capacidadpara estabilizarla resistenciamecánicaen condicionesde humedady
temperaturaelevadaes adecuada.
De todo lo expuestoanteriormente,observamosque la conversiónque muestran
los hormigones de cemento aluminoso en las estructurastiene lugar en condiciones
normales de uso. El resultado de esta conversiónes el cambio en la composición del
cemento hidratado, desde formas metaestablesa formas estables, el cual viene
acompañadode un cambio en sus propiedadesmecánicas.Por tanto, si el cemento
aluminosofueseusado en estructurasde hormigón seríanecesariobasarel diseñoen las
característicasa largo plazo del hormigón convertido. La relaciín que se estableceentre
las resistenciasmecánicasdel hormigón convertidoy la conversiónes muy compleja y
depende,en buena medida, de la temperaturay de la humedada la que se somete al
hormigón y del contenido inicial de agua enlamezcla.
Al diseñaruna estructura,ademásde la durabilidad,la resistenciaa compresión
del hormigón es la propiedadmás importante.Normalmente,esta resistenciaesta ligada
lrlrlSiE
lr::i:i:i:i
rr::i:i:.::
i
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
al desarrollo de otras propiedadesingenierilescomo el módulo de deformación, la
resistenciaa la tracción, etc.
Los hormigones fabricados con diferentes cementos se caracterizan por un
comportamiento determinado, distinto en cada caso en condiciones normales no
agresivas.Sin embargo, estasdiferencias,en condicionesclimáticasextremas,pueden ser
más acusadase inclusoinvertirse.2e
A fin de comparar el comportamiento de morteros de cemento aluminoso
de la hidrataciónde
respectoa los de cementoportland se ha estudiadolas características
oC, 20
morteros de amboscementos,curados bajo aguaa diferentestemperaturas:5
"C
y 60'C. En el presenteestudiose describirála evoluciónde las resistenciasa compresión
y flexotracciónde los morteros,estudiándose
al mismo tiempo la evolución de las fases
presentespor DRX. Por otra parte, para los morteros de cemento aluminoso, se
estudiarála relación que apareceentre los datos de velocidadde paso de ultrasonidos,
técnica no destructiva,y los de resistenciaa compresi6n,técntcadestructiva.Finalmente,
para estos resultadosse realizaráun ajuste segúnla formula propuesta por Abrams para
comprobarla aplicabilidadde estemodelo.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
iii::::
l:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
j
i : i :::::: : i : i :' ::: ] : i i : : ::::::: i : i :' ::: i :.i | : | :' :,:
iiRc stón
2.2. Carbonataciónen ausenciade álcalis.
La acci1n del anhídrido carbónico del aire (0.053Yoen peso y O.035Yoen
volumen), en el curso de la evolución de los aluminatoscálcicos hidratados,es muy
importante.
Robsonl indicó que cuandoel cementose hidrataen el aire, en la forma ordinaria,
se debe esperarla presenciade monocarboaluminato(CaAcllH) y este constituyente
puede tener una influencia importante sobrelas característicassuperficialesde morteros y
hormigones.
acuosasde los
Taylor,30de una maneramás extensa,indicó que las suspensiones
hidratos hexagonalestoman COz de la atmósferapara formar el monocarboaluminato
cálcico hidratado (C¿Ao11H). Este compuesto,quizá junto con el tricarboaluminato
(C6A3c30H) se encuentra en hormigones y morteros normalmente preparados en
superficiesexpuestasal aire; en este caso, la absorciónde COz determinala formación
superficial de una capa pulverulenta,si no se realizael curado con agua. A medida que la
superficie del hormigón se secay endureceen contacto con el aire se forma un gel de
alúmina y carbonato cálcico a parlir del carboaluminatocálcico. El mismo autor también
indicó en su libro que muchos investigadoresdefendianla existenciade un hidrato
pero en la actualidad no parece razonable la formación de tal
hexagonal C3AH1g-12,
encuadramejor en las del C+Ac1lH.
compuesto,sino que por suscaracterísticas
Dependiendode la concentraciónde carbonatolas faseshidratadasdel cemento
y desarrollarnuevasfases.
que contienenCaO, AlzO¡ y SiO2puedendesestabilizarse
Barret3l intentó explicar la formación de monocarboaluminatodebido a la
presenciade áridos calcáreosen las pastasde cemento,aluminosoy portland. Para ello,
realizaun estudio termodinámicode las curvas de solubilidaddel monocarboaluminato
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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rtrllililnA
cálcicoy del carbonatocálcico.En su estudio,en el sistemaabiertoasumiendoun estado
de equilibrio con el COz gas, muestra que el CaCOg puede disolverse y formar
monocarboaluminato,
o ala inversa,dependiendodel valor de Pcoz.
Damidot32 citó en su trabajo referenciasdonde se describen los siguientes
comportamientos.Los silicatos de calcio hidratadosse pueden transformar en gel de
sílicey calcita.El C3AH6puede evolucionara monocarboaluminatocálcico (C+Acl lH)
y, a partir de este compuesto,seguir su proceso de transformacióna gibsita y calcita. El
C¿AHr¡ puede transformarseen hemicarboaluminato
de calcio (C¡.sA %c t/zCH 10.5H),
de aquí pasar a monocarboaluminato,paÍa finalmente transformarsea calcita y gibsita.
Además, dependiendode la concentraciónde carbonato probablementeson estables
diferentes fases que contienen carbonatos. Sin embargo, el tricarboaluminato cálcico
(CoA3c30H) no se detectanunca en pastasde cementosometidasa una carbonatación
intensa. Así, Damidot determinó el diagramade fasesdel sistemacerrado CaO - AlzOs el monocarboaluminatoy
CaCO¡ - HrO a 25oC.Comprobó que el hemicarboaluminato,
la calcita son las fases establesque se forman al incrementarsela concentración de
carbonatos. Demostró también que la fase tricarboaluminato cálcico no
es
establea 25oC.
termodinámicamente
En la sección anterior hemos tratado ampliamente de las reacciones de
conversiónde los aluminatoshexagonalesa cúbicos.Hemos consideradoque ésta fase
era estable.Sin embargo,los aluminatoscúbicostambiénpuedenreaccionarcon el COz
de la atmósferao con el carbonatocálcico de la fracción fina del árido. Tal y como
hemos visto, inicialmente, se formarán una serie de carboaluminatos.El resultado final
será la formación de alúmina ( AlzO¡ ), AH3 y CaCO3, en sus diferentes variedades
polimórficas. De esta maner4la carbonataciíntiene una gran influencia en el posterior
comportamientomecánico- resistentedel hormigónde cementoaluminoso.
Yázqueza realizó un amplio trabajo sobre la hidratación y carbonatación del
cemento aluminoso.Estudió la hidrataciónde muestrasde cemento aluminoso puro y
mezclas de cemento aluminoso con carbonato de calcio en diversas condiciones
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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ambientalesde temperatvÍa, humedady atmósferade COz. De esta manera intentó
establecer diferencias en los procesos de carbonataciónen las pastas de cemento
aluminoso, dependiendode que estos ocurrieran sobre los hidratos hexagonaleso
cúbicos.
Las conclusionesmás importantesde estetrabajo sobreestabilidady mecanismos
de evoluciónde los compuestoshidratadosen las distintascondiciones,puedenresumirse
en los siguientespuntos:
El cemento aluminoso anhidro es capaz de carbonatarselentamente con el
transcurso del tiempo, y mucho más rápidamenteen las primeras horas de
amasado. Esta carbonatación, aunque cuantitativamente pequeña, influye en
forma apreciable tanto en la velocidadde hidratación,a la que reduce,como en
lanaturalezade los componenteshidratadosformados.
La hidratación a baja temperatura (l"C a 4"C) de cementos aluminosos
meteorizados o
de cementos no meteorizados amasados en ambiente
contaminadode COz, desarrollafaseshexagonalesque retienende algunamanera
el COz incluido en su masay son menoscristalinasque las correspondientesen
ausencia de COz. Al someter estos cementos hidratados a las condiciones
adecuadaspara la transformaciónhexagonalI cúbico, temperaturay humedad
elevadas,
la
transformación transcurre
hacia
la
formación
de
monocarboaluminatos
con preferenciaa la de aluminatoscálcicoscúbicos.
La hidratación a temperaturas medias (20"C) y altas (40"C) de cemento
aluminoso meteorizado, cemento no meteorizado amasados en ambiente
contaminadode COz y mezclasde cemento aluminoso con CaCO¡ finamente
pulverizadodesarrollafasescúbicasen cantidadinferior ala normal en ausencia
de COz ó CaCOsy en favor de los monocarboaluminatos.
62.,.i,.,.,.'
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
La
formación de carboaluminatos disminuye o
inhibe parcialmente la
transformación hexagonal a cúbico del cemento aluminoso, pero no impide su
degradaciónpor el COz del aire en presenciade humedad.El estadofinal de esta
degradaciónestá constituido por una mezcla de CaCO¡, óxido de aluminio e
hidróxido de aluminio.
La d,egradación
del cementoaluminoso,como consecuencia
de la transformación
de las faseshexagonalesen la fase cúbica,es favoreciday llevadaa su etapafinal
por el COz en medio húmedo. La elapa final de \a degradación del cemento
aluminoso comporta la destrucciónde la propia fase cúbica. Esta destrucción
transcurrea través de la paulatinasustituciónde 2, 4, o las 6 moléculasde agua
del C¡AHo por 1, 2, ó 3 moléculasde COz. La etapafinal está constituidapor
CaCO¡ (aragonito) fina y homogéneamentedisperso en una matriz de alúmina
anhidro.
Pérezr0presentóun estudiode la hidrataciónde morteros de cementoaluminoso
a temperaturaselevadasseguido de carbonatación.Este proceso de carbonataciónlo
llevó a cabo cuando el mortero está en estado semiplásticode manera que el proceso
ocurre más fácilmente que cuando la muestrastienen una estructura rígida. Inicialmente,
estudió el efecto de la temperaturasobre la reacción de hidratación, concluyendo que la
reacción de hidratación, para temperaturasiguales o superioresa 30oC, tiene lugar
directamente,eütando la formación de CAH16.
Posteriormente,estudió el efecto de la carbonataciónsobre las fasesformadas en
morteros de cemento aluminoso endurecido curados a temperaturas elevadas y en
morteros curadosduranteperiodosde tiempo muy inferioresa los 28 días.El objetivo de
esta parte del trabajo era considerarlas cinéticasde formación de las fases carbonatadas
como una función de la temperaturay de la edad de curado.Las conclusionesa las que
llegaronlos autoresfueron las siguientes.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Para una edad determinada,la formación de fasescarbonatadases más grande
cuanto mayor seala temperaturade hidratación.El procesotambién se favorece
conforme aumenta la temperatura de carbonatación.La formación de aragonito
envez de calcitacomo fasecarbonatadasugiereuna carbonataciónmás completa.
Cuanto mejor desarrolladaesté la estructuracristalinade la fase cúbica mejor
reaccionaéstacon el COz
Desde el punto de vista de la formación de fases, los mejores resultados se
obtienen durante las primeras horas inmediatamentedespuésde la mezclaya que
se obtienenlos mismoscompuestosque despuésde 28 días.
Los periodos de hidratacióncortos permitenahorrartiempo y energiacalorífica.
Además,permitenllevar a cabo la carbonatacióncuando las muestraspresentan
las condicionesóptimaspara el cambioestructuralque sufriránpor la acción del
COz.La estructuracristalinaque presentanrecién hidratadases particularmente
susceptiblepara el cambio posterior por carbonataciín.Por tanto, existe un
estado que los autores llaman " semiplástico" en el cual la transformación
estructural, asociada a la carbonataci1n,ocuffe más facilmente que cuando las
muestrashan desarrolladouna estructuramásrígida.
Pérez33estudió la resistenciadesarrollada,en morteros de cemento aluminoso,
mediante la formación de fases carbonatadasestables.Observó que el proceso de
carbonataciónprovoca un incrementode la resistenciaen comparacióna la obtenidapor
morteros que sólo se han hidratado.Interpretóque el aumentode resistenciase debea la
segúnla siguienteexpresión.
formación de fasescarbonatadas
3 C¡AHo + 3 COz -)
3 CaCO¡* cr-AlzO¡+ 6H
Esta reacción se favorece en la medida en la que aumentala temperatura.Por
tanto, el mayor incremento en la resistencia,frente a las muestrasque sólo se han
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l::::l!,:lititi::t::.:::::l:.:i.::l::t:t::i::!:t::il:lii:lililRgVÍSión
hidratado,se produce cuandola temperaturade hidratacióny carbonataciónes la misma
y conforme éstasaumentan.
Por otro lado, estudióla resistenciadesarrolladapor las muestrasque contienen
CaCO¡ mezclado con el cemento antes del proceso de hidratación. Los valores de
resistenciasmecánicasobtenidosson más altos que los que se obtienencon las muestras
de cemento aluminoso puro, tanto para el proceso de hidratación como para el de
carbonatación.De nuevo las muestrascarbonatadaspresentanvalores más altos que las
hidratadassin carbonatar.Así, propusieronlas siguientesconclusionesfinales para este
trabajo33:
El tratamientotérmico durantela hidratacióny posterior carbonatacióndel
cementoaluminosono sólo estabilizael productosino que tambiéncontribuye
sienificativamente
a suresistencia.
La adición de un 20% en peso de CaCOs al cemento anhidro mejora
la resistenciainclusoa edadesmuy tempranas
significativamente
Pérez3arealizóun estudio,por IR y DRX, del efecto producido por la adición de
CaCO¡ a morterosde cementoaluminosoexpuestosa temperaturaselevadasde curadoy
carbonatación.Las conclusionesmás interesantesde esta parte del trabajo fueron las
sisuientes:
Cuando la carbonataciónde la fase hexagonal,CAH1g, obtenida mediante un
proceso de hidratacióna 20oC durante 28 días, se lleva a cabo a 60oC, no se
detecta ni C3AII6 ni gibsita. Esto demuestraque la siguientereacción tiene lugar
sólo en atmósferalibre de COr.
3 CAHIo -> C¡AHo + 2 AH3 + 18H
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Los carboaluminatos son compuestos intermediarios en el proceso de
carbonatación, ya que desaparecenconforme la reacción progresa. Así,
no son fasesfinalesni establesen el proceso
concluyeronque los carboaluminatos
de carbonatacióndel cementoaluminoso.
Por otro lado, en estetrabajo los autores'orealizaronun estudiode la cinéticade
las reaccionesde hidratación y carbonatación,a temperaturaselevadas,del cemento
aluminosocon CaCO¡. Observaronque la velocidadde la reacciónde carbonataciónes
más alta en las muestrascon CaCO¡ que en las de cementoaluminosopuro, curadasbajo
las mismascondiciones.Este hecho se debe a que el COz actúa principalmentesobre la
superficie,y la profundidad de su acción dependeráde la facilidad de su acceso al
interior, es decir, de la porosidad.Pero si el CaCO¡ se añadeal cementoanhidroantesde
la mezclala parte internatambiénse carbonata,provocandouna distribuciónhomogénea
de la fase final estable.Este efecto,junto con el COz añadidodesdeel exterior, conduce
a los resultadosóptimos desde el punto de vista de fases formadas para tiempos de
curado muy cortos. Los resultadosde resistenciasobtenidospor Pérez33confirmaronel
buen comportamiento del hormigón de cemento aluminoso curado de esta manera.
Además, sugirieron que la forma óptima de curar el hormigón de cemento aluminoso
cuandose deseeobtenerun producto carbonatado( estabilizado)es la siguiente:
Añadir CaCO¡ al cemento aluminosoantesde la mezclapara que actúe como un
agentecarbonatante.
Llevar a cabo la hidrataciónv carbonatacióndel cementoaluminosoa 80oC.
El tiempo de hidrataciónserá de 3 horas y seguido de una exposición al COz
durante 18 horaso como máximotres días.
Puertas35estudió el proceso de carbonatacióndel cementoaluminosohidratado
función de la temperatura de curado, y determinó la influencia del proceso de
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que se
carbonatación
resistentedel material.Las conclusiones
sobreel comportamiento
derivande su estudiosonlassisuientes:
Los productos de carbonataciónfinales son mayoritariamenteel CaCOs en forma
de aragoruto y el hidróxido de aluminio en forma de gibsita para las dos
temperaturasestudiadas( 4"C y 40'C ).
La deposición masiva de productos de carbonatación,en todos los casos
estudiados,conduce a una reducción de la porosidad de las pastas que se
manifiestacon un incrementoprogresivode las resistencias
mecánicas.
El proceso de htdratación del cemento aluminoso se ve retardado (o quizá
detenido)cuandolas probetasse sometensimultáneamente
a procesosacelerados
de carbonataciín.
Para terminar esta parte dedicadaal estudio de la carbonatacióndel cemento
aluminoso trataremoslarelación de esteprocesocon el de corrosión de armaduras.
Las causasque puedenprovocar la corrosión de la armadurason la presenciade
cloruros en la masadel hormigóno el descensodel pH de la faseacuosaencerradaen sus
poros. Esta última causase puedeproducir bien por carbonatacióno bien por deslavado.
En ambos casos,presenciade cloruros y descensodel pH, la corrosión se produce por
una acidificacióndel medio, descendiendo
el pH desdelos valoresmuy alcalinosde 1314 hastaaquellostípicos de los mediosácidos(pH menor de 8).36
Inicialmentese considerabaque la alcalinidadde la fase acuosade un cemento
aluminosoestábasadaen el hidróxido de aluminioque se generaenlalndratación de los
aluminatos.El valor del pH de la fase acuosade las pastasde cementoaluminosooscila
entre I L.7 paraedadescortasy 12.7 a 30 días.Este valor de pH no se modifica cuando
se produce la conversión de los aluminatoshexagonalesa cúbicos. Sin embargo, el
proceso de carbonataciónprovoca una disminucióndel pH de la fase acuosade la pasta
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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de cemento aluminoso.IJna vez carbonatadoel pH se reduce a valores comprendidos
erúre7 y 8. Por tanto, es la carbonatación,tanto de las fasessólidascomo de la acuosa
encerradaen los poros>la que provoca la corrosión de las armaduras.Así, aunque el
hormigón carbonatadoestéformado por fasesmineralógicasestablesy vea mejorado su
comportamientomecánicoal reducirsela alcalinidaddel medio se favorecela corrosión
posterior de las armaduras.Esto hace que el proceso de carbonataciónno deba ser
utilizado como solución a la pérdida de resistenciaque sufre un hormigón armado de
cementoaluminosopor efectode la conversión.3?
RecientementeAndrade36indicó que ademásdel hidróxido de calcio, tambiénlos
álcalis, el sodio y el potasio, contribuyen notablementea mantener el pH en valores
elevados. El cemento aluminoso no contiene hidróxido de calcio en cantidades
apreciablespara que pueda actuar como reserva alcalina.Sin embargo,el pH se sitúa
entre 12.5 y 13 debido precisamenteal propio contenidode estos álcalis del cemento
aluminoso. Así, contenidosdel 0.4oAen NazO, aunque parecenbajos, generan estos
valores de pH, no siendoel hidróxido de aluminio,como se pensabaerróneamentecon
anterioridad,el responsablede la alcalinidadde estos hormigones.Aun así, la reserva
alcalinay el pH alcanzadospor el cementoaluminososon menoresque en el cemento
portland ( pH > 13.5 ). Por tanto, cuandose carbonate,el procesoocurrirá más rápido
menorescantidadesde COz, al haber
que en el caso del portland, ya que son necesarias
menor materialcarbonatable.
Por todo esto, se pensabaque la carbonatacióndel cemento aluminoso llevaba
obligatoriamente apar€1adauna corrosión de armaduras.También se pensaba que,
alcalinola corrosiónno era posible.
cuandoel hormigón perrnanecía
Sin embargo, ambas afirmacionesno son ciertas. Según Andrade,'o se ha
encontradocorrosión por picadurasen morteros de cementoaluminosoaparentemente
alcalinos, pero conservados en medio muy húmedo. Por otro lado, se ha encontrado
estructuras que aparentemente se encuentran completamente carbonatadas y cuyas
armadurasaparecenlimpiasy brillantesdespuésde másde 20 añosde vida.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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La'únicaexplicación que encuentraa estehecho el autor36se basa en la diferencia
de comportamiento entre el hidróxido de aluminio que se forma durante la carbonatación
del cementoaluminosoy la síliceque se generaen la del cementoportland. Por un lado,
el gel de sílice es capaz de adsorberálcalisen proporcioneselevadas,de tal forma que
todos los álcalis solubles del cemento desaparecende la fase acuosa quedando
adsorbidosy no contribuyendoa la alcalinidaddel medio.Esto explicael hecho de que el
pH del hormigón desciendahastavalorescercanosa7 duranteuna carbonatación.Si se
deja en contacto con la atmósferauna disoluciónpor ejemplode NaOH de pH : 13, su
carbonataciónno genera valores de pH inferioresa lo.4queeselvalordeltampón
CO¡2-[FICO3que se produce durantela carbonataciónnatural. Sólo presionesparciales
de COz elevadasromperíanel tampón y darianlugar a pH más bajos. Por tanto, mientras
haya álcalisen disoluciónel pH no va a descenderpor debajode valorescercanosa 10.
Esto significa que si desciendedurante una carbonataciónes por que los álcalis
desaparecende la disolución.La única forma de que se incorporen a la fase sólida es
mediante su adsorciónpor el gel de sílice producido durante la carbonataciónde los
silicatos.
Por otro lado, el gel de hidróxido de aluminioformado durantela carbonatación
del cementoaluminosono parecetener la mismacapacidadde adsorciónde álcalis,o al
menos algunade sus variedadespolimórficasno la tiene. Por tanto, si los álcalisno son
incorporados a las fases sólidas y peffnanecensolubles en la fase acuosa el pH no
desciendede valorescercanosa l0 y, por tanto, la corrosiónno se producirá.
Según el autor36esto supondríaque la carbonatacióndel cementoaluminosono
darialvgar a corrosiónnunca,lo cual no es lo observadoen estructurasreales.Así, tiene
que existir alguna circunstanciaque lleve a la inmovilizaciónde los álcalis en las fases
sólidas.Para ello, se postulaque o bien algunade las variedadesdel gel de hidróxido de
aluminio sí adsorbanálcaliso bien que se forme un aluminatoalcalino.
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Finalmente, de todo lo expuesto anteriormente relativo al proceso de
carbonataciónpodemosdestacarlos siguientespuntos:
El proceso de carbonataciónno adquiereuna velocidadsignificativamás que en
presenciade aguay con una porosidadelevada.
El prooesode carbonataciónprovoca la formaciónde nuevasfasesmineralógicas
establesque conllevan la desapariciónde los aluminatosde calcio hidratados.
Este proceso de formación de fases establestranscurre a través de la formación
de compuestosintermediosinestablesque son los carboaluminatos.
El procesode carbonataciónmejorael comportamientomecánicodel material.Se
mecánicasen relacióna los valoresque se
produceun aumentode las resistencias
obtienencuando el aluminatocúbico es la fase mayoritaria,es decir, cuando está
completamenteconvertido.
La carbonatacióndel cementoaluminosono siempreva a provocar corrosión de
armadurascomo en el casodel portland.En cualquiercaso,es importanteseñalar
que todavía no se conocen bien las circunstanciasque producen o evitan la
corrosión del acero.
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2.3. Carbonatación en presencia de álcalis. Hidrólisis
alcalina.
Al contrario de lo que ocurre con el cementoportlandlos morterosy hormigones
fabricadoscon cementoaluminosono resistena las disolucionesde hidróxidos alcalinos.
Bajo estascondicionesel gel de alúminase disuelverápidamente.3O
Según Bate2r la presenciade álcalis podría conducir a dos posibles efectos
causantesdel deterioro del hormigón de cemento aluminoso. Un primer efecto sería el
producido por la alcalinidado los ionesNa o K de los áridos.Si estosiones son liberados
en el hormigón aceleranligeramentela conversión,pueden aumentarla velocidad de
desarrollode la porosidady el tamañode los poros. Como consecuencia,
el hormigón se
vuelve vulnerable al ataque por otros agentes,por ejemplo, un ataque posterior por
sulfatos.El otro efecto de los álcalissobreel deteriorodel hormigón, llamado hidrólisis
alcalina, se debe a un proceso destructivo de carbonataciónen presenciade iones
metálicosalcalinos.
La hidrólisis alcalina es una forma de ataque específicapara los cementos
aluminososque fue detectadaen 1935.La naturalezade estefenómenoy su mecanismo
fue descritay publicadaen 1936por Rengade.3s
En circunstancias especiales, los hidróxidos alcalinos pueden hacer de
caLalizadoresde un proceso destructivo en el que interviene el COz atmosferico. Las
reaccionesque tienenlugar se describena continuación.
Debido a la porosidad del hormigón, los álcalis solubles en agua salen a la
superficiepor capilaridady reaccionancon el COz de la atmósferaformando carbonatos
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que, al evaporarseel agua,cristalizanen la superficie.Este procesoviene descritopor el
primer equilibrio.
2KOH + COz -) KzCO¡ + H
KzCO¡ f CAHro -)
CaCO¡ + KzOAlzO3+ 10 H
+KzCOg
KzOAlzO¡ + COzatmosférico
+
CAHro * COzatmosfe.ico
+ AlzO:
CaCO¡ + AlzO¡ 3 H2O + I H
Como nos indica el segundo equilibrio, en presenciade álcalis en forma de
carbonatoalcalino,los aluminatoscálcicoshidratadosse solubilizan.
En ausenciade COz, la acciónde los hidróxidosalcalinosno pasaríade estaetapa
y se aceleÍariantodos los procesos que implicaran una disolución previa de la fase
reaccionante.El resultadoseríaun aumentode la velocidadde transformación.Pero en
excesode COz y ag)alos aluminatosalcalinossetransformansegúnel tercer equilibrio.
El resultadofinal seráel indicadopor el cuarto equilibriodonde se obtiene como
productos finales carbonatocálcico e hidróxido de aluminio.El álcali se regeneracomo
carbonato alcalino y comienza de nuevo el ciclo. Así, como los álcalis se recuperan
duranteel proceso,con muy poca cantidadse mantieneel procesode forma indefinida.
Esencialmente, la disolución de la sal metálica alcalina actua como un
transportadordel COz atmosfericoy tambiénproporcionalos medios para atacara los
aluminatosde calcio hidratados.
completa
duranteel procesose producirála destrucción
Segunestasreacciones,
de la masadel materialdebidoal efectocatalíticodelos carbonatos.
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Esta forma de carbonataciónes diferente a la carbonataciónatmosferica normal.
En la hidrólisisalcalinael COz actúacomo medio de los carbonatosalcalinosy conducea
una desintegracióndel hormigón,o lo que es lo mismo,a una gran pérdidade resistencia
mecánica.Por el contrario,la carbonataciónatmosfericanormal se produce a travésde la
carbonatacióndirectade los aluminatospor el COzy siempretiene un efecto de aumento
a2
de las resistenciasmecánicas."'
Rengade38
afirmó que las condicionesidealesparala reacciónson: un hormigón
poroso, en contactocon álcalisy humedadeselevadas.
La vulnerabilidad del hormigón ante ataques mediante agentes destructivos
dependeen gran medida del caráctery distribuciónde los poros en la masa, y de la
extensiónen la que puedael agenteagresivopenetraren ellos y llenarlos.Por tanto, para
el hormigón de cemento aluminoso,queda claro que la relación agua/cementoes critica,
tanto para determinar la durabilidad del hormigón como para el desarrollo de sus
resistenciasa largas edades.Esto se debe a que la relación agualcementocontrola la
cantidadde agualibre en el hormigón,tanto antescomo despuésde la conversióny, por
tanto, la porosidaddel hormigón.La velocidadde conversión,la cual estáprincipalmente
influenciadapor la temperaturadel hormigón, sobretodo a edadestempranas,afectarít
directamentea la velocidad de incrementode la porosidady al tamaño de los poros
formados. Así, para velocidadeslentasde conversión,a temperaturasmás bajas y para
hormigones con bajas relacionesagualcementose deduce que el comienzo del deterioro
se aplazaráy que la velocidadde deterioroserálenta debido a la mayor impermeabilidad
del hormigón producidapor una estructurade los poros máspequeña.zl
Así George'n indicó que algunasestructurasconstruidascon este cemento se
deterioraronrápidamentea través de esta forma de ataqueen los primeros años de su
utllizaciín, cuando las relacionesagua"/cemento
empleadashabíansido superioresa 0.6.
SegúnBate2l el número de casosregistradosde construccionesdañadaspor este
fenómeno representasólo una pequeñaproporción de la construcción total que ha
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utilizado este cemento. En todos estos casos de deterioro, el hormigón había sido
o humedadascendentepor
mojado por filtraciones del tejado, fuertes condensaciones
capilaridad.Así, la hidrólisis alcalina sólo se ha detectadoen estructurasde edificios
donde la superficie del hormigón está húmeda. El ataque puede tener lugar para
cualquier nivel de conversiónque presenteel hormigón. Sin embargo, sus efectos han
sido más graves cuando el estado de conversión que presentabael hormigón era
avarzadoy cuandotodos estosfactoresestabanunidos a un hormigón de mala calidad.
Por último, este autor indicó que el progresode la hidrólisisalcalinapuede llegar a ser
parado si es posible excluir el aguay/o el COz del área afectada.
En el BRE Digest de marzo de 199440se resaltala excepcionalidadde los casos
de deterioroscausadospor estefenómeno.
En España,a la hidrólisisalcalinase le atribuyóel colapsoocurrido en noviembre
de 1990 en el barrio del Turó de la Peira de Barcelona.Allí se detectaronzonas de las
vigas que podían desmoronarsefácilmentecon las manos y que presentabanun color
oscuro. La hipótesisde la hidrólisis alcalinase derivó tambiéndel hecho de que el árido
utilizado en las vigas,granito, habíasido el generadorde los álcalis.Curiosamente,en las
vigas colapsadasera posibleidentificartambiénque habíazonas,adyacentesa las que se
desmenuzabancon los dedos, que manteníanuna resistenciamecánicarazonable.Estas
secasy erande un color marrón muy claro. La observación
zonasestabanaparentemente
era pues contradictoria ya que los álcalis, en principio, debían de estar repartidos
húmedasy
uniformementeen la viga y, sin embargo,sólo unaszonas,las aparentemente
resistentes.al
oscuras,eranlas que habíanperdido suscaracterísticas
Por último, la presenciade excesode álcalisdebe evitarseen todo hormigón de
La fuente de los álcalispuede ser
cementoaluminosoproyectadocon fines estructurales.
un constituyentedel árido o el cementoportland. La fracción fina de ciertos áridos, en
particularlos derivadosde algunasrocasígneastalescomo el granito, es capazde liberar
los álcalis solublesfácilmente,en tales casos debe restringirsela presenciade dichos
finos.'o'o''o'
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Midgleyr3proponeun método para determinarla cantidadde álcalisliberablesen
los áridosy estableceel límite de riesgoen 0.02oA.Además,realizauna lista de minerales
y rocas que son ricos en álcalis,pero señalaque su presenciano siempresuponeque se
produzcaestaliberaciónde álcalisen el hormigón.
Por otro lado, el carbonatoalcalino puedetener su fuente fuera del hormigón. Un
ejemplo de esto es cuando el cemento aluminosoestá en contacto con un cemento
portland. El deterioro ocurre sólo si el hormigón de cemento portland es poroso,
permitiendoasí que los álcalissolublesalcancenla superficiepor capilaridad.
Ademásde su influenciaen el deteriorodel hormigóndebidoal procesode
hidrólisisalcalina,los álcalisinfluyensobreel tiempo de fraguado,en el desarrollode
resistenciasy estimulanla conversiónincluso en ausenciade evaporacióno
carbonatac i6n.
30'42'43
La hidrólisis alcalina se manifiestapor la apariciln de manchasoscuras en la
superficieademásde grietas superficialesy descascarillados.
La parte de mortero que
estádebajode talesdescascarillados
aparecepastosacon un espesoren principio delgado
que aumenta con el tiempo. A menudo, la superficie se recubre con manchas
blanquecinaso eflorescencias.a2
Normalmente, se puede detectar este procesofácilmentemedianteuna inspección
visual. Al observarlas características
antesmencionadas
seránecesariotomar medidasde
reparaciónantesde que la integridadestructuralse dañe.21
Pero el deterioro de un hormigón de cementoaluminosodebido a la hidrólisis
alcalinapuede tener lugar incluso en hormigonesde buena calidad cuando,tal y como
hemos comentadoantes,contengaáridoscon álcalissolubleso esté en contacto con un
hormigón de cementoportland poroso. Bajo tales circunstancias,
el deterioro puede no
ser aparentey no detectarsecon un simpleexamenvisual.Un hormigónbien compactado
e impermeableno deberíaser objeto de este tipo de ataquepero la conversiónde los
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aluminatosde calcio hidratadosaumentala porosidaddel hormigón.Por tanto, hastaun
hormigón de buenacalidady con una adecuadaresistenciaresidualpodría ser susceptible
de un ataque por parte de álcalis externoscon el consiguientedeterioro. Además, se
consideraerróneo el argumentode que si se diseñanestructurasteniendo en cuenta la
resistenciadel hormigón completamenteconvertido , no hay que preocuparsede nada
más. Tampoco hay que olvidar que cuando el hormigón está totalmente sumergidoen
agua el movimiento de aguaa su travéspodría ser pequeño,por lo que el riesgo de daño
más pequeñoque bajo otras condicionesde exposiciónalternativa
es considerablemente
a atmósferahúmeday seca.o'
Por todo lo citado anteriormente,observamosque la hidrólisis alcalina del
cemento aluminoso se consideraen la literatura como un proceso irreversible en la
degradacióny pérdida de resistenciadel cementoaluminoso.Goñial intentó buscar una
explicación clara, que no se da en la literatura, sobre el papel de la humedad en el
fenómenoy, por tanto, en la resistenciamecánica.Por otro lado, pretendeevaluar si la
detección de hidrólisis alcalina debe ser consideradacomo un deterioro irreversible
aparejado del consejo de demolición del edificio, tal y como venia sucediendo en
Barcelona a raiz del accidenteantes mencionado.Los autores presentanuna nueva
hipótesissobreestemecanismodondese postulaque la hidrólisis alcalinapuedeno ser la
última etapadel procesode evolucióndel cementoaluminoso.Esta hipótesisestábasada
en datos de DRX con los que se ha podido identificarun aluminatoalcalino hidratado,
mecánicasy permitiriala identificacióndel
que podríajustificar la pérdidade resistencias
proceso.El aluminatoalcalinohidratadoque identificanpor DRX es el NazAlzOq6HzO.
La presenciade este compuestopresuponeuna elevadacantidadde álcalisen el material
y, por tanto, una elevadaprobabilidadde hidrólisisalcalina.
Así, postulan que el fenómenode pérdidade resistenciamecánicaseríadebido a
higroscópicasy con la ausencia
la formación de un aluminatoalcalinocon características
hidráulicos.
de los conglomerantes
de las propiedadescementantes
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Con esta base distinguen diferentes procesos de degradación del cemento
aluminosoque denominan:disoluciónalcalina,hidrólisisalcalinay carbonataciónnormal.
Disolución alcalinaes el procesode disoluciónde las fasesalúminicasal aumentar
el pH. Este proceso de degradación aparecerá sólo como consecuenciade una
humectaciónconstantedel hormigón de aluminoso,donde en ausenciade carbonatación
hubierauna fuente de álcalis.La elevacióndel pH, por efecto de los álcalis,produce no
sólo una mayor solubilizaciónde los aluminatossino que también acelerala conversión.
La hidrólisis alcalina sería una carbonatacióna valores elevados de pH. La
velocidaddel procesodependeráde la proporciónrelativade las especiesque intervienen
en é1,en especialdel agua y los álcalis,ya que la proporción de COz es más o menos
constanteen la atmósfera.Por otro lado, la porosidaddel hormigón tambiénjugará un
papelimportante.Las resistencias
mecánicasse podránmanteneren un valor aceptablesi
la estructura se mantiene seca. Así pues, la hidrólisis alcalina puede no suponer la
destrucciónirremediablede la estructurav su tratamiento consistiríaen aseguraruna
sequedadsuficiente.
El procesode carbonataciónnormal tal y como lo describenlos autores1o hemos
tratado extensamenteen el punto anterior.
Por otra parte,los intentosde reproducirel fenómenode la hidrólisis alcalina,a
nivel de laboratorio,sobrehormigonesde cementoaluminosoelaboradoscon áridos que
contenían cantidadesvariablesde álcalis liberablesno han sido muy afortunadospues no
se ha podido establecercorrelacionesclarasentreel contenidode álcalisliberablesde los
áridosy la aparicióndel fenómeno.
Como ya se ha visto, para que la hidrólisisalcalinase produzcase necesitaagta,
álcalis solublesy COz Por otro lado, todos estos elementosse pueden reunir con el
cementosólo en un hormigón de porosidadelevada.Así George3eintentó reproducir en
varias ocasionesestefenómenoen el laboratorio.Utilizó morterosricos en cementocon
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distintas variedadesde áridos. Trabajó con muestrasde porosidadesvariables entre
Il.5% y 26.0%. El ataquetuvo lugar al cabo de uno o dos mesessólo en seis de las
condicionesestudiadas.La porosidadmínimaen la que observóla hidrólisisalcalinafue
del 2O.9oAy la más alta a la que no se observó fue de 22.7yo. Tampoco observó
deterioro en los morterosfabricadoscon relaciónagua/ cementoinferior a 0.7.
Damidot32estudia la influencia del
NazO sobre el sistema CaO-AlzO¡-
CaCO:-HzO. Concluye que la presencia de álcalis incrementa marcadamentela
concentraciónde carbonato en la disolución en equilibrio con las fases carbonatadas.
Como consecuencia,a medidaque aumentala concentraciónde carbonatose modifica la
secuenciade hidratos estables.En presenciade sodio, la concentraciónde Ca2* en la
disolución en equilibrio con el monocarboaluminatodisminuye, y aumentan las
concentracionesde Al'* y COr'-. De este modo se modifica y amplia el intervalo de
concentracionesde COr2'en el que dichafasees estable.Además,del estudiodel sistema
CaO - AlzO¡ - CaCO¡ - HzO a 25oC se puede observarque ningún hidrato o especie
carbonatada en dicho sistema alcarza la sobresaturacióny precipita, cuando la
concentraciónde COr'- en la disoluciónexcede1.32 lO'4mol / Kg.
Por otro lado Blenkinsopooestudiala cinética de la reacción de carbonatación
tanto en presenciacomo en ausenciade álcalis. Determina los cambios químicos y
mineralógicos asociadosa esta reacción mediante el estudio del efecto de distintas
disolucionesde carbonato alcalino sobre el C¡AHo y una muestra real de hormigón
totalmente convertido. La cinética de la reacciónde descomposicióndel CgAHo y del
cementoaluminosohidratadopor medio de COz en aguay mediantecarbonatosalcalinos
es rápida.Las reaccionesque tienenlugar son las siguientes:
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
C3AII6 + 3 \&CO: -+ 3 CaCO¡ + MzO AlzO¡zHzO + 4IlrO
( z-2 )HzO + M2O AlzO¡ z}fzO + COz -+ MzCO¡ + AlzOs zHzO
La ausenciaparcial de COz atmosfericoimpide que progresela descomposición
de los aluminatosalcalinoshidratadosa carbonatosalcalinose hidróxido de aluminio.
La velocidad de la reacción está determinadapor la formación rápida de
carbonatode calcio y precipitaciónlenta del hidróxido de aluminio. La velocidad de la
reacción en la etapa inicial de carbonatacióndel cemento aluminoso es similar en
presenciade iones potasio, sodio y litio. La segundaetapapresentavelocidadmayor en
el caso de ion sodio, velocidad intermediapara el ion potasio y menor para ion litio.
Compruebaque la carbonataciónno procedehastael final en el caso de disolucionesde
carbonatode litio.
En función de la concentraciónde la disolución de carbonato alcalino, observa
que, para molaridadesmás altas la velocidad de carbonatación,medida bien como la
velocidad de descomposicióndel C¡AH6 o bien como la velocidad de formación del
CaCO¡, es mayor que para molaridadesmenores,ocurriendo a la máxima velocidad
durantela primerahora del proceso.
Observó que sólo una proporción del CaCO: producido en la reacciónse deriva
de la descomposicióndel C:AHe, ya que el CaCO¡ detectadoes siempremayor que la
cantidadteórica que se obtendríaa partir de la descomposiciónde una cantidadconocida
de C¡AII6. El excesode CaCO: se producepor la descomposiciónde otros aluminatos
de calcio presentesen el cemento.Tambiénobservó,que en presenciade carbonatode
sodio 0.1M
el hidróxido de aluminio no aparece hasta que todo el C¡AII6 ha
desaparecido.Segúnlos autoresesto se debea que todo el aluminioprocedentede esta
fase queda en disolucióny se encuentrasolvatadoa los iones sodio, presumiblemente
para formar un aluminatosódicosoluble.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Í9
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Yagüeas intenta reproducir de forma acelerada en el laboratorio las
transformacionesde la hidrólisis alcalina. Para ello, fabrica morteros de cemento
aluminoso,una parte de los cualesse ha sometidoa tratamientotérmico. Posteriormente,
los han carbonatadoen diversascondicionesde alcalinidad.Las diferentescondicionesde
carbonataciónproducen especiescristalinasdiferentesy además,detectanimportantes
pérdidasde resistenciay aumentosde porosidadque son muy elevadosen los morteros
que tienentratamientotérmico y contactocon un mediofuertementealcalino.
Gomá46realizó un análisisde los factores que influyen en la disminución de
resistenciasresidualesen los morteros de cemento aluminoso debido a la disolución
alcalina.En este estudio trató de medir la influencia cuantitativade diferentesparámetros
tales como la concentraciónde iones OH- libres, la naturaleza del ion alcalino, la
temperatura,el tiempo, la presenoiao ausenciade COz, el grado de conversión, los
parámetrosfisicos,porosidades,densidades,
etc. Para esto, determinalas fasesexistentes
por XRD, DTA
y TG, antes y despuésde la acción alcalina.Finalmente, de los
resultadosobtenidosestableceel entornode parámetrosque definenzonassin riesgo.
Los resultados más interesantesde este estudio se pueden resumir en los
siguientespuntos:
La composiciónquímica de las pastaspuras atacadasen diferentesdisoluciones
alcalinasse alterapasandoaluminatoa la disolución.
La disolución alcalina de las fases del cemento aluminoso hidratado afecta
negativamentea las resistenciasresidualesy está limitada por un equilibrio
químico cuando las condicionesde contacto son de estanqueidad.El valor del
aluminatosoluble( AI(OH)4-) dependede la concentraciónde iones OH- y sobre
él no influye prácticamentela temperatura.
las muestras
Con respectoa la influenciadel ataquealcalinosobrelas resistencias,
más porosasson las que menor resistenciapresentan.Esto se debe a que en ellas
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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la relacióngel / poro es másbaja.Este parámetro,segúnel autor, es decisivopara
entenderel comportamientodel cemento aluminoso como conglomeranteya que
juega un papel doble;por un lado, es más facil que penetrela disoluciónagresiva
y, por otro, las unionesfisico-químicasde los gelesson más débilesen su acción
aglomerante. Cuando se produce esta situación el equilibrio " hidratacióndeshidrataciín" actuanegativamentesobrelas resistenciasy, en consecuenciq se
entra en una situaciónde parámetrosde riesgo.
Con respectoa la influenciasobrelas resistenciasdel tipo de disolución alcalina,
las más agresivasfueron las de NaOH, seguidasde las de NazCO¡, siendo las
menos agresivaslas de K2CO:. Con respecto a la concentración,conforme
aumentaéstalo haceel efectonesativosobrelas resistencias.
Por último, con respecto a los cambios de fases mineralógicos,el autor ha
observadopor ATD la presenciade grandescantidadesde fases hidratadasen
forma de gel, CAH16,T - NzOz, y AlzO¡. Éstasno se observanpor DRX. Esto
confirma que son fases amorfas y que no se detectan por DRX hasta que
cristalizan a través de la conversión.Las resistenciaselevadas del cemento
aluminoso,segúnel autor, tienen relacióncon este estadode gel. A medida que
se van convirtiendobajan.Por otro lado, la acción del carbonatoda lugar a la
formación de cantidades importantes de CqAcHrr. Es posible que la
incorporaciónde estafasejustifique que las resistenciasen las muestrastratadas
con carbonatosalcalinosbajanmenosque en las seriestratadascon NaOH.
Puertas35estudia el efecto del KOH sobre la hidratación y carbonataciónde
morteros de cementoaluminosocuradosa distintastemperaturas.Compruebael efecto
aceleradordel KOH sobrelas reaccionesde hidratacióndel cemento,así como sobre el
Estudiatambiénla relación
desarrolloy evoluciónde las faseshidratadasy carbonatadas.
mecánicasde los morteros.
entre el desarrollode fasesmineralóeicasv las resistencias
Las conclusiones
másimportantes
de estetrabajofueronlassiguientes:35
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
La presenciade KOH disueltoen el aguade amasadoincrementala velocidadde
las reacciones de hidratación del cemento aluminoso para las temperaturas
estudiadas.Debido a esta mayor velocidad de las reaccionesde hidratación se
produce un incrementoen el calor de hidrataciónque provoca modificacionesen
la composiciónmineralógicade las pastas.
La presenciade KOH no parecemodificar la velocidadde carbonataciónde las
pastas,aunquesí afectaa la composiciónmineralógicade las mismas.
La deposiciónmasivade productosde carbonataciónconducea una reducciónde
la porosidadde las pastas,lo que se manifiestacon un incrementoprogresivode
las resistenciasmecánicas.
El proceso de hidratación del cemento aluminoso se ve retardado (o quizás
a procesosacelerados
detenido)cuandolas probetasse sometensimultáneamente
de carbonatación.
Como ya hemos visto al principio de este apartado los productos finales del
proceso de degradaciónpor hidrólisis alcalinason los mismosque los obtenidosen un
procesode carbonataciónnormal,AH3 y CaCO¡ en susdistintasvariedadespolimórficas.
Esto hace que el diferenciarambos procesos,sobre todo en muestrasreales, sea una
tarea dificil.
consideranque cuandola carbonatación
En este sentido,Yínqueza1y Chinchóna8
se produce en presenciade álcalisla variedadpolimórficadel AH3 Queapareceno es la
gibsita sino la bayerita. Dado que en su identificaciónlas reflexiones de la bayerita
prácticamentese solapan con las de la gibsita, Chinchóna8indica que es necesario
comprobarotros espaciados,en especialla reflexiónmás intensade la bayeritaa 2.224'.
Sin embargo,ambostienenpresenteque la bayeritacon el tiempo se convierteen gibsita.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
De esta maneraun hormigón puedehaber sufrido el procesode hidrólisis alcalinay su
estudiomedianteDRX no detectarpresenciade bayerita.
De la Fuenteaeno estáde acuerdocon la teona que defiendeque la presenciade
bayerita es un signo inequívocode la existenciadel fenómenode hidrólisis alcalina,a
pesar de ser la forma polimórfica del AH¡ que inicialmente se genera en presencia de
álcalis.Esto se debe a que ha podido comprobaren numerosasocasionesque cementos
aluminosos hidratados en el laboratorio presentaban bayerita sin problemas de
degradacióndebidos a una hipotéticahidrólisis alcalina.También ha podido confirmar
experimentalmentela conversiónpor envejecimientode labayerita en gibsita.
Así mismo Pérezs0constatóla presenciade bayeritaen morteros fabricadoscon
cementoaluminosoy arenasupuestamente
exentade álcalis.
Goñi,arafirmó no estarde acuerdocon los autoresque defiendenque la presencia
de bayeritava asociadaa estefenómeno,ya que consideramuy dificil diferenciarambos
procesos,carbonatacióne hidrólisis alcalina,por vía química. Sin embargo, aftrma la
existenciade un aluminatoalcalinohidratadode pobrespropiedadescementiciasal cual
se le podría atribuir la pérdida de resistenciamecánicasufrida en este proceso de
degradación.Este compuesto lo detecta medianteDRX, siendo sus reflexiones más
intensascoincidentescon las de los polimorfos del AHg. En este trabajo no comprueba
otros espaciadospara dicho compuesto.
de
Por otro lado,Yínqvez,*en un ampliotrabajorealizadosobrecarbonatación
cementoaluminoso,encuentragibsitay bayeritaen pastasde cementofabricadas
de álcalis.
ausencia
Con todo esto, el diagnósticode la hidrólisisalcalinaen un hormigón de cemento
aluminosoes todavía un problemade soluciónincierta.En los estudiosllevados a cabo
por de la Fuenteaesobre 1500 muestras reales menos del 5oA todavía presentan
aluminatoscálcicoshidratados( cúbicoso hexagonales
) y siempreaparecenen pequeña
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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proporción.Por tanto, dado que no existenaluminatoscálcicoshidratadosen estas
muestrasno es posibleque se produzcala hipotéticahidrólisisalcalina,es decir, no
de una ya imposibleevolucióndel
habriadisminuciónde resistencias
a consecuencia
material.
Las conclusionesa las que llega el citado autor en sus trabajos son las
siguientes:ae
La hidrólisis alcalina es un fenómeno de dificil o muy dificil comprobación
experimental.
Las especiesquímicasque se encontraríanen un cementoaluminosoque hubiera
sufrido hidrólisis alcalina serían las mismas que las que existirían si el cemento
hubiera sufrido una carbonataciln en ausenciade álcalis. Por tanto, un análisis
químico o mineralógico del cemento presuntamenteafectado no determinaria la
presenciao ausenciadel fenómeno.
La presencia de una cantidad muy elevada de álcalis sería condición necesaria,
pero no suficiente,para presuponerla existenciade hidrólisisalcalina.
De la mismamanera,la bayeritano presuponela existenciadel fenómeno,a pesar
de ser la forma polimórfica del hidróxido de aluminioque inicialmentese genera
en presenciade íúcalis.La bayeritaevolucionacon el tiempo a gibsita que es la
forma establedel hidróxido de aluminio
En muestrasreales,el hechoconstatadode que la granmayoríade las viguetasde
cementoaluminosose presentanen su último estadode evolución, conversióny
en su caso carbonatación,hace superfluala evaluaciónde presenciade hidrólisis
alcalina,ya que no es posibleuna posteriorevolucióndel cemento.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Por todo lo expuesto anteriormenteparece evidente la conveniencia de la
realizaciónde un estudioque permitaprofundizaren el conocimientode los mecanismos
de la hidrólisis alcalina.Este fenómeno,va asociadoa la presenciaen el hormigón de
cemento aluminoso de aluminatos de calcio hidratados. no teniendo consecuencias
sravesen los totalmentecarbonatados.
Con este fin, planteamoslas siguientesexperiencias:
Comprobarlos efectosde la carbonataciónen ausenciade álcalisen morteros de
cementoaluminoso.
Comprobarlos efectosdel ataquealcalinosobremuestrasde mortero de cemento
aluminosocarbonatadas.
Estudio del efectodel NaOH sobrela hidrataciónv carbonataciónde morteros de
cementoaluminoso.
Estudio del efecto del NazCO3sobrela hidratacióny carbonataciónde morteros
de cementoaluminoso.
Para esto se fabricaránmorterosde porosidadelevada,relación agualcemento0.7
en todos los casos,que facilite el procesode ataquey nos permita evaluarsu extensión.
Además, se emplearáncomo líquido de amasadodisolucionesalcalinasde ion sodio de
concentracioneselevadas,NaOH lM y NazCO: 2M, para que, de acuerdo con
Blenkinsop,oola reacciónse produzcaen mayor extensión.El estudio se llevará a cabo a
dos temperaturasdiferentes,5"C y 60"C.
Así se trata de reproducir en todos los casosel comportamientode los distintos
aluminatos de calcio hidratadosestablesa cada temperaturade trabajo, estudiar los
cambiosen las fasesmineralógicasmedianteanálisispor DRX y determinarsu influencia
mecánicas.
en la evoluciónde resistencias
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
2.4.Mezclasde cementoaluminosoy portland.
No todos los cementostienen las mismaspropiedades.Así, parece interesante
asociar las propiedadesde distintos cementoscon el fin de obtener conglomerantes
prácticas.Estasmezclasentre cementosno
mixtos que respondana ciertasnecesidades
son siempre posiblesya que todos los cementosno son compatibles.Ciertas mezclas
pueden dar lugar a fenómenos de expansión,pérdidas de resistenciao fraguados
A y B son compatiblessi la resistencia
instantáneos.Por definición,dos conglomerantes
mecánicadelamezcla, \
viene dada por:
R: aRa + bRs
siendo a y b las proporcionesrespectivasde cada cementoen la mezclay R¡ y Re las
resistenciasmecánicasindividuales.
Por otro lado, la mezclade cementosque reaccionanquímicamenteentre sí no es
adecuada.Tales mezclasse consideranincompatibles.Este es el caso de las mezclasde
cementoportland ( CP ) y aluminoso( CAC ).51
El CP actúa como un acelerador del fraguado del CAC y viceversa. Las
característicasde estasmezclashan sido descritaspor Robson.rLas mezclasCAC / CP
presentan la propiedad de tener un fraguado rápido, controlable en cada caso
modificando las proporciones de la mezcla. Sin embargo, cuanto más rápido sea el
fraguado obtenido menor será la resistenciafinal; por ello, estas mezclasno deberán
usarsenuncacuandose requierauna capacidadparasoportargrandescargaso cuandoel
hormigón seaarmado.Tambiénen estasmezclasseverá reducidaIa resistenciaa sulfatos
del cementooriginal.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Las mezclas de este tipo se empleanen forma de pasta o como morteros u
hormigonesen masapara aplicacionesque requieranun fraguadorápido y un desarrollo
de resistenciamecánicarazonablea una edad muy temprana. Aunque la mayor parte de
las aplicacionesde este tipo son de carácter temporal, hay muchos casos donde
hormigonesfabricadoscon estasmezclashan dado un serviciolargo y satisfactorio.l
Según el mismo autor,r los tiempos de fraguado dependen, además de las
particularesde cadahornadade amboscementos,de otros factorescomo
características
la relación aguaI cemento,temperatura,estabilidadde los productoshidratados,etc.
Así, en mezclasque contienencantidadesde CP comprendidasentre un 15-6004,
o al menos siempreque el CAC excedade un 20 oA enla mezcla,se observaun fraguado
instantáneo.SegúnLea,rsesto es debido a que el yeso y el CH que aporta el CP en su
hidratación se combinan con los aluminatos de calcio hidratados formados por la
hidratacióndel CAC. Esto provoca que se acelereel fraguadodel CP cuandose le añade
CAC. Sin embargo, la resistenciaque desarrollaneste tipo de mezclas de fraguado
instantáneoes muy débil.
Por otro lado, hay ciertas mezclas de CAC/CP que sufren importantes
Esto se debede nuevo a la reacciónentre los productos de
contraccionesy expansiones.
hidratación.La hidratacióndel CAC se producesin desprendimientode CH. En cambio
el CP en su hidratación libera CH en cantidadeselevadas.La presencia de este
compuestomodifica completamentela hidratacióndel CAC en las mezclasCAC/CP. La
presencia de CH impide la hidrólisis del aluminato monocálcico, produciéndosela
reacción de hidratación sin la disolución de este compuesto.Como consecuenciase
produce un hinchamientoimportante.Esto explicatambiénlos descensosde resistencias
observadoscon estasmezclas.Además,el CH favorecela inestabilidadde los aluminatos
cálcicos hexagonalesfavoreciendo su transformación al cúbico. Este hecho también
y explicalas retraccionesobservadas.sr
influye en el desarrollode resistencias
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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En resumen,podemosdecir que el fraguadodel CAC se acelerapor el yeso y por
el CH del CP mientrasque el del CP se acelerapor la reaccióndel yeso con el CAHro,
CzAHsy C¡AH6 del CAC para dar etringita,lo que permitela hidrataciónrápidadel C¡A.
La bibliografia en este tema es muy reducida dado que las mezclas binarias
mecánicasy, por tanto, no es aconsejadosu
CAC/CP no presentanbuenascaracterísticas
uso para hormigón armado.La itnca encontradaestá relacionadacon el desarrollo de
cementos expansivosa base de mezclas de CAC/CP. El desarrollo de este tipo de
cementosdata de los años 20. Sin embargo,en EE.tfU. ha aumentadomucho el uso de
y reparaciones
de infraestructuraurbana,lo cual
cementosexpansivosen rehabilitaciones
ha renovadoel interéspor estetipo de sistemas.
Para Gus2el control del fraguadorápido de estos sistemasha sido un problema
que ha limitado su utilización.Considerandoque el tiempo de fraguadode estasmezclas
varía con las proporcionesde amboscementos,siendola proporción óptima para obtener
un tiempo de fraguado mínimo l0% CLC I 30% CP. Según el autor, para poder
optimizar la aplicación de estos sistemases necesarioentender los mecanismosde
hidratación y del desarrollo microestructural.Así, consideraque hay que evaluar los
factores que afectan tanto al mecanismo de la hidratación como al fenómeno del
fraguado rápido. Por tanto, utilizando técnicas electroquímicasde medida de la
impedancia, estudia el proceso de hidratación de las mezclas CAC/CP y su
comportamientoduranteel fraguado.La respuesta,en estetipo de técnicas,es sensiblea
los cambios en la concentraciónde los iones de la fase líquida en los poros, y al
desarrollomicroestructural de las pastashidratadas.Apoya los resultadosobtenidoscon
esta técnica con estudiosde microscopíaelectrónicay análisismedianteespectrometría
de energíadispersivade rayos X. Llevó a cabo el estudio sobre pastasfabricadascon
mezclas CAC/CP en diferentesproporciones,utilizando en todos los casos relaciones
awa/cementode 0.4.
Observóque el comportamientode estos sistemasestá marcado por cuatro
microestructurales.El primero que se produce es la formación de
acontecimientos
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
etringita acompañadade un consumo de agua importante y provocando el fraguado
rápido. El segundo es un período donde la hidratación continua a una velocidad
relativamente lenta. En este período se acumulan los productos formados en la
hidratación, principalmente C-S-H ( gel de tobermorita ), CAH16 y CzAHs, sobre la
superficie de partículas que no se han hidratado. El tercero se caracteriza por una
hidratación rápida del CAC. En el cuarto y último paso se produce la formación de CH
procedentedel CP.
Por otro lado, con respectoal fraguadorápido de estasmezclas,concluyeque se
debe a la formación de etringita,y que la clave para retrasarel fraguado es controlar la
concentraciónde ionescalcio,sulfatoy aluminatoen la faselíquida.Para esto propone el
uso de pastasobtenidascon mezclasde CP y CAC que se ha hidratadopreviamente.Así,
los iones aluminato difundirán lentamentea través de una capa de productos de
hidrataciónobtenidospreviamentesobrela superficiede partículasde CAC no hidratado.
Este procesode difusiónlentaproduciráun retrasoen el fraguado.
Por otra parte,Bensted53
estáde acuerdocon que en muchoscasosla formación
de etringita es la causaprincipal del fraguado rápido de estas mezclas.Sin embargo,
consideraque no es la única causa.Para él tambiéncontribuyea este comportamiento,
por un lado, la formación inicial simultáneade CAHro y/o CzAHs, aunque durante el
curso de la hidratación lleguen a ser sustituidosen gran medida, en función de la
disponibilidadde ion sulfato.Por otro lado, contribuyela conversiónde éstos & C3AH6,
fase que puede ser sólo transitoriaen estos sistemas.Por tanto, para este autor, es la
disponibilidadde sulfatos la que gobierna la formación de etringita en el proceso de
hidrataciónde las mezclasCAC/CP.
Gu5aestáde acuerdocon Bensted" en que la formaciónsimultáneade CAHro y/o
CzAHs tambiéncontribuyealgo al proceso.Sin embargo,insisteen que la formación de
más importantesdel fraguadorápido de estas
etringita es una de las causasresponsables
mezclas.Su argumentoestábasadoen la resistenciainicial obtenidapor el sistemaCAC
en presenciade CH y la obtenidapor la mezclaCAC/CP. En el primer caso, los valores
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
bajos en comparacióncon el CAC solo. Sin embargo,
obtenidosson considerablemente
en el sistemaCAC/CP se mantienenrelativamentemás altos. La explicaciónde ambos
comportamientos sería la siguiente. En el primer caso los aluminatos hidratados
formados en presenciade CH retardanel proceso de hidratacióndel CAC ya que se
crean sobre la superficiede partículasde CAC no hidratadas,hecho que dificulta que la
reacciónprogrese.En cambio, paralas mezclasCAC/CP se consideraque el valor de las
resistenciasobtenidose debea la formaciónde etringitay de aluminatoshidratados.Este
proceso consumecantidadesgrandesde CH, de aluminatoshidratadosy de yeso, Como
consecuenciase acelerala hidrataciónde amboscementosen las primerasedades.
Con respectoa la importanciaque en determinadostrabajosde reparacióntiene la
indica que la resistenciaa sulfatosde estasmezclasva a
resistenciaa sulfatos,Bensted53
estar afectadapor todos los factoresque influyanen el desarrollode la microestructura.
Entre estos factores se encuentranla uniformidad del proceso de hidratación y del
Así, un fraguado rápido irregular proporcionará
fraguado, y la relación agua,/cemento.
una microestructurahetereogénealo cual provocaráel aumentode la porosidad.Como
consecuencia,laerrtradade agentesagresivostales como los sulfatosserámás fácil. Por
ejemplo, las mezclas CAC/CP que contienen 5/95 y 20180 en peso muestran una
resistenciaa sulfatosmás baja que el CP puro, mientrasque las que contienencantidades
comprendidasentre 80 I 20 y 100 / 0 presentanuna resistenciaa sulfatoscomparablea la
del CAC puro.
Gu55estudia el efecto de las salesde litio sobre la hidrataciónde las pastasde
mezcla CAC/CP. En el proceso de hidratación de las pastas que contienen
2}%CLClS}yoCP se ha observadola formación de etringita, y como consecuenciase
produce el fraguado rápido y el retraso de la hidratacióndel CP. Esto hace que el
desarrollo de resistenciasmecánicasen el sistema sea pequeño, lo cual limita sus
aplicaciones.En este sentido demuestranque las salesde litio evitan el retraso en la
hidratación del CP y, por tanto, permiten que las mezclas CAC/CP alcancen las
resistenciasnecesariaspara su utilizacióncomo morterosde reparación.
r9.0l
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Fu56estudia el uso del CAC como compuestoprincipal de un aditivo para el
desarrollo de cementos expansivosa base de CP. Estos aditivos expansivos están
compuestosprincipalmentepor materialesque aportanaluminio(CAC o CAC hidratado
previamente),SO3(CaSO+llzH2O) y calcio (CH) Susresultadosindican que el cemento
expansivo obtenido con una cantidadadecuadade aditivo expansivobasado en CAC
prehidratado (23-31olo),supera todos los requerimientosimportantes de las noffnas
ASTM para cementoshidráulicosexpansivos.
Posteriormente,Fu57continúa su estudio para desarrollarun cemento expansivo
basado en añadir al CP un aditivo con característicasexpansivas.Para esto estudia
distintasmezclasque contienencementoaluminosohidratadoa diferentestemperaturas.
Así, los compuestosprincipalesen cada caso seránCAH19,CzAHs y C¡AHo. Evalúa su
funcionamientocomo materialesfuente de aluminio en los aditivos expansivosbasados
en CAC. Determina la expansiónlibre y la formación de etringita de estos cementos
usandodistintosaditivosa basede CAC prehidratado.Su objetivo es demostrarel efecto
de los diferentesaluminatosde calcio hidratados,CAHI¡, CzAHs y C3AH6, sobre la
formación de etringitay la expansiónde estaspastasde cementoexpansivo.Muestra que
cuando el aditivo contiene predominantemente
CAH1¡ y CzAHs reaccionamás rápido
para formar etringita que cuando el aditivo contiene CAC sin hidratar previamente o
CAC hidratado cuyo componentemayoritario sea C:AH6. La expansióndel cemento
expansivoque contieneCAHro y CzAHs se desarrollaprincipalmentedurante el primer
día de la hidratación.La presenciade CsAHopareceretrasarla expansióny disminuyede
forma significativa la expansiónfinal obtenida.
Dentro de la campaia de ensayospromovida por la Generalitatde Cataluña,a
raiz del colapso de una estructuraen un edificio del barrio del Turó de la Peira, se
analizarongran cantidad de muestrasprocedentesde viguetas.Entre otros ensayosa las
muestrasse les realizó análisispor DRX. En algunoscasoslos resultadosmostrabanla
presenciade fasesmineralógicasque sólo se presentancuando se produce la mezclade
ambos cementos. Este hecho sirvió de punto de partida para el estudio del
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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comportamiento de este tipo de mezclasbinarias CAC/CP con el objetivo de poder
evaluarsu durabilidad,dadasu presenciaen elementosestructuralesarmados.
de la hidratación
Por ello, en el presentetrabajo se ha estudiadolas características
de las mezclasformadaspor CAC / CP en distintasproporciones,25I 75, 50 I 50 y 75 I
25 en %oen peso.Estas mezclasfueron fabricadasa distintastemperaturas,5oC,20oC y
60oC. Se ha estudiadola evolución de las fasesmineralógicaspor DRX, la resistencia
mecánicasa compresióny la porosidad
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Revi3ión
2.5.Consideraciones
finales.
Para finalizar esta revisión bibliográfica, parece interesantecitar lo que indica la
normativa en vigor sobre el CAC, definido en ella como tipo VI.58
La utilización de CAC no lleva sistemáticamentea la degradacióndel hormigón
con é1fabricado sino que un hormigón correctamenteejecutadocon CAC dará unos
resultadosexcelentes.Lafabricación de un hormigón con CAC para que no presentelos
citados problemasde conversión,pérdida de resistencia,aumento de porosidad y, por
tanto, facilidad de ataque por agentes agresivos químicos pasa por las siguientes
consideraciones:
*Los útiles de trabajoestaránlimpios sin restosde CP, yeso o cal.
*Deberánutilizarsegravasy arenaslimpiascon la menor cantidadposiblede finos
menoresde 0.05 mm, y que no contenganálcalis,como pueden ser las micas o
los finos obtenidosdel machaqueode granitos.
*La relaciónagua/ cementonuncadeberáserinferior a0.4.
*La dosificaciónen cementodel hormigónserásuperior a4O0Kd-'.
*La puestaen obra ha de ser muy cuidada,no hormigonandode una vez sino en
secciones,a fin de controlarque no subala temperaturadel hormigón.
*Garantizar un mayor y más compacto (impermeable) recubrimiento de las
armaduras que el exigido en el caso de hormigones fabricados con CP,
especialmente en ambientes agresivos o con humedades ambientales v
temperaturasaltas.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
büogrn4fiCa
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*El curado del hormigón deberáser muy cuidadoregandocon agua fría
abundante.La humedadrelativa durante el curado deberá ser alta y la
temperaturano deberásuperarlos 25oC,al menosdurantelas primeras24-48
horas.
*lJna vez fraguados, endurecidos y en servicio no deberán estar expuestos a
humedadesy temperaturaselevadas.
casos:
el usodelos CAC tipo VI enlos siguientes
Así,estárecomendado
+Hormigonesy morteros refractarios,ya que resistenla acción del fuego por
carecer del compuestohidratado más sensiblea la temperatuÍa'.la portlandita
(CH)
rObras en terrenos yesíferos,medios ligeramenteácidos y obras marítimas,ya
que carecende CH en la pasta hidrataday de C¡A en el cementoanhidro, que
pudieran dar lugar a aluminatossusceptiblesde reaccionarcon los sulfatos de
forma expansivapara dar etringita.
Usos especiales:
rCimentaciones,bancadasy apoyos de maquinaria, de rápida
entradaen servicio,debidoa su rápido endurecimiento.
rReparacionesde emergencia.
rTaponamientos de vías de agua, mezclados con cemento
portland, ya que estasmezclasson de fraguadoy endurecimiento
muy rápido.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
oCiertos elementosprefabricados,en particular para ser
enterradosen suelosagresivos.
oProteccióninternade tubos metálicosen conduccionesde
aguapotabledada su buenaresistenciaa las aguaspuras y
mediosligeramenteácidos.
Por el contrario-su uso no es recomendablee incluso está contraindicadoen los
siguientescasos:
eEl uso en hormigón pretensado estructural está prohibido por la actual
reglamentaciónvigente.Esto se debe a la carenciade CH en las pastas,lo que
a
provoca que la reservaalcalinaseabajay, por tanto, no proteja adecuadamente
las armadurasfrente a la corrosión.Esto es particularmentecierto en condiciones
ambientalesagresivas.Por ello, se recomiendamuy encarecidamenteno utilizarlo
en estructuraso elementosde hormigónpretensadocon débilesrecubrimientosy
en mediosagresivos.5s
eCuando no se pueda garantizar una dosificación suficientemente alta, una
relación agsalcementoadecuadamente
baja, unos áridos idóneos ( exentos al
máximo de materialesarcillosos), un curado convenientey unas condicionesde
serviciopropiciasen cuantoa temperaturay humedad.
eMezclascon otros cementos(salvo deliberadamente
con CP para taponamientos
de vías de agua).
eHormigones y morteros en contacto con otros cementos o con medios
aportadoresde álcalis.
oHormigones y morteros que hayan de estar en contacto con aguas alcalinas
cáusticas.
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57. Y. Fu, J. Ding y J.J.Beaudoin,Cementand ConcreteResearch,26,3, 477 - 426,
(1ee6).
parael uso de cementos.
58. LINE 80-300-92.CementosRecomendaciones
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
3. Objetivosy plan de trabajo.
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iObj:efi
Este trabajo forma parte del proyecto de investigación:" Estudio comparadodel
comportamiento evolutivo de morteros de cementoportland y aluminoso con diferentes
dosificacionesy en diferentescondicionesambientales."(GC - IT59 I 93).
El objetivo principal de este trabajo ha sido profundizar en el estudio del
comportamiento del cemento aluminoso bajo determinadascondiciones que suponen el
inicio de procesosdegenerativos.A partir de esteestudio se pretendeobteneruna base
de conocimientossuficientementeextensasobre el tema que permita por una parte
avanzaren el estadoactualdel conocimientosobreestosprocesosy, por otra esclarecer
ciertas contradiccionesexistentesen la discusiónde los mismos.Finalmente,desdeun
punto de vista práctico, establecercriterios que permitan evaluar su durabilidad.
Para esto el trabajo se ha dividido en tres partes:
1o.En primer lugar se ha estudiadoel fenómenode la conversión.Para esto, se ha
realizadoun estudiocomparadode morterosde cementoaluminoso(CAC) y de cemento
portland (CP) fabricados con diferentes dosificacionesy en distintas condiciones
ambientales. Se han caracterizado el proceso de hidratación, el comportamiento
mecánicoy algunaspropiedadesfisicas.Para llevar a cabo esteobjetivo se han fabricado
morteros de CAC y CP con diferentesrelacionesagua / cemento y a temperaturas
distintas.El curado de las muestrasse ha realizado,durante tiempos diferentes,a la
misma temperatura a la que se fabricó. Para cada edad de curado determinada se ha
procedido a la toma de muestrassobrelas que se han realizadolos siguientesensayos:
determinaciónde las resistenciasmecánicasa flexión y compresión,caracterizaciín de las
fases mineralógicasmediante análisis por DRX, determinación de la porosidad y
velocidadde paso de ultrasonidos.
2o. A continuaciónse ha estudiadoel mecanismodel procesode hidrólisis
alcalina.Se trata de reproduciren el laboratorioel comportamientode los distintos
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aluminatos de calcio hidratados establesa cadatemperaturade trabajo y en las distintas
condicionesde exposición.Estudiar los cambiosen las fasesmineralógicasy determinar
su influencia en la evolución de las resistenciasmecánicas.Así, se ha estudiado el
comportamientode morteros fabricadoscon CAC expuestosa distintascondicionesde
carbonatacióntanto en presenciacomo en ausenciade álcalis.Para llevar a cabo este
objetivo se han fabricado morteros de CAC a dos temperaturas diferentes utilizando
como líquidos de amasadoagua destilada,disolución de NaOH lM y disolución de
NazCO¡ 2i[l4.El curado de todas las muestrasse ha realizadodurante el mismo tiempo y
a la mismatemperaturaala que se fabricó.Posteriormente,las muestrasse expusierona
diversascondicionesde carbonatacióny alcalinidad,durante diferentestiempos. Para
cada edad y condición, se ha procedido a la toma de muestrassobre las que se han
realizado los siguientes ensayos:Determinación de resistenciasmecánicasa flexión y
compresión,y caracterizaciónde las fasesmineralógicasmedianteanálisispor DRX.
3".La última parte del trabajo se ha dedicadoal estudio del comportamientode
morteros fabricadoscon mezclasde CAC/CP en distintasproporcionesy bajo diferentes
condiciones. Se han caracterizado el proceso de hidratación y el comportamiento
mecánicoy fisico. Para llevar a cabo este objetivo se fabricaronmuestrasa diferentes
temperaturascon distintas proporcionesde ambos cementos,25o/o,50oA y 75%. El
proceso de curado tuvo lugar a la misma temperaturaa la que se fabricó y durante
diferentesperiodos de tiempo. Para cadacondiciónestudiadase procedió a la toma de
muestras y sobre ellas se realizaron los siguientes ensayos: determinación de la
resistenciamecánicaa compresión,determinaciónde la porosidady caracterizaciónde
las fasesmineralógicasmedianteanálisispor DRX.
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4. Experimental.
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
4.1. Preparación de las muestras.
Para la realizaciíndel presentetrabajo las muestrasestudiadas,en todos los
casos,han sido muestrasde mortero fabricadasen forma de probetasprismáticas,de
40 mm x 40 mmx 160mm.Estosedebea queentodoslos apartados
seha
dimensiones
realizadola determinaciónde las resistenciasmecánicas.El resto de los ensayos
realizadosse ha llevadoa cabobien sobrelas mismasprobetas,antesde que fueran
sometidas
de resistencias
mecánicas,
o biensobredistintasporcionesde las
a los ensayos
mismasunavez ensavadas.
de todoslos requisitos
Así, las probetasse hanfabricadosegúnel cumplimiento
EN 196-1.
dispuestos
enla normaLINE80-101-88,
El mortero utilizado en la fabricaciónde las probetasestá compuestode una
partede cementoy tres de arenanormalizada
CEN EN 196-1,en masa.Lanaturalezade
la arenaes silícea,siendosu contenidoen sílicede al menoseI98Yo.La arenavttlizada
EN 196-T.La
cumplecontodoslos requisitos
dispuestos
en la noffnaI-INE80-101-88,
cantidadde arenautilizadaen cadaamasada
ha sidode 1350+ 5e.
La relación agualcemento(a/c) empleadaen la fabricación de las probetas fue
variable según las condiciones de trabajo que se detallaránmás adelante.En todos los
casosel aguautilizada ha sido destilada(I2.7¡tSlcm). Su temperaturaha sido variable
segúnlas condicionesde trabajo.
Los cementosempleadosen esteestudiohan sido cementoaluminoso(CAC) tipo
VI / 55 y cemento portland (CP) tipo I I 55. La cantidadde cemento total utilizada en
cada amasadaha sido de 450 + 29. Sus análisisquímicosrespectivosse indican en la
tabla siguiente.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
i.l.:.'.,ln09t:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
i,i.ill*li.l..l.ll'iiliiiiiliii:.liiiiiiiiiiii.i,iiit.iiiiiiiiiii:
Tabla U. Anolisis químico de los cementosutilizados.
tipo V I / 55
electroland
Cementoaluminoso
Compuesto si02
oÁ
2.8
FezO¡
FeO
Alz0¡
CaO
TiOz
cl-
s2-
l0
4
4l
39
1.8
0.02
003
Cementoportlandtipo I i 55
Compuesto sio2 AlzO¡ Fez0¡
o
20.4
5.1
3.8
CaO Mgo
SO¡ NazO KrO
64.1
3.1
1.1
cl-
PF
0.07 0.93 0.02 1 . 3
Para la preparación del mortero se ha utilizado amasadora mecánica,
compactadora,moldesde aceroy tolva metálicapara el llenadode los moldes.Todos los
aparatosutilizados cumplenlos requisitosdispuestosen la norma UNE 80-101-88,EN
196-t.
El laboratorio donde se ha llevado a cabo todo el proceso de elaboraciónde
muestrasse ha mantenido a una temperaturade 20 t zoc y a una humedadrelativa nunca
inferior al 50oA,siendosu valor habitualmentedel 90 %.
El amasadodel mortero y su enmoldadoen forma de probetas prismáticas se ha
realizadosegúnlos requisitosdispuestosen la normaLINE 80-101-88,EN 196-I.
El curado de las probetasseha realizadoen función de las condicionesde trabajo
que se detallaránmás adelante.No obstante,la manipulacióny conservaciónde éstas
antes de desmoldar, el desmoldadoy la forma de conservarlasen agua se ha realizado
todo lo dispuestoen la normaUNE 80-101-88,EN 196-1.
siguiendocuidadosamente
La edadde las probetas,consideradadesdeel momento delamezcla del aguay el
cemento hasta el comienzo de los ensayos, ha sido variable según las distintas
condicionesde trabajo.
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
4.2. Condicionesde trabajo.
Como se ha indicado anteriormentela masa total de cemento se ha mantenido
constante(4SOr- 2g). Sin embargo,las cantidadesde agua utilizadasen cada caso han
sido variables en función de las distintas condicionesde trabajo. Por tanto, se ha
trabajado con relaciones a"/cvariables.La temperatura de fabricación y curado de las
muestras,el tipo de cemento,el líquido de amasadoy las condicionesde ataquedespués
del curado han sido otras variablesempleadasen el desarrollo del presenteestudio.
Antes de seguir con la descripciónde las condicionesde trabajo es necesario
indicar que, para cada condición determinada,cada muestra correspondea una amasada,
es decir, está formada por las tres probetasque fueron amasadasjuntas en el mismo
molde. Por tanto, cadavezque a lo largo de la descripciónde las condicionesde trabajo
se indique que se ha tomado una muestra,se refierea la toma de tres probetas.
Así, las condicionesparticularesutilizadasen cadaparte del estudio se detallana
continuación.
4.2.l.Estudio del efecto de Ia temperatura de curado en algunas
características de hidratación del cemento aluminoso comparadas con
las del cemento portland.
En esta primera parte se ha realizadoun estudio comparadode morteros de CAC
y CP fabricadoscon diferentesrelacionesalcy en distintascondicionesambientales.Para
esto, se han fabricado probetas de mortero de 40 mm x 40 mm x 160 mtn, con arena
CEN con una proporción cemento:arenade 1:3, utilizando como líquido de amasado
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
agua destilada(12.7¡tSlcm).En todos los casosse ha utilizado una cantidadde cemento
fijade 450+29.
Las variablesempleadas
realizándose
una
en esteestudiohansidolas siguientes,
paracadauna de ellas:
amasadas
Tipo de cemento:Se han preparadodos tipos de morteros,un tipo fabricadocon
CAC tipo VI / 55 electrolandy el otro con CP tipo I / 55.
Relación agual cemento:Las cantidadesde aguautllizadashan sido: 135 + 0.69,
1 8 0 + 0 . 8 9 , 2 2 5 t . 1 g , 2 7 0 + 1 . 2 9 , 3 1+
5 1 . 4 9 , 3 6 0+ 1 . 6 9y 4 0 5+ 1 . 8 g P
. ortantop
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los morteros fabricadoscon CAC se han empleadolas siguientesrelacionesa"/c:0.3, 0.4,
0.5, 0.6, 0.7, 0.8 y 0.9 . Sin embargo, para los morteros fabricadoscon CP se han
0.3, 0.5, 0.7,0.9.
empleadosólo las siguientes:
Temperaturade fabricación:Las temperaturasde fabricaciónempleadashan sido
5oC, 20oC y 60"C. Antes del proceso de fabricaciónde las probetastanto el cemento
como el agua y el árido se manteníanala temperaturaelegida parala fabricación.Por
tanto, si la temperaturaelegidaera 5oC, antes del amasado,los tres componentesdel
mortero estaban a dicha temperatura. Para cada una de estas temperaturas se han
fabricado probetas con ambos tipos de cemento y para cada una de las relacionesa/c
indicadas en el punto anterior. Por otro lado, independientementede la temperatura de
fabricación, la temperaturadel laboratorio donde se han realizadolos ensayosha sido, en
todos los casos,de 20 + zoc y su humedadrelativanuncainferior del 50oA, siendo su
valor habitualmentedel 90Yo.
Temperaturade curado:El curado se realizó a la mismatemperaturaque fueron
amasadaslas probetas,por tanto,las temperaturasde curadofueron soc, 20 oC y 60oC.
Condicionesde curado:Las probetas,una vez compactadas, etiquetadas y
cubiertascon una lámina de polietilenode 2 mm de espesor, inmediatamentese
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
conservaron durante 24 horas en sus moldes en cámarashúmedas mantenidas a su
temperaturade fabricación.Transcurridoestetiempo, desdeel momento del amasado,
las probetasse desmoldearony se introdujeronen recipientescon agoa a su respectiva
temperatura de fabricación. En estos recipientesfueron almacenadasde forma vertical,
con una lámina de agua sobre la cara superior mayor de 5 mm, y seleccionadasen
función del tipo de cemento en recipientesdiferentes. Se mantuvieron en ellos durante
intervalos de tiempo distintos, transcurridoslos cualesse procedió a la toma de muestras
parala realizaciónde los ensayos.Los intervalosde tiempo estudiadosfueron: 2,28, 60
v 120 días.
Tabla W. Condicionesde trabajo para el estudio comparado del compartamiento del
cemento aluminoso y portland.
Tipo cemento
CAC VI / 55
CPI/55
aJc
T u f u b . i " u " i ó(n" C )
Edad curado (días)
0 .3
5,20,60
)
0 .4
5 , 2 0 ,6 0
2 , 2 8 , 6 0 ,l 2 O
0.5
5,20,60
)
0 .6
5,20,60
2 , 2 8 , 6 0 ,l 2 o
0.7
5 , 2 0 ,6 0
2,28,60,120
0.8
5 , 2 0 ,6 0
)
0.9
5,20,60
2, 28, 60,120
0 .3
5 , 2 0 ,6 0
2,28, 60,L20
0.5
5,20,60
2,28,60,120
0 .7
5,20,60
2 , 2 8 , 6 0 ,1 2 0
0 .9
5
) o 60
28,60,120
28, 60, I20
28,60, L20
2,28,60,l2O
Ensayos: Con las muestraspreparadasbajo las condiciones anteriormente
indicadas se realizaron los siguientesensayos:determinación de las resistencias
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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mecánicasa flexión y compresión,porosidad,velocidadde paso de ultrasonidosy
mediante
DRX.
análisisde la evoluciónde lasfasesmineralósicas
Latabla III resumelas condicionesde trabajo para estaprimera parte del estudio.
4.2.2.Estudiodel procesode la hidrólisisalcalina.
La segunda parte del trabajo se ha dedicado al estudio del mecanismode la
hidrólisis alcalina. Inicialmente se realizaronuna serie de experienciascuyo resultado no
fue el esperado,ya que, no pudimos reproducir el fenómenode hidrólisis alcalina en gran
extensión.Las condicionesde trabajo de estasexperienciasinicialesse describenen el
punto 4.2.2.1. Esto hizo que posteriormentese plantearancuatro experienciascon
condiciones de ataque diferentes, cada una de ellas realizada a dos temperaturas de
trabajo distintas, 5oC y 60oC. En todos los casos se ha tratado de reproducir el
comportamiento de los distintos aluminatos de calcio hidratados estables a cada
temperatura de trabajo, estudiar los cambios en las fases mineralógicasy determinar su
influencia en la evolución de resistenciasmecánicasPor tanto, en este caso las
condicionesque se han mantenidoconstantesdurantetodas las experienciashan sido las
siguientes:
Tipo de cemento:el cementoutilizado ha sido CAC tipo VI / 55 electroland.La
cantidadempleadaen todos los casosfue de 450 + 29.
Muestras:Probetasde mortero de cementoaluminosode 40 mm x 40 mm x 160
mm, fabricadascon aÍenaCEN con una proporcióncemento:arena
de 1:3.
Relaciónlíquido de amasado/ cemento:La relaciín líquido de amasado/cemento
ya que permite
fue de 0.7. Se seleccionaesta relación líquido de amasado/cemento
obtenermorteros de porosidadelevaday, por tanto, se facilita el ataque,lo cual permitirá
evaluarla extensiónde la hidrólisisalcalina.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Temperatura de fabricación: Las temperaturas de fabricación de las muestras
fueron 5"C y 60"C. Los componentesdel mortero se mantuvieron a cada una de las
temperaturas estudiadas antes de realizarse el amasado. Independientemente de la
temperatura de fabricación, la temperatura del laboratorio donde se realizaron los
ensayosfue en todos los casosde 20 * 2"C y su humedadrelativanuncainferior al 5004,
normalmente90Yo.
Temperaturade curado: El curado se realizó en aguaa la misma temperatura ala
que fueron amasadaslas probetas.Por tanto, las temperaturasde curado fueron 5"C y
60"c.
etiquetadasy
Condicionesde curado:Las probetasuna vez compactadas,
cubiertascon una lámina de polietileno de 2 mm de espesor,inmediatamentese
conseryarondurante24 horas en sus moldesen cámarashúmedasmantenidasa su
temperaturade fabricación.Transcurridoestetiempo,desdeel momentodel amasado,
y se introdujeronen recipientes
con agúaa su respectiva
las probetasse desmoldearon
de forma vertical,
temperaturade fabricación.En estosrecipientesfueron almacenadas
con una láminade aguasobrela carasuperior,mayorde 5 mm. Semantuvieronen ellos
los sietedíasde curado.todaslas muestrasse sacaronde
durante6 días.Transcurridos
los recipientes
de curado.
en esta parte del trabajo se les
Ensayos:A todas las muestrasestudiadas
mecánicasa flexión y
de resistencias
realizaronlos mismosensayos:determinación
DRX.
y análisisdela composición
mineralógica
mediante
compresión,
Las experienciaspropuestaspara el estudio de la hidrólisis alcalina y las
a continuación.
particulares
condiciones
detrabajode cadaunade ellassedescriben
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Tabla N. Condicionesde trabajo para el estudiode la hidrólisis alcalina.
Experiencias previas.
a/c
Cemento
Tu fub.i"u"ióo
Edad Curado
("c)
(días)
Disolución
Tiempo
(días)
NaOH tM + COz
NaOH0.01M+ COz
5
100
KOH lM + COz
7
0 .7
CAC VI / 55
KOH 0.01M+ COz
NaOH tM + COz
NaOH0.01M+ COz
60
100
KOH lM + CO2
KOH 0.01M+ COz
4.2.2.1. Estudio de los efectosdel curado. en distintas disolucionesalcalinas en las que
se ha burbujeado simultáneamente COz. sobre muestras de mortero de cemento
aluminoso.
Líquido de amasado:Las probetas se fabricaron utilizando como líquido de
amasadoaguadestilada(12.7 prS/cm).
Condicionesdel proceso de ataque:Finalizadoel proceso de curado todas las
muestras se introdujeron en recipientes, totalmente sumergidas y en forma
vertical, con disoluciones alcalinasde diferente naluralezay concentración. Así,
en cada recipientese introdujeronuna muestracorrespondientea cadavna de las
temperaturasde fabricación.Las disolucionesempleadasy sus concentraciones
fueron las siguientes:NaOH 0.01 M, NaOH lM, KOH 0.01 M y KOH lM' Una
vez introducidas las probetas en cada recipiente, con cada una de las
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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parareproducirel fenómenode hidrólisisalcalinaseburbujeósobre
disoluciones,
la disoluciónCOzdurante100días.El procesosellevó a caboa la temperatura
todas
estetiemposesometieron
ambiente
dellaboratorio,20+ 2oC.Transcurrido
las muestrasa los ensavos
indicadosanteriormente.
LatablalV resumelascondiciones
de trabajoparaestapartedel estudio.
4.2.2.2. Estudio de los efectosde la carbonatación en ausencia de dlcalis en morteros
de cementoaluminoso
Líquido de amasado:Las probetas se fabricaron utilizando como líquido de
amasadoagua destilada(12.7¡tS/cm).
Condicionesdel proceso de carbonatación:Finalizadoel proceso de curado se
tomaron dos muestras,una de cadatemperaturade fabricación,sobre las que se
realizaronlos ensayos.Estas muestrasfueron etiquetadascomo tiempo cero ya
que el resto de las muestrasse sometió a un proceso de carbonataciónacelerado.
Para esto, las muestrasse introdujeronen desecadores
cerradosdonde dos veces
al dia se les insuflaba CO2. Iln la parte inferior de los desecadoresse introdujo
una disoluciónacuosade glicerinaal SloA en peso con el objeto de aseguraruna
humedad relativa ambiental del 45Yo. El proceso de carbonatación tuvo lugar
para todas las muestras,independientemente
de su temperaturade fabricación,a
temperaturaambientede laboratorio,20+.2 oC. Transcurridos7,28 y 90 días
desdeel comienzodel procesode carbonataciónse tomaron las muestraspara ser
sometidasa los ensayos.
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4.2.2.s.
cementoaluminoso carbonatadas:
Líquido de amasado: Las probetas se fabricaron utilizando como líquido de
amasadoaguadestilada(12.7¡rS/cm).
Finalizadoel procesode curado todas
Condicionesdel procesode carbonatación:
las muestrasse sometierona un procesode carbonataciónacelerado.Para esto,
cerradosdonde dos veces al día se
las muestrasse introdujeronen desecadores
les insuflaba COz. En la parte inferior de los desecadoresse introdujo una
disolución acuosa de glicerina al SloA en peso con el objeto de aseguraruna
humedad relativa ambiental del 45%. El proceso de carbonatación tuvo lugar
para todas las muestras,independientementede su temperatura de fabricación, a
temperatura ambiente de laboratono, 2O*:2oC.La duración del proceso de
carbonataciónfue de 72 días. Este valor para el tiempo de carbonataciónfue
seleccionadoya que mediantecontrol del peso de las probetasse consideróque
prácticamente la carbonataciónhabía sido completa. Finalizado el proceso de
carbonatacióntodas las muestrasse sacarondel desecadory se tomaron dos
muestras,una de cadatemperaturade fabricación,sobrelas que se realizaronlos
ensayos.Estasmuestrasfueron etiquetadascomo tiempo cero.
Condicionesdel ataquealcalino:El resto de las muestrasunavez carbonatadasse
sumergierontotalmenteen una disoluciónde NaOH lM (pH:14). Transcurridos
7, 28 y 90 días desdesu introducciónen la disoluciónse tomaron muestraspara
ser sometidasa los ensayos.
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4.2.2.4. Estudio del efecto del NaOH sobre Ia hidratación y carbonatación de morteros
de cementoaluminoso.
En esta experiencia se intenta reproducir el fenómeno de la hidrólisis
alcalinacomo un proceso de carbonataciónen presenciade álcalis. En este caso
se trabaja bajo la hipótesisde un ataquepor una acción interna. Para esto, los
álcalissolublesse introducenen el momentodel amasado.
Líquido de amasado: Las probetas se fabricaron uttlizando como líquido de
amasadouna disolución de NaOH lM (pH : l4).De estamanerase introduce el
ion alcalinoen el momentode la hidratación,la cual tiene lugar bajo condiciones
de pH elevado.
Condicionesdel proceso de carbonatación:Finalizadoel proceso de curado se
tomaron dos muestras,una de cada temperaturade fabricación, sobre las que se
realizaronlos ensayos.Estasmuestrasfueron etiquetadascomo tiempo cero, para
indicar que no habiansido sometidasal procesode carbonatacíínposterior. De
inicialesde las muestras.El resto de
sus ensayosse deduciríanlas características
las muestrasse sometióa un procesode carbonataciónacelerudo.Paraesto, las
muestrasse introdujeronen desecadores
cerradosdonde dos veces al dia se les
insuflabaCOz.En laparte inferior de los desecadores
se introdujo una disolución
acuosa de glicerina al SlYo en peso con el objeto de aseguraruna humedad
relativa ambiental del 45%. El procesode carbonatacióntuvo lvgar para todas las
muestras, independientementede su temperatura de fabricación, a temperatura
ambiente de laboratorio, 20L2"C. Transcurridos 7, 28 y 90 días desde el
comienzo del proceso de carbonatación se tomaron las muestras para ser
sometidasa los ensavos.
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4.2.2.5.
morteros de cementoaluminoso:
De nuevo en estaexperienciase trabajabajo la hipótesisde un ataquepor
una acción interna. A diferencia de la anterior, en este caso, el contenido en
álcalises menof, por lo que el pH de la faseacuosapuedeno superarel valor de
13. Como consecuenciala disoluciónde los aluminatoscálcicosserá menor. En
principio, en este caso el efecto nocivo serámenor.
Tabla Y. Condiciones de trabajo para el estudio de Ia hidrólisis alcalina.
a/c
Líquido
amasado
Edad
Tu fub.i".
cc)
(días).
72
)
NaOH lM
0,7,28,90
NaOH lM
o , 7 , 2 8 ,9 0
0,7,28,90
NazCO¡ 2M
I
0,7,28,90
0,7,28,90
HzOdestilada
HzO destilada
(días)
Tiempo
0,7,28,90
NaOH lM
0.7
Disolución
(días)
HzO destilada
HzO destilada
Carbonataciín
Curado
60
72
NaOH lM
0,7,28,90
NazCOE2M
0 ,J , 2 8 , 9 0
Líquido de amasado:Las probetas se fabricaron utilizando como líquido de
amasadouna disolución de Na2CO32M (pH : lZ.3). De estaforma se introduce
el álcali en forma de carbonato en el proceso de hidratación. Posteriormente, en
el proceso de carbonataciónse regeneruráel carbonatoalcalino favoreciendo el
avancedel procesode degradación.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Condicionesdel proceso de carbonatación:Finalizadoel proceso de curado se
tomaron dos muestras,una de cadatemperaturade fabricación,sobre las que se
realizaron los ensayos.Estas muestras,al igual que en el punto anterior, fueron
etiquetadascomo tiempo ceÍo ya que el resto de las muestrasse sometió a un
proceso de carbonataciónacelerado.Para esto, las muestrasse introdujeron en
desecadorescerradosdonde dos veces al dia se les insuflabaCOz. En la parte
inferior de los desecadoresse introdujo una disolución acuosade glicerina al SloA
en peso con el objeto de aseguraruna humedad relativa ambiental del 45%. El
procesode carbonatacióntuvo lugar paratodas las muestras,independientemente
de su temperaturade fabricación,a temperaturaambientede laboratono,2Or2"C.
Transcurridos7, 28 y 90 díasdesdeel comienzodel procesode carbonatación,se
tomaron las muestraspara ser sometidasa los ensayos.
En la tabla V se resumenlas condicionesde trabajopara estaparte del estudio.
4.2.3. Esfudio del comportamiento de morteros fabricados con mezclas
de cemento aluminoso / cementoportland.
La tercera parte del trabajo se ha dedicadoal estudio del comportamientode
morteros fabricadoscon mezclasde cementoaluminoso(CAC) / cementoportland (CP)
en distintasproporcionesy bajo diferentescondiciones.Para esto se ha caracterizadoel
procesode hidratación,el comportamientomecánicoy el fisico. Así las condicionesbajo
las que se ha llevado a cabo este estudio, realizándoseuna amasadapara cada una de
ellas, son las siguientes:
Muestras: Se han elaboradoprobetasde mortero de 40 mm x 40 mm x 160 mm,
con arena CEN con una proporción cemento:arenade 1:3, utilizando como
líquido de amasadoaguadestilada(I2.7 ¡rS/cm),con una relaciónalc de 0.7. En
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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todos los casos se ha utilizado una cantidad de mezcla de cemento fija de
450+2g.
proporción de cementoen las mezclas:Los cementosutilizados han sido CAC
tipo VI / 55 electrolandy CP tipo I I 55. Se han realizadotres tipos de mezclas
diferentes según las siguientes proporciones, en peso, de cada uno de los
c e m e n t o s2:5 y o C A Cl 7 5 y o C P , 5 0 % C A C 1 5 0 % C Py 7 5 % C A C l 2 5 y o C P '
Temperatura de fabricación:Las temperaturasde fabricación de las muestras
oC
fueron 5oC,20 y 60oC.Los componentesdel mortero se mantuüeran a cada
de la
una de las temperaturasantesde realizarseel amasado.Independientemente
temperaturade fabricación,la temperaturadel laboratoriodonde se realizaronlos
oC y su humedadrelativanuncainferior
ensayosfue en todos los casosde 20 + 2
al 50oA, normalmentedel 90Yo.
Temperaturade curado: El curadose realizóen aguaa la mismatemperaturaala
que fueron amasadaslas probetas.Por tanto, las temperaturasde curado fueron
5oC,20oCy 60oC.
Condiciones de curado: Las probetas, vna vez compactadas,etiquetadasy
cubiertas con una lámina de polietileno de 2 mm de espesor,inmediatamentese
conservaron en sus moldes en cámarashúmedasmantenidasa cadauna de estas
temperaturas,durante 24 horas. Transcurrido este tiempo, desdeel momento del
amasado,las probetasse desmoldearony se introdujeronen recipientescon agua
mantenidosa cadaunade las temperaturasrespectivasutilizadas en el proceso de
de forma vertical, con una
fabricación.En estos recipientesfueron almacenadas
lámina de agua sobrela carasuperior,mayor de 5 mm' y seleccionadasen función
del tipo de mezcla de cemento en recipientesdiferentes.Se mantuvieron en ellos
durante periodos de tiempo de 2,28, 60 y 120 días,transcurridoslos cualesse
procedió a la toma de muestraspara larealizaciln de los ensayos.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Ensayos:Para cadauna de estasedadesde curado se tomaron las muestrassobre
las cuales se realizaron los ensayos. Los ensayos fueron los siguientes:
mecánicasa compresión,porosidad,y análisisde
determinaciónde las resistencias
la evoluciónde las fasesmineralóeicasmedianteDRX.
En la tabla VI se resumenlas condicionesde trabajopara estaparte del estudio.
Tabla YI.. Condicionesde trabajo para el estudiode mezclasde cementoaluminoso y
portland.
Mezcla(oA)
alc
Tu r"¡¡"u"¡¿n(oC)
Edadcurado(días)
5
20
25 CAC/ 75 CP
2,28, 60,l2O
60
5
50 CAC / 50 CP
0.1
20
2,28,6Q,120
60
5
75 CACI 25 CP
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20
60
2,28, 60,120
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4.3.Ensayos.
4.3.1.Determinaciónde la resistenciaa flexión.
La máquinade ensayoutilizadaparala determinaciónde la resistenciaa flexión
en la norma IINE 80-101de las probetascumple con todos los requisitosespecificados
88, EN 196-1.
Dentro de sus característicasparticularesindicar que posee dos escalas de
trabajo. Con la escalasuperior es capazde aplicar cargasde hasta630 + 2Kp,lo
que
equivalea I48 + 1 Kp/cmz.Laescalainferior es capazde proporcionar cargashasta 125
+ I Kp, lo que equivalea29.6 t O.2Kplcm'. Teniendoen cuentala equivalenciaentre
unidadescon la escalasuperiorllegaríahasta6174+ 20 N, lo que equivalea 14.8 + 0.1
N/mm2. La escalainferior proporcionaria1225+ l0 N, lo que equivaldríaa 2.96 t 0.02
N/mm2.
Para realizar el ensayo se coloca la probeta sobre el dispositivo de rotura y se
aplica la cargaverticalmente, incrementándoseésta de forma uniforme, a una velocidad
de 50 + 10 N/s hastala rotura.
El cálculo de la resistenciaa flexión,Rr, se realizasegúnla siguienteexpresión.
1 . 5F r l
Ik=
b3
donde:el valor de R.rvienedadoen ( N/mm2)
j::r:l:llrl
,:,it:i:t:::,:,;,:,:,:,
:,,,,:
:i:i:::ir:r:r:riiir:::
: I lrllrlrl:r::::
:titzAi:i:iiiitii:iiliiiii:i:i:i'i:iil:liii:iil:l:liiiiii:iiliii:l:l:i;liiii:i:iii;l:lil
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
b: esel lado de la seccióncuadradade la probeta,en nuestrocaso40 mm.
Fr:esla cargaaplicadaenel mediodela probetaenla rotura(N)
l: es la distancia entre soportes, siendo el valor indicado por la norma de
100.0+0.05
mm.
4.3.2.Determinaciónde la resistenciaa compresión.
La máquina de ensayo utilizada para la determinación de la resistencia a
compresiónde las probetascumple con todos los requisitosespecificadosen la norma
IINE 80-101-88.EN 196-1.
Para la realizaciín de este ensayose han uttlizado dos máquinas distintas, cada
una de ellascon una capacidaddeterminada.Por un lado se ha utilizado una prensacuya
capacidadde cargaera 10000 Kp (98000 N). La precisión de esta prensa es variable
segúnel valor de la carga.Así, desde0 a 1000 Kp (9800 N) su precisiónes de + 1 Kp
(9.8 N). Para valores de carga superioresa 1000 Kp y hastael límite de su capacidad,
10000Kp, la precisiónes de t 10 Kp (98 I.{). Esta prensaestaprovista de un dispositivo
digital indicador que mantiene el valor de la carga de rotura una vez que ha sido
descargada.Por otro lado, la velocidad de carga se regula de forma automática.
La segundade las prensasutilizadasposeeuna capacidadde carga mayor y tres
escalasde trabajo.La superiorllegahasta 150000t 200 Kp (1a70000+ 1960 N), la
intermediatiene una capacidadde 75000 + 100 Kp (735000+ 980 N) y la inferior llega
hasta30000 + 40 Kp (294000+ 392 N). Ésta última escalaes la que hemosutilizado en
la realización de los ensayos de este trabajo. En esta prensa se regula la carga
manualmente,por 1o que estáprovista de un cadenciómetro,dispositivode medida que
controla la velocidadde carsa.
:rlr::::::::l
ii:liiiiiii
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II.l.::j.iá:ti.i..
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..::tt||::jj+e¿ja:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Parala determinaciónde las resistenciasa compresión,se utilizan las porciones
de las probetasrotas a fleúón. Para realizarel ensayose coloca la porción de la probeta
sobreel dispositivode rotura y se aplicala carga,lacual se va aumentandode una forma
uniforme a una velocidad de 2400 t 200 N/s durante todo el tiempo de aplicación de la
cargahastala rotura.
El cálculo de la resistenciaa compresión,R* , se realiza según la siguiente
expresión:
o: _____l____
1600
a compresiónQ'{t nÑ).
donde:R*: esla resistencia
F": es la cargamáxima de rotura (N)
1600: es la superficiede los platoso placasauxiliares,40 mm x 40 mm (mm2)
Cada uno de los valores mostradosrepresentala media aritméticade al menos
cinco determinacionesde resistenciaa compresión,llevadasa cabo sobre una serie de
tres probetas. Se realizanseis determinacionesy si dentro de ellas uno de los resultados
difiere de la media en ! lTYo se desechaesteresultadoy se calculala media de los cinco
restantes.Si un nuevo resultado dentro de estas cinco determinacionesdifiere de su
media en más de + I}Yo se desecharátoda la serie. Tanto los valores individualesde
resistenciascomo susvaloresmediosse han redondeadoen todos los casosa 0.I N/mm2.
, . : . i .l .: , li i. . i i . i i i . i.I.l.I. . i i i
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:i....r.'r',i.rr..I.:lII'i.i
..:'r:ii
iir......:.'r
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4.3.3.Determinaciónde la porosidad.
El método utilizado para la determinaciónde la porosidad en las muestras
fabricadaspara estetrabajoha sido el siguiente:
Se ha tomado una porción de mortero procedentede las probetas que se han
sometido a los ensayos de resistenciasmecánicasanteriormente descritos. Se ha
desecadoen una estufaa 105 oC hastapeso constante.A continuaciónse ha introducido
en un desecadory se ha dejado enfriar hastaque adquirierala temperaturaarnbiente.Una
vez enfriada la muestra a temperaturaambientese ha pesado.El valor del peso de la
muestra secase ha denominadoP.""o.
Una vez pesadase sumergeen un vaso con suficiente cantidad de agua para que
quede cubierta por completo. El vaso con la muestra se introduce en un recipiente
cerrado y se somete a vacío, utilizando una bomba de vacío cuyo caudal de extracción
era de 2 m3lh,duranteal menos24 horas.Transcurridoestetiempo, se extrae la muestra
y se le seca el agua superficial con un paño poco absorbentee inmediatamentese pesa.
Obtenemosasí el peso de la muestrasaturadaen agua,valor que se ha denominadoP,",.
Finalmente,la muestra saturadaen agua se introduce nuevamenteen el agua y se
pesa suspendidadirectamentede la balarza, sin extraerladel agua. A este dispositivo de
pesadaespecialse le denominabalanzahidrostática.De estaforma obtenemosel peso de
la muestra sumergidaen agua,valor que denominamosP"*",*¡¿u.
Con todos estos datos el cálculo de la porosidad (%) del mortero se realiza
utllizando la siguiente expresión.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Prut - Pr""o
--------x100
(%):
Porosidad
Psut - Psumergida
Finalmente, es importante indicar que como se puede observar al describir el
procedimiento de ensayo es necesario someter las muestras a un tratamiento térmico
para poder determinar la porosidad por este procedimiento,en concreto, para poder
obtener el valor de P.""o.Esto hace que estemétodo sólo lo hayamosempleadocon las
muestras que se fabricaron a 60oC, donde se supone que la conversión de las fases
hexagonalesha sido completa. En las muestrasfabricadasa 5oC y 20oC, no podemos
disponerde datos de porosidadfiablesutilizandoestemétodo ya que al ser sometidasal
tratamiento térmico se podría producir la conversiónde los aluminatoshexagonalesy,
por tanto, el resultadoquedaríafalseado.
para poder obtener valoresde Pr""oen las muestrasfabricadasa
En consecuencia,
5oCy a20"C se procedió a su secadoen un desecadorconectadoa una bomba de vacio
(caudal: 2 m3lh), procedimiento de secadoque no requiere tratamiento térmico alguno.
El tiempo necesarioparala obtencióndel pesoconstantecon estasmuestrasfue de 48 h.
El resto del procedimientode ensayose realizó para la obtenciónde la porosidad de
igual forma que con las muestraspreparadasa 60oC.
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4.3.4.Medida de Ia velocidadde propagacióndel sonido.
El equipo empleadoen estetrabajo parala medidadel tiempo de propagaciónde
las ondas sónicasa través de las probetasde mortero ha sido un CCT-4 especialpara
hormigón. Para las medidasse utilizaron dos sensorescilíndricosestándar,colocándose
las superficiesde medida en dos puntos de las probetaslongitudinalmenteopuestos.En
la superficiede los morteros la zona de contacto debe ser lo más lisa y limpia posible.
Además se debe usar vaselinapara gararúizarun buen contacto. En cada caso, el ensayo
se ha realizado,en cada caso, antesde que las probetasfueran sometidasa los ensayos
de resistenciasmecánicas.
expresión:
Lasvelocidades
delasondassónicas
sedeterminan
segúnla siguiente
e
V-
-------- x 106
t
donde:V: es la velocidadde pasode ultrasonidos(VPU), en m/s.
e: es la distanciaa recorrerla onda sónica,en metros.En nuestrocasoes un valor
constantee igual a 0.16 m, que coincidecon el valor de la longitud de la probeta.
t: es el tiempo que tarda la onda sísmicaen atravesarla probeta,enp.s.
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.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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| | : i : : : : :::::::.
Ex$erimen
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: : : : : : :: "::.: : : : :.::, :::: : :::::::::
: : :: :::::::::
4.3.5.Análisismineralógicomediantedifracciónde rayosX. ( DRX ).
Para la realizacióndel análisismineralógico medianteDRX se tomaron muestras
de mortero procedentesde las probetasque se han sometidoa los ensayosde resistencias
mecánicas.Cuando lapreparación de la muestra para el análisispor DRX no se realizaba
inmediatamentedespuésde la determinaciónde resistenciasmecánicaslas muestrasse
conservabansumergidasen acetonaen recipientesherméticoscerrados.
La preparaciónde la muestra se ha llevado a cabo en un mortero de ágata,donde
se han desagregadolas muestras de mortero seleccionadas.En esta operación de
preparaciónde la muestra se trata de separarla máxima cantidadposible de árido del
cemento, por lo que no se trata de pulverizar finamenteel mortero sino de separaren la
medidade lo posibleamboscomponentes.Para esto, se han realizadosucesivosprocesos
de decantación,utilizando pequeñascantidadesde acetona.Una vez conseguidala
cantidad de muestra necesaria para la realizacióndel análisis se introducía la muestra
concentradaen cementojunto con la acetonaen un tubo de ensayopara su conservación.
La muestraasí preparadase ha conservadoa la temperaturaadecuadasegúnsu proceso
de fabricación, hasta el momento delarealización del análisis.
Todos los análisisse han realizadoen los ServiciosTécnicosde Investigaciónde
la Universidad de Alicante. El equipo empleado ha sido un difractómetro de polvo
SEIFERT modelo JSO-DEBYEFLEX 2002. Este equipo está provisto de un cristal
monocromadorde grafito y de un detectorde centelleode yoduro de sodio activadocon
talio, I NaI (TD ]. La radiaciónutilizadapara la obtenciónde los difractogramasha sido
la radiación caracteristicaKo del cobre (CuKo, l,:
1.5418 A¡. Se ha utilizado una
tensión de 42 kV y una intensidadde 35 m{ por lo que el valor de potenciaaplicadaal
tubo ha sido de 1470 W. El filtro por el que pasa elhaz de RX a su salidadel tubo es de
Ni. Posteriormente,pasa por una ventana primaria de 3 mm, un Soller primario de
25 mm de longitud y una separaciónentre placasde 0.5 mm y otra ventanapnmaria
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i : : : : . : : : : : : : :i .i :i:::: : : : r:I:i:::: : : i l :' i:i i : : . : . ; ; : :
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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de 2 mm. Una vez ha incidido en la muestrapasapor una ventanasecundariade 4 mm,
un Soller secundariode 50 mm de longitud y una separaciónentre placas de 1 rrrm y una
última ventana secundariade 0.1 mm llesandofinalmenteal detector.La velocidad de
barrido ha sido de un erado/ minuto.
Los intervalosde los barridosen los valoresde 20 que se han efectuadohan sido
distintos para cadapartedel trabajo,siendode 4 a 34, de 4 a 40 y de 4 a 60 enfunción
de las distintasespeciesque interesabadetectaren cadaparte del estudio.
Para la interpretación de los resultados obtenidos se ha utllizado el programa
informático " Diffrac AT " de Siemens.Este programa permite, entre otras muchas
prestaciones,la determinacióncualitativade las fasesde las muestrasmediantebúsqueda
en el archivo de datos JCPDS (Joint Committeeon Powder Diffraction Standards).Las
fichasutilizadasparala identificaciónde especieshan sido los siguientes:CAH16 12-408
, C2AHg ll-205 , C:AIIo 24-2T7 , CaAH1316-339 , CaAHle L4-628 , CL 23-l'036 ,
CnN 9-413, CzS20-237, CH4-733, C¿Ac11H14-83, CzASHs29-285, CaAF 11l24,CzA3CaSO¿31H13-350,C:ACaSO4l2}l18-275,gibsita7-324, bayeritaz}-Ll ,
nordstranditaI 8-50, calcita5-586, vaterita24-30, aragonito5 -453.
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4.3.6. Microscopía
electrónica de barrido ( SEM ).
En algunoscasospuntualesa lo largo del trabajo se ha utilizado la microscopía
electrónica de barrido como una técnica complementaria.Esta técnica nos ha permitido
obtenerinformacióndel grado de cristalinidady de la morfologíade las muestras.
Para Ia realizaciín de las fotografias se han tomado muestrasprocedentesde las
probetasque se han sometidoa los ensayosde resistencias
mecánicas.
Tanto la realización de las fotografias como la preparaciónde las muestraspara
las mismas se ha llevado a cabo en los Servicios Técnicos de Investigación de la
Universidad de Alicante. La muestra suministradapor nosotros era sometida a un
procesode alto vacío para su secado.En estascondicionesse depositauna capamuy fina
de oro sobre su superficiecon el objeto de conseguirque la superficiede la muestra,
inicialmente no conductora, fuera conductora de la electricidad. Para este fin se ha
empleadoun Sputter Coater Balzers SCD 004. El equipo empleadoparalarealización de
las fotografias ha sido un JEOL JSM-840, el cual dispone de un espectrómetrode
energíadispersivade rayos X (EDX), QX 200 de Link, sistemaque se ha utilizado con
carácter cualitativo. La resolución del equipo es de 4 nm. El voltaje de aceleración
utilizado ha sido de 20kV.
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5. Resultados.
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
: : i::::: : : :::::::.: : : :,:,:.: : :::: :.: : : :i
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tiiii:ri:iriiiiiiiiii:r::iiiiiiiiiiiiriiiiiiliiiiiiiiiiiiiiiiiiiirrrrir:rirrliliiriri:iliiiiiiiiiiiiiiiiiii
5.1. Estudio del efecto de la temperatura de curado en
algunascaracterísticas
de hidratacióndel cementoaluminoso
comparadascon las del cementoportland.
Las figuras I a 4 representanla evolución con el tiempo de curado de los valores
de resistenciasmecánicasa compresión(eje Y1) y de porosidad(eje Yr) paramorteros de
cemento aluminoso (CAC) fabricados con diferentes relaciones agua I cemento (a/c),
curadosbajo aguaa diferentestemperaturas:5oC,20"C y 60oC.
En primer lugar se observaque para cualquier temperaturay edad de curado, en
las probetasfabricadascon relacionesa/c : 0.3, se desarrollanresistenciasa compresión
muy bajasy nivelesde porosidadaltos.Ello es debidoa que a estarelaciónalc el proceso
de hidratación es incompleto, por déficit de agua, conllevandoque el mecanismode
fraguado: formación y entrecruzamiento de microcristales, y formación del gel de
alúmina,que actúade aglomerante,quedeincompleto.En efecto,si se realizaun balance
de materia,t de las reaccionesde hidrataciónajustadasestequiométricamente:
Formación de hidratos hexagonales:
CA + 10 H -)
Balance:
158
CAHro
180
338
Formaciónde hidratoscúbicos:
3 CA + 12H -)
Balance: 474
216
CsAHo+ 2 AH3
378
3I2
...:......i.'........:.:..:...:........:llll|l:l:l|::jl]ll]|]l]::]|:|l
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
:::li::;::r:
r:::i::
La estequiometríadel primer equilibrio impone un valor de la relación a/c : 7.14
mientras que el segundo equilibrio impone un valor de la relaciín alc : 0.45. En
cualquier caso, puede concluirseque relacionesalc: A3 son insuficientespara que se
praduzca un desarrollo suficiente de las reaccionesde hidratación y, consiguientemente
para que el comportamientomecánicoobtenidoseaaceptable.
P (Y.\
Rc (N/mm2)
100
30
BO
20
60
10
20
o.2
0.3
o.4
0.5
0.6
0.8
0.7
0.9
alc
Figura l. Evolución de lo resistencia a compresión ( R" ) (AI/mm2)y Ia porosidnd ( P )
(%o)en función de la relación a/c, para morteros de CAC curados bajo agua a 5oC,
20"C y 60oC,durante 2 días.
P (%)
100
30
80
40
20
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
alc
Figura 2. Evolución de R" (N/mm2) y P (%o),en función de la relación a/c, para
morteros de CAC curados bajo agua o 5oC,20"C y 60"C, durante 28 días.
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i...i...i,,...', r,,i, ' :.''.,..
:I...
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Rc(N/mm2)
100
P (%)
BO
60
40
20
0
o.2
0.3
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
aF
Figura 3. Evolución de R" Q,{/mm')y P (o/o),en función de Ia relación a/c, para
morteros de CAC curados bajo agua a 5oC,20oCy 60oC,durante 60 días.
100
Rc (N/mm2)
80
60
40
20
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
alc
Figura 4. Evolución de R" (N/mm") y P (%o),en función de la relación a/c, para
morteros de CAC curados bajo agua a 5oC,20'C y 60oC,durante 120 días.
Se observatambién,con caráctergeneraly paracualquieredad (Figura 4) que en
las probetasfabricadascon relacionesalc : 0.4 se desarrollanlos mayores niveles de
resistenciasy menoresde porosidad.Asimismo, se observapara esta relación a./cunas
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t3t7:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Ii:
resistentesde las probetascuradasa 5'C y
diferenciasnotablesen las caracteristicas
60oC. Para relaciones alc mayores las diferencias continúan disminuyendo
progresivamente.
obtenidospara morteros
Por otra parte la figura 5 muestralos difractogramas
y una edadde curadode
fabricadoscon CAC, relaciónalc 0.3 a distintastemperaturas
28 días.
?-Theta - Seals
o
q
tfl
N
o
Figura 5. Difractogramas de muestras de CAC fabricadas a distintas temperaturas
5'C, 20'C y 60oC,con relqción a/c : 0.3, curqdas durante 28 días.
En ella, se puede observarla formaciónde fasescristalinasdiferentesen función
de la temperatura de hidratación.Las muestrashidratadasa 5oC presentanlas fases
hexagonalesCAHro y CaAH13.Las hidratadasa 20"C presentancomo fasepredominante
el hidrato hexagonalC2AH3,aunquetambiénse detectauna pequeñacantidadde CAHI¡
y de C:AII6.Paralas hidratadasa 60oCse observala formaciónde la fase cúbica C¡AHa
y de AH3. En todos los casos,las cantidadesde los compuestosdetectadasson pequeñas
: : : : : r . :.: :.: : : . : : : : : : . : I . I : : : : : . : i. I
;iil:::iilili:ii:lll
ii¡iii:liliiiiil:iii
liiiiiX:ái8:il:
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i,i::il.il
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ii'l,l,:,l
il il,',::
:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
debido a la escasacantidad de agua utilizada. Sin embargo, hay que destacarque no se
ha detectadola presenciade fasesanhidras,talescomo CL Ct N, CaAF, etc.,a ninguna
de las temperaturasestudiadas.Este resultadonos indica que el procesoha transcurrido
a través de la disoluciónde las fasescristalinasanhidras.Dada la escasacantidadde agua
utilizada y una vez consumidaésta, en la formación de las fases hidratadas cristalinas y
amorfas, han quedadocomo fasesamorfas.
Rc (N/mm2)
100
120
Tiempode curado(días)
Figura 6. Evolución de R" ¡N/mm2)frente a tiempo de curado (días), para morteros de
CAC fabricados a 5oC, con distintas relaciones a/c.
100
Rc(N/mm2)
60
4A
100
120
Tiempode curado(días)
Figura 7. Evolución de R" Q'{/mm2)
frente a tiempo de curado (días), para morteros de
CAC fabricados a 20oC,con distintas relacionesa/c.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las figuras 6,7, y 8, muestranel efecto de la temperaturade curado sobre la
resistenciaa compresión,desarrolladaen función del tiempo, paÍa morteros de CAC
fabricados para distintas relacionesa./c.Las probetascuradasa 20oC (Figura 7) alcanzan
a los dos díasnivelesde resistenciasuperioresa los alcanzadospor las probetascuradas
de las probetascuradas
a 60oC(Figura 8). Al aumentarla edadde curadolas resistencias
a 5oC (Figura 6) van aumentandoprogresivamente.Por el contrario, las curadas a 20"C
hastaalcanzaÍ,con bastante
van sufriendouna disminuciónprogresivade susresistencias
aproximación,los nivelesde resistenciaque presentanlas probetascuradasa 60oC.Para
las muestrascuradasa 20oC la resistenciamínima desarrolladapara las fabricadascon
relaciónalc: 0.4 es de 35.64N/mm2y paralas de relaciónalc 0.9 de 9.46 N/mm2.Para
muestras curadas a 60oC, y tomando como referencialas mismas relacionesalc, las
resistenciasmínimas desarrolladashan sido de 23.51 N/mm2 y de 6.04 N/mm2,
respectivamente.Estos resultados, en principio, son coherentessi se considera el
fenómeno de la conversión de las fases hexagonalesmetaestables,fases que a 5oC
permanecenestablesindefinidamente,a la fase cúbicaestable,fase mayoritariadesdelas
primerasedadesen la hidratacióna 60oC.
Rc (N/mm2)
40
60
B0
Tiempode curado(días)
Figura 8. Evolución de R" Q,{/mm')frente a tiempo de curado (días), para morteros de
CAC fabricados a 60oC,con distintas relaciones a/c.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Un proceso de curado a 20oC conllevauna cinética de conversiónque es más
lenta que a 60'C. No obstante,transcurridos120 díasla transformaciónes prácticamente
total y las curvas de resistenciasde arnbastemperaturasson prácticamentecoincidentes.
Deberíaconsiderarseque la resistenciadel hormigónestádeterminadapor el tamañoy la
forma fisica de las fases constituyentes.Sin embargo,la conversión,como tal, es una
reacción química que inicia estos cambiosfisicos. En particular los cristalespequeños
que se forman inmediatamente
a continuaciónde la reacciónde conversiónpresentanuna
respuestadiferente ante una tensión que la que presentanlos cristalesgrandes que se
forman posteriormentedebido ala recristalizaciín.2El tamaño de los cristales en un
momento determinado de tiempo está directamenterelacionado con el grado de
porosidad.Así, seriainteresanteestudiar,en un futuro, el tamaño de los cristalesde las
fases convertidasy ver si existe alguna diferenciaentre los obtenidos a 20"C y los
obtenidos a temperaturasmayoresde 35"C (por ejemplo a 60'C). Un breve estudio2
realizadomediantemicroscopíaelectrónicade barrido mostró la existenciade cristales
más pequeñosy la apariciónde fisuras en los hormigonesde CAC más recientemente
convertidos,pero ésto no fue suficienteparaprobarla hipótesisplanteada.
Asimismo,basándonosen los resultadosobtenidospodríamosconcluir acercade
la resistenciaintrínsecaque presentanlos hidratosformadosa altastemperaturas:C¡AHo
y AH3, y los presentesa bajas temperaturas:CAH10y CzAHs. A cualquier edad de
curado, (Figuras I a 4), se pueden encontrar diferentesrelacionesalc en donde la
porosidad de las probetascuradasa 5oC y 60"C coincideny, sin embargo, desarrollan
resistenciasa compresiónmuy diferentes.Por tanto, estasdiferenciasson atribuibleso a
una diferente densidado al hecho de que las fases hexagonalesdesarrollan,por si
mismas,una resistenciaintrínsecasuperior ala que desarrollanlas fases cúbicas.Estos
resultadosson diferentesa los descritospor otros autores.3
Por otra parte, en general para una misma relación a/c el comportamiento
mecánicodel CAC hidratadoen frío es superioral del CAC hidratadoen caliente.Esto
intúnsecassuperiores,la
se explica por que ademásde desarrollarunas características
porosidades inferior en frío que en caliente.(Figura4)
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las figuras 9 y l0 muestranlos difractogramasde muestrasfabricadascon una
relaciónalc : O.7, curadasa temperaturasdiferentes,5oC,20'C y 60oC,durante28 y l2O
días, respectivamente.En ambasfiguras se puede comprobar que para la temperatura de
curado 5oC la fase predominantees la hexagonal,CAHro. Si la temperaturaes 20oC
aparecen,a los 28 días, las fases hexagonalesCAHI¡ y C2AH3, ésta última en una
cantidad prácticamentedespreciable,no detectándosetodavía la formación del hidrato
cúbico, C¡AH6. A los 120 díasno se observala apariciónde fasehexagonaly en cambio
sí aparececlaramentela fase cúbica,C¡AHo, e hidróxido de aluminio cristalino,AH3, otl
forma de gibsita. Si la temperaturaes de 60"C y sea cual fuere la edad de curado,
únicamenteaparecela fase cúbica y la gibsita.En la figura 11, se muestranfotografias
obtenidaspor microscopíaelectrónicade barrido (SEM) de la fasehexagonal,la cúbicay
del hidróxido de aluminio.
?-Thcta
E
q
gl
N
s
Figura 9. Difractogramasde probetasfabricadas con a/c : 0.7, curadosdurante 28
díasa 5oC,20oCy 60'C
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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22
24
26
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32
Figura 10. Difractogramas de probetasfabricadas con a/c : 0.7, curados durante 120
días a 5'C, 20'C y 60'C
Figura ll a. Fotografía obtenidapor SEM. Fase hexagonal en muestra curads a 5oC.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Figura 1l b. Fotografía obtenidapor SEM. Fase cúbica en muestra curadn a 60oC.
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Figura tl c. Fotografíaobtenidapor SEM.AHs en muestracuradaa 60oC.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las figuras12, 13 y 14 muestranel efectode la temperatura
de curadosobrela
resistencia
a flexotraccióndesarrollada
en funcióndel tiempo,paramorterosde CAC
fabricadosparadistintasrelacionesa,/c.
10
Rf (N/mm2)
I
6
4
2
0
40
60
80
Tiempode curado(días)
Figura 12.Evoluciónde la resistenciaa flexión ( R) ( N/mm"),enfunción del tiempo
de curado (días),en morterosde CACfabricados a 5"C con distintasrelacionesa/c.
10
Rf (N/mm2)
B
6
4
2
0
40
60
80
Tiempode curado(dÍas)
Figura 13. Evolución de R¡ ( N/mm'), tn función del tiempo de curado (días),
morterosde CACfabricados a 20'C con distintasrelocionesa/c.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Rf (N/mm2)
40
60
80
Tiempode curado(días)
Figura 14. Evolución de R¡ ( N/mm2) en función del tiempo de curado (días), en
morteros de CAC fabricados a 60"C con distintas relaciones a/c.
Las probetas curadas a 5oC (Figura 6) presentan, con el tiempo, un aumento
progresivo de las resistenciasa compresión(10 - 20 %) mientrasque la resistenciaa
flexotracción más bien permanececonstante(Figura l2). Las probetascuradasa 20oC
presentan un comportamiento netamente distinto. Desde las primeras edades las
resistenciasa compresión comienzana disminuir, alcanzandoa los 120 dias los mismos
que las probetascuradasa 60"C desdelos dos días(FiguraT).Por
nivelesde resistencia
otra parte, a estamismatemperaturaa los 28 díasse presentaun máximo en el valor de
la resistenciaa flexotracción,excepto para las relacionesalc de 0.7 a 0.9 (Figura 13).
Estos valores máximos deben ser consideradoscomo vna etapatransitoria en la que se
produce un excesoprovisional en la resistencia.Son los valores mínimos ftnales,5.27
N/mm2 para muestrasfabricadascon relacióna/c: 0.4,1.66 N/mm2 para muestrascon
relación alc:0.9, debidos a la conversiónde fases hexagonalesa cúbicas, entre otros
factores,los que deben ser consideradosen los cálculosde ingenieríacivil. Finalmente,
las muestrasfabricadasa 60oC presentanun comportamientomuy similar a las de 20"C.
Los valoresobtenidos,en general,son inferioresa los obtenidospor las muestrascuradas
a 5oCy 20oC.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
100
Rc (N/mm2)
80
60
40
20
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
alc
y P (%o),frente a la relación a/c, para morteros de
Figura 15.Evolución de R" Qr{/mm2)
CAC y CP fabricados a 5"C y curados durante 2 días.
100
Rc (N/mm2)
P (%)
80
40
30
60
20
40
10
20
0
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
o.7
0.8
0.9
alc
y P (W, frente a la relación a/c, para morteros de
Figura 16.Evolución de R, Qr{/mm2)
CAC y CPfabricados a 5oCy curados durante 120 días.
Las figuras 15 y 16 muestranla evoluciónde la resistenciaa compresión(eje Y1)
y de la porosidad(eje Y) frente a la relacióna/c, para muestrasfabricadascon CAC y
cemento portland (CP) a 5oC y curadas durante 2 y 120 días. Nuevamente se puede
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
observar la clara correlación existenteentre la resistenciaa compresióny la porosidad, a
menor porosidad mayor resistenciaa compresión.A edadescortas (2 dias) y para
cualquier relación a/c la diferencia de comportamientode ambos cementos es muy
notable, siendo mayoreslas resistenciaspresentadaspor las probetasde CAC. A ello
contribuye las resistenciasextremadamentepequeñasque presentanlas probetas de CP,
tanto más pequeñascuanto mayores sean las a/c. A los 120 días las diferenciasse
por ambostipos de cementos
mantienenpero las resistenciasa compresiónpresentadas
han aumentadosensiblemente.
Las figuras 17 y 18 muestranla evoluciónde la resistenciaa compresión(eje Y1)
y dela porosidad (eje Yz) frente alarelaciín /c que presentanlas probetasde CAC y
CP, fabricadas a 20oC y curadasdurante 2 y T20 días respectivamente.A edadescortas
(2 días) y para cualquier relación a/c sigue siendo el CAC quien presenta mejor
respuest4 prácticamentedel 100% y manteniéndoseen general constantepara cualquier
relación a/c"
100
Rc (N/mm2)
BO
60
40
o.2
0.3
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
alc
y P (n, frente a Ia relacióna/c,para morterosde
Figura 17.Evoluciónde R, (N/mm2)
CACy CPfabricados a 20oCy curadosdurante2 días.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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100
Rc(N/mm2)
P (y")
80
0.2
0.3
o.4
0.5
0.6
o.7
0.8
0.9
alc
Figura 1.8.Evolución de R" (N/mm") y P (%o),frente a la reloción a/c, para morteros de
CAC y CPfabricados a 20"C y curados durante 120 días.
Como se puedeobservarlos nivelesde porosidadson prácticamenteidénticosa pesarde
las diferenciasen las resistencias.Esto permite concluir que los hidratos hexagonales
presentes en estas primeras edades en el CAC presentanunas resistenciasintrinsecas
superioresa las que presentanlas faseshidratadasformadas,en estascondiciones,en el
CP. Sin embargo,este comportamientono es constantecon el tiempo y efectivamente
transcurridos120 días se observaque las resistenciasdesarrolladaspor las muestrasde
CP son superioresa las de CAC.
Las figuras 19 y 20 muestranla evoluciónde la resistenciaa compresión(eje Y1)
y de laporosidad (eje Yz) frente alarelacióna/c, que presentanlas probetasde CAC y
CP, fabricadasa 60oCy curadasdurante2 y 120 días,respectivamente.Contrariamentea
lo que ocuffe a temperaturasmás bajaslas resistenciaspresentadaspor las probetasde
CP son superioresdesde su inicio a las de CAC, salvo para la relación alc:0.3.
Análogamentea lo que se observa aZQ'C, también se presentanrelacionesa/c donde las
porosidades son prácticamenteidénticas, sin embargo, las resistenciasintrínsecas
presentadas
por las faseshidratadasdel CP son, a estatemperatura,superioresa las fases
hidratadascúbicasexistentesen el cementoaluminoso.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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100
Rc (N/mm2)
P (%)
80
60
40
20
0
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
alc
Figura 19. Evolución de R" (N/mm2)y P (%o),
frente a la relación a/c, para morteros de
CAC y CP fabricados a 60'C y curados durante 2 días.
100
P (%)
Rc (N/mm2)
80
60
40
20
0
0.2
0.3
o.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
alc
Figura 20.Evolución de R" (N/mm2)y P (%o),
frente a Ia relación a/c,para morterosde
CACy CPfabricados a 60'C y curadosdurante120 días.
con el comportamientocinético de las
Estos resultadosson concordantes
parael CP. Paraestecemento,a
reacciones
de hidrataciónen funciónde la temperatura
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medida que aumentala temperaturase incrementala velocidad de las reaccionesde
hidratacióny, por tanto, de formación de productos responsablesdel comportamiento
mecánico. A temperaturascomprendidasentre 5oC y 20oC se producen resistencias
finales más altas que las obtenidasa 60"C pero la velocidad con la que éstas se
desarrollanes más lenta. A temperaturasmás altas las reaccionesde hidratación se
finalesque se alcanzanson másbajas.En cambio, parael
aceleran,si bien las resistencias
CAC, el aumento de temperaturatiene un efecto aceleradorde la conversión y, por
tanto, siemprese producirá una disminuciónde las resistenciasmecánicas.
Las figuras 21, 22 y 23 muestranla evolución de la velocidad de paso de
ultrasonidos(VPU) (eje Y1) y de la resistenciaa compresión(eje Y2) frente a la relación
a/c, para morteros de CAC curadosdurante28 dias y fabricadosa 5oC, 20'C y 60oC,
respectivamente.Tal y como se ha indicado en la introducción la variación en los valores
que toma la VPU es función de la composición mineralógica, de las conexiones
del volumen de poros.o
intercristalinas,del contenidoen humedady, fundamentalmente,
En general, cuando las ondas se propagana través de fluidos tales como aire o agua
sufren una atenuaciónen su velocidad de paso. La coherenciaentre estos principios
generalesy los resultados obtenidos y presentadosen las figuras es evidente. Sin
embargo,Nevilles consideraque no se debeusar estatécnicapara evaluarla resistencia
del hormigón de cementoaluminosoen estructuras,a pesarde que él la encontró muy
útil en la búsquedade áreasde la estructuramásdébiles.
La gran similitud entre las curvas de VPU vs. relación alc y las curvas de
resistenciaa compresión vs. relación a/c, para todas las temperaturas,nos permite
establecerla hipótesis de que es posible el uso de una técnica no destructiva como
determinaciónempíricade la resistenciaa compresiín para morteros de CAC con las
que han sido utilizadasen estasexperiencias.
mismasproporcionesárido/cemento/agua
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Rc (N/mm2)
VPU (m/s)
100
80
60
40
20
0
o.2
0.3
4.4
0.5
0.6
o.7
0.8
0.9
alc
Figura 21. Evolución de la velocidadde paso de ultrasonidos(VPU) (m/s)y de R"
Qr{/mm2),frente a Ia relación a/c, para morteros de CAC ,fabricados a 5oC y curados
durante 28 días.
Rc(N/mm2)
VPU(m/s)
100
80
60
40
20
0
o.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
alc
Figura 22. Evolución de WU (mh) y de R" ¡N/mm2),frente a la relación a/c, para
morteros de CACfabricados a 20oCy curados durante 28 días.
::::::::i:
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
VPU(m/s)
Rc (N/mm2)
100
BO
60
40
20
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
alc
Figura 23. Evolución de WU (m/s) y de R" (N/mm"),frente a la relación a/c, para
morteros de CAC fabricados a 60oCy curados durante 28 días.
Finalmente,la resistenciaa compresiónde los hormigonesde CAC se puede
plantearcomo una función de la relacióna./c,siemprey cuandolas condicionesde curado
y la edad de las muestrascomparadaspermanezcanconstantes.d
Esta forma de relación
entre la resistenciay la relación a/c fue inicialmentesugeridapor Duff Abrams y se
conocecomo Regla de Abrams,siendosu expresiónla siguiente:
R*: A / Bu/"
donde:R* es la resistenciaa compresión.
a/c es la relacióncontenidoen agua/ contenidoen cemento
A y B son parámetrosexperimentales.
La ecuaciónanteriorpuedeser reescritadela forma siguiente:
log R": log A - a/c log B
:::l:i i:::::
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Í:5:3i:
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Así, la regla de Abrams estableceque un aumentoen la relaciónalc implica una
disminuciónde las resistencias
en el hormigón,independientemente
de que dicha relación
seaalteradapor cambiosen el contenidode cemento,en el del aguao en ambos.Aunque
en general,los datos han mostradola aceptabilidadde esta regla dentro de unos límites,
algunas pequeñasdesviacioneshan sido publicadas.La más conocida de ellas es la
relacionadacon el tamaño de partículas.Este efecto secundarioha sido estudiadopor
Popovic,T inicialmente en términos cualitativos, y a continuación en términos
cuantitativos,a fin de mejorar la exactitudde la formula de Abrams.Collins2también ha
estudiadola aplicaciónde esta regla en sus trabajosde estudio de las propiedadesdel
hormigón de CAC a largo plazo.
A fin de comprobar la aplicabilidadde esta regla y a efectos comparativos se han
utilizado los datos experimentalesobtenidosen las experienciaspreviamentedescritas
(Figura 2) pero siendo el tiempo de curado bastanteinferior (28 días) a los referidos en el
citado trabajo,2donde estudianmuestrascuradasentre 1 día y 20 años.
Se ha realizadoun cálculode regresiónlineal simple,siendola pendiente:- log B
y la ordenadaen el origen. log A. La tablaVII muestralos valoresde log ,\ log B, r2 (el
cuadradodel coeficientede regresiónlineal)y los nivelesde probabilidad.
Tabla Yn. Datos de la regresión lineal calculada en muestrasde CAC, curadas a
distintas temperaturas durante 28 días.
Tu
"urudo
log A
f
logB
Nivel de probabilidad
50c
4.8588
1.0854
0.994
0.00001
20 "c
5.4532
3.1379
Q.929
0.00193
60 0c
4.2974
2.7585
0.966
0.00045
De la tabla VII se obtienelas siguientesrelacionesentre la resistenciaa
y la relacióna/c,paramorterosde CAC curadosbajoaguadurante28 díasa
compresión
diferentestemperaturas:
;.,t:54::..,:,:,:..l,l':,.,li,,r:ii'i'..',i,.i'.';.,ll,,,.,.':.lll.;.....l..:....'l
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
&ts'ci :
12912.96^/"
&rzo"cl :
233/ 23 "'"
: 741 75.78"'
R.1eo"c¡
El porcentajede variabilidad(r2) de la variablerespuesta(R), que se ha obtenido
con estemodelo es muv satisfactorio.
La variable independiente(relación a/c) así como el modelo en si mismo son
ambos altamentesignificativos.Los nivelesde probabilidadson muy inferiores a 0.05.
Un modelo se consideraque es significativocuando el valor de dicho parámetro es
inferiora 0.05.
Con este conjunto pequeñode datos no resulta convenienteinvestigarmodelos
más complejos.La introducciónde nuevasvariablesconduciríaa un modelo inadecuado.
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'.,.iiiil.5i5
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
; : . : : : . : : t: : : : : : i : : i i : : i i : : i
5.2.Estudiodel procesode la hidrólisisalcalina.
5.2.1. Esfudio de los efectos del curado de muestras de mortero de
cemento aluminoso en distintas disolucionesalcalinas en las que se ha
burbuj eado simultáneamenteCOz.
En esta parte del trabajo intentamos reproducir de forma acelerada en el
laboratorio el fenómenode la hidrólisisalcalina.Estas experienciasse diseñaronbajo la
hipótesis de trabajo de un ataque por la acción de un agente externo. Las dos
temperaturasde fabricaciónde las probetasempleadas,5oCy 60oC,se han elegido para
reproducir el comportamientode los distintosaluminatosde calcio hidratadosestablesa
cadatemperatuÍade trabajo,estudiarlos cambiosen las fasesmineralógicasy determinar
su influenciaen la evoluciónde resistencias
mecánicas.
La tabla VIII presenta los resultados obtenidos del análisis por DRX realizado
sobre las muestrasfabricadasa 5oC con el objeto de seguir la evolución de las fases
mineralógicaspresentes.En ella se puede observar el efecto de la carbonataciónen
presencia de álcalis sobre el CAH16, hidrato formado mayoritariamente a esta
temperaturade trabajo.No se detectala presenciadel hidrato hexagonalC2AH3,por que
estafasenecesitapara su formacióntemperaturassuperioresa los 20oC.
Los resultados se han expresadautilizando tonalidadesde gris debido a que la
DRX la hemos utilizado como una técnica semicuantitativa. Para lo cual hemos
comparadolas intensidadesde cadapico de una forma relativa,ya que debido al proceso
de preparaciónde la muestralas intensidadesobtenidaspor el árido utilizado (cuarzo)
son sensiblementeconstantes.Esto no proporcionael porcentajede los componentes,
sino que da información sobre el aumentoo disminuciónque sufren las fasespresentes
estudiadas.
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¡¡;,1,1¡
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Tabla YU,. Resultadosde DRX, de las muestrasfabricadasa 5oC,despuésde 100 días
de carbonatación en presencia de álcalis.
Disolución
CAHro
Bayerita Nordstrandita
Calcita
Aragonito
Yaterita
Antes ataque
KOH 0.01M
KOHIM
:j:j:j:j:::j:j:j:::j:j::::::::::::i:::::::::::::::
NaOH0.01M
NaOH lM
ii i iili-
i i I i ? r r!, i ! i i :
Independientementedel ion utilizado G.{a, K) y de la concentración de la
los siguientesresultados:
disoluciónde la tabla VIII se desprenden
En todas las muestrasapareceel hidrato hexagonal,CAH1g,lo cual nos indica
que el proceso de degradaciónno haftnalizado en el intervalo de tiempo estudiado.
No se observasu evoluciónpor efecto de la temperatura(temperaturaambiente
del laboratorio) y del tiempo (100 días) hacia el hidrato más estable, C3AH6. Este
resultadonos indica que el ataquese producedirectamentesobreel CAH13,siendoesta
fase la que evoluciona directamentehacia el AH3 y el CaCO: en cualquiera de sus
variedadespolimórficas.Por tanto, este proceso de degradaciónse puede producir en
conglomeradosde CAC que presentenexcelentecomportamientomecánicodebido a la
ausenciadel fenómenode la conversión.s
Además, en las condiciones de trabajo estudiadas,no se ha visto favorecida la
conversióna causadel pH de las disolucionesen las que se han sumergidolas probetas.
El fenómeno de la conversiónse aceleraen medios fuertementealcalinos,5como los
producidos por las disolucionesconcentradasde NaOH y KOH. Sin embargo, en este
caso no se ha observadoel fenómeno,al menosen la extensiónnecesariapara poder ser
detectadala fasecúbicaestablepor DRX.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
En cuanto a las muestrastratadascon disolucionesdiluidas ( 0.01 M ) no se
observan diferencias significativas en los compuestospresentesentre las probetas
introducidasen la disoluciónde ion Na respectode las de ion K. En ambasaparecegran
cantidad de CAHro y pequeñascantidadesde calcita.Los polimorfos del AH3 aparecen
en pequeña cantidad y de forma indistinta. Estos resultadosindican que o bien la
concentración en álcalis no era lo suficientementealta para provocar el fenómeno de
hidrólisis alcalina en gran extensión o bien no ha sido suficiente el tiempo de
experimentaciónseleccionado.
Por otra parte, el análisis de las probetas sumergidas en medio básico
concentrado(1 M) muestralos siguientesresultados.
Las muestrastratadas con disolución de NaOH presentanmenor cantidad de
hidrato hexagonal y mayor de CaCO¡ y de AH3, en cualquiera de sus variedades
polimórficas,con respectoa las tratadascon disoluciónde KOH. Este resultadoindica
que la extensiónen que se producela reaccióndependedel catión presenteen el medio.
Así, las muestrastratadascon disoluciónde KOH experimentanel procesodegenerativo
en menor extensión. Estudios de la cinética de la descomposiciónde los hidratos
presentesen el CAC hidratadoindican que la velocidadde la reacciónde regeneración
del carbonatoalcalinoes mayor cuandoel ion utilizadoesNa que cuandoes K.8
Con respectoa los polimorfos del AH3, no se observandiferenciassignificativas
según el ion usado. En ambos casosapareceen mayor extensiónla bayerita y, no se
detectala formación de gibsita.En cambiola nordstranditase forma en mayor extensión
parala disoluciónde ion K que parala de ion Na.
Por otro lado, la formaciónde polimorfosdel CaCO3no dependedel ion presente
en la disolución. En ambos casos el mayoritario es la calcita y se obtienen pequeñas
cantidadesde aragonito y vaterita, los cualesno se observanen las muestrastratadas con
disolucionesmás diluidas.
x:Si8iililiiiii:i:lliii:i:iii:iiiii:i:ili
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
: : t : t : t l t :l : : i : : : l :
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Por último, no se observala formaciónde compuestostipo carboaluminatos.
Este
resultado es común para todas las muestras estudiadas, independientementede la
concentraciónde la disolución. El hemicarboaluminato,el monocarboaluminatoy la
calcita son las fases establesque se forman a medida que aumentala concentración de
anión carbonato.eAsí, podemosconsiderarloscomo compuestosintermediosy es lógico
que en las muestrasestudiadasno hayamosdetectadoningún compuestode este tipo.
Estos compuestoshabránreaccionadocon el COz en excesoy se habrán destruido en las
primeras edadesde carbonatación,dando como producto final los distintos polimorfos
del CaCO¡.
A tenor de los resultados anteriormente descritos queda demostrada la
importancia de la concentraciónde álcalis en la disolución para favorecer el proceso de
hidrólisis alcalina.La reacciónocurre en mavor extensiónpara disolucionesconcentradas
independientemente
del ion usado.
La tabla IX muestralos resultadosde resistenciasmecánicasobtenidospara las
muestrasfabricadasa 5oC.
Tabla IX. Resultados de resistencias mecanicas de las muestras fabrícadas a 5'C.
despuésde 100 días de csrbonatación en presencia de alcalis.
Disolución
R¡ ( N/mm2 )
R. ( N/mm'z¡
KOH 0.01M
9.61
74.41
KOH lM
7.64
64.11
NaOH0.01M
8.92
74.04
NaOH lM
6.86
62.76
En ella se observa que la evolución de las fases mineralógicas,estudiadapor
DRX (Tabla VIII),
explica los resultados obtenidos del estudio de resistencias
mecánicas.A mayor cantidadde hidratoshexagonalesmenor extensiónbabrá tenido la
reacción de degradaciónpor hidrólisis alcalina y por tanto, mejor comportamiento
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mecánico presentarála muestra.De todo esto se puede concluir que el orden de las
muestrasde mayor a menor resistenciamecánica,teniendoen cuentasólo los resultados
de DRX. será:
KOH 0.01M > NaOH 0.01 > KOH lM > NaOH lM
tal y como se desprendede los resultadosexperimentalesobtenidospara resistencias
mecánicas.
Latabla X presentalos resultadosobtenidosdel análisispor DRX realizadosobre
las muestras fabricadas a 60oC con el objeto de seguir la evolución de las fases
mineralógicaspresentes.En ella se puede observar el efecto de la carbonataciónen
presencia de álcalis sobre el C3AH6, hidrato formado mayoritariamente a esta
temperaturade trabajo.
Tabla X. Resultadosde DRX, de las muestrasfabricadasa 60oC,despuésde 100 días
de carbonatación en presencia de álcalis.
Disolución
Antes ataque
C3A116
Gibsita
Nordstrandita
Calcita
Vaterita
ililti;ll'l
KOH0.0rM
KOHlM
NaOH0.01M
:::::::
NaOH lM
iiliiiiliiiiffi::iilli:::::li:lllill;.:.i:illii::
De la tabla X se puedenobtenerlos siguientesresultados:
Las fasesformadas en la hidratación del cementoaluminosoa 60oC son el hidrato
cúbico ( C3AIü ) y la gibsita como fase cristalinadel AH¡ .
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Observandola cantidadde C¡At{r que quedaen las muestrasdespuésdel proceso
de carbonataciónen presenciade álcalispodemosdeducir que la reaccióntiene lugar en
mayor extensiónpara las muestrastratadascon disoluciónde ion Na que para las de ion
K. Por otro lado, paraun mismo ion, el procesoes más intensocuanto más concentrada
en dicho ion se encuentra la disolución. Además, dado que la cantidad de C¡AH6
detectadadespuésde los 100 díasde ataquees significativa,se puede considerarque la
reacción no se ha producido en su totalidad en el intervalo de tiempo que ha durado el
tratamiento.Lareacción se considerariafinalizada
cuandoen la muestrano se detectara
aluminato cálcico hidratado alguno. El valor de la resistenciamecánica en este caso
podría ser consideradocomo final.
Tambiénse puedeobservaren la tabla X que, si asumimosque la gibsita que se
detecta en todos los casos proviene probablementedel proceso de hidratación, las
cantidadesformadasde los polimorfosdel AH: que se detectanen todos los casosno son
elevadas.Esto se debea que parte del AHs producidopor el procesode degradaciónestá
en forma de gel amorfo.
Por otro lado, fijando el ion de la disolución y analizandolo que ocurre al variar
su concentración, se puede deducir que ésta no influye en el tipo de fases de
neoformación presentes en un tiempo dado, ya que no se observan diferencias
significativasen este tipo de fases.La única diferenciase debe a la extensiónen que se
produce la reaccióny, por tanto, alacantidad de productosfinalesencontrados.
Las fasespresentestampoco son distintasen función del ion empleado.Para las
muestrastratadascon disoluciónde ion N4 la fasemayoritariaes la calcita,apareciendo
ademásgibsita, nordstranditay una pequeñacantidadde vaterita. En este caso, no se
observala formación de bayerita,aragonito,ni de compuestostipo carboaluminatos.La
raz6n de no encontrarcarboaluminatoses la misma que para las muestrasfabricadasa
5oC.En cuanto a los productosformadosen las muestrastratadascon disoluciónde ion
K welve a ser mayoritanala formaciónde calcitaen relacióna los otros polimorfos del
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CaCO¡. Por otro lado, tambiénlo es la formación de gibsita y nordstranditafrente a la
bayerita.
La tabla XI, muestralos resultadosde resistenciasmecánicasobtenidospara las
muestrasfabricadasa 60oC.
Tabla XI. Resultados de resistencias mecanicas de las muestras fabricadas a 60'C,
despuésde 100 días de carbonatación en presencia de qlcalis.
Disolución
n¡ ( N/mm2)
R* ( N/mm2 )
KOH 0.01M
2.94
I 1.06
KOH lM
5.09
20.29
NaOH 0.01M
3.04
t3.64
NaOH lM
5.47
24.88
En ella se observa que la evolución de las fases mineralógicas,estudiadapor
DRX (Tabla X), explica los resultadosobtenidosdel estudio de resistenciasmecánicas.
Para esta temperaturade trabajo, el único aluminato cálcico hidratado presentees el
cúbico. Tal y como se ha demostradoen el capítuloanterior las resistenciasdesarrollas
por esta fase son menores que las que se obtienen cuando el aluminato predominantees
el hexagonal. Por tanto, los valores de resistenciasmecánicaspara las muestras
fabricadasa 60oC y sometidasal proceso de carbonataciónen presenciade álcalis es
lógico que seaninferioresa las obtenidasparalas fabricadasa 5oC.(TablaIX)
Por otro lado, a mayor cantidadde hidrato cúbico presente,en menor extensión
habrá tenido lugar la reacción de degradaciónpor hidrólisis alcalina.En este caso, el
comportamiento mecánico se verá perjudicado. Este comportamiento, aparentemente
contradictorio, se puede explicar estudiandola formación de carbonatocálcico, uno de
los productos finales del proceso de degradaciónpor hidrólisis alcalina.La deposición
masiva de productos de carbonatación(para tiempos de tratamientosde carbonatación
largos) provoca una reducción de la porosidad de las pastas.Esto conduce a un
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incrementoprogresivo de las resistenciasmecánicas.10
Teniendo en cuenta este hecho,
tendrán que dar mayoresresistenciasmecánicaslas muestrastratadascon ion Na y con
disolucionesmás concentradas.
Esto se apoyaen el hechoobservadopor DRX de que en
ellasla reaccióntiene lugar en mayor extensión,lo que provoca una formación mayor de
CaCO¡ (Tabla X). De todo esto se deduce que el orden de las muestrasde mayor a
menor resistenciamecánica,teniendoen cuentasólo los resultadosde DRX, será:
NaOH I M > KOH I M >NaOH 0.01M > KOH 0.01 M
tal y como se desprendede los resultadosexperimentalesobtenidospara resistencias
mecánicas.
Por tanto, este resultadonos indica que la formación de cantidadesimportantes
de fasescarbonatadasmejora el comportamientomecánicode los morteros de cemento
aluminoso totalmente convertido. En los puntos siguientestrataremos este tema con
mayor profundidad,ya que aunqueel comportamientomecánicose vea mejorado,no es
éste un buen método para paliar la pérdida de resistenciaque sufren los morteros y
hormigonesde cementoaluminosoconvertido.
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5.2.2.Estudio de los efectosde la carbonataciónen ausenciade álcalis
en morterosde cementoaluminoso.
La tabla XII presenta los resultados obtenidos del análisis por DRX realizado
sobre las muestrasfabricadasy curadasa 5oCy sometidasa un proceso de carbonatación
aceleradoa temperatura ambiente,con el objeto de seguir la evolución de las fases
mineralógicaspresentes.
Tabla Xn,. Resultados de DRX de las muestras fabricadas a 5'C y carbonatadas en
ausencia de álcalis.
Tiempo
cAHl¡ C¡AHo Gibsita Nordstrandita Calcita Vaterita Aragonito CA
(días)
0
.,
28
:::::
90
':i
como
despuésdel procesode curado,denominadas
Las muestrasestudiadas
presentan
un alto
tiempocero ya que no se han sometidoal procesode carbonatación,
contenidoen CAHro, una pequeñacantidadde AH¡ en forma de nordstranditay
anhidro,CA.
cantidades
significativas
de aluminatomonocálcico
las muestras
Transcurridos7 días del inicio del procesode carbonatación,
estudiadaspresentanun aumento de CAH16, acompañadode una disminución
considerable
del CA, que ya no se detectapor DRX. La cantidadde AH¡ en forma de
No se observaapariciónde CaCO¡.
nordstrandita
constante.
se mantieneprácticamente
quelo queestáocurriendoes un avancedel procesode
Por tanto,se podríaconsiderar
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hidratación. Las consecuenciasdel proceso de carbonataciónno son detectablespor
DRX, ya que se ha demostradoque existe carbonatocálcico amorfo en los cementos
hidratados a temperaturabaja, o en las primeras edadesde los hidratados a temperatura
mediasen presenciade CO2.tt
En cambio,a los 28 díasse detectande maneraapreciablelas consecuencias
de la
carbonatación.Se observala formación de CaCO¡ en forma de vaterita. La cantidadde
AH3, que de nuevo se mantieneprácticamenteconstante,se detectaen forma de gibsita.
La cantidadde CAHro disminuyeligeramente.Por último, es significativa la aparición de
cantidadesapreciablesde C¡AH6 procedentede la conversióndel CAHro. Este hecho
puede ser debido a que el proceso de carbonataciónse realizaa temperaturaambiente,el
cual quedaconstatadoen los estudiosde resistencias
mecánicas.
Finalmente,las muestras estudiadasa los 90 días del inicio del proceso de
carbonataciónpresentanuna cantidadde CAHro muy pequeña.No se observaC¡AH6. La
cantidadde AH¡ en forma de nordstranditaaumentaligeramente.La cantidadde CaCO¡
aumenta considerablementedebido a la disminución de CAHro y C¡AH6. El CaCO¡ se
encuentrasimultáneamente
en forma de calcita,aragonitoy vaterita,siendo éste último
polimorfo el que apareceen mayor proporción.
Lafrgura24 muestrala evoluciónde las resistencias
mecánicasa compresión(eje
Yr) y flexotracción(eje Yr) de muestrasfabricadasa 5oCen función del tiempo durante
el cual han estado sometidasa un proceso de carbonataciónaceleradoa tempeÍatura
ambiente.En ella se observaque la evoluciónde las fasesmineralógicas,estudiadapor
DRX (Tabla XII), explicalos resultadosobtenidosdel estudiode resistencias
mecánicas.
En las primeras edadesdel proceso de carbonataciónlas resistenciastanto a
compresióncomo a flexotracciónaumentandebido al avancedel proceso de hidratación
que aporta grandes cantidadesde CAHro. Con el tiempo, éste se va carbonatandoy
convirtiendo en C¡AHo. Como resultado, observamosuna clara disminución de la
resistenciaa compresióna los 28 días.Posteriormente,
y a medidaque avanzael proceso
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UoSt¡¡'.....'..
de carbonataciónse recuperaligeramentesu valor debidoa la precipitaciónde cantidades
importantes de CaCO¡. Sin embargo, la resistenciaa flexotracción prácticamentese
mantieneconstantedurantetodo el procesode carbonatación,no viéndoseafectadapor
la formación de C¡AlIo, ni por la posteriorde CaCO¡.
100
Rc (Nimm2)
Rf (N/mm2)
BO
60
Figura 24. Evolución de R" (N/mm2) y de R¡ (N/mm2) en función del tiempo de
carbonatación (días), pqra muestrasfabricadas a 5oC.
La tablaXIII presentalos resultadosobtenidosdel análisispor DRX realizado
sobre las muestrasfabricadasy curadasa 60"C y sometidasa un proceso de
ambiente,
conel objetode seguirla evoluciónde
a temperatura
carbonatación
acelerado
presentes.
lasfasesmineralógicas
como
despuésdel procesode curado,denominadas
Las muestrasestudiadas
presentanun
tiempo cero ya que no se han sometidoal procesode carbonatación,
contenidoalto en C¡AH6. El AH3 detectadoen forma de gibsita tambiénapareceen
Estosresultados
nos indicanun aumentode la velocidadde
cantidades
considerables.
paralasmuestras
a 60oC,frentea las
amasadas
hidrataciónpor efectode latemperatura,
::::::::::.::.::::.::i::::::::.:.:.:.::::::tr::::::..:::::.:r:::::t::t::l::::.:.:.:::::::i:::l::::.::
i : i : : : : : : : : : : : : . : : : : :i :: :: :: :i : : : : : : . : i : : : : : : : : : : : : : : 1 1 : i : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :I.l::: I: i: :: :i ii : . : : l : :
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de 5oC,ya que la cantidadde AH¡ detectadosson mayoresy no se detectala presencia
de aluminatoscálcicosanhidros.
Tabla XIII. Resultados de DRX de las muestras fabricadas a 60oC v carbonatadas en
ausencia de álcalis.
Tiempo
C3AH6
Gibsita
Calcita
Vaterita
Aragonito
(días)
0
7
28
Al someterlasal proceso de carbonataciónse observauna disminucióngradual
del C¡AII6 con el tiempo.
Desde primerasedadesse detectala formación de CaCO3.A los 7 dias aparece
sólo en forma de calcita.A los 28 díascoexistenla calcitay la vaterita.Finalmente,a los
90 días coexistenlos tres polimorfos.La formación,como fase carbonatadaestable,de
aragonito en lugar de calcita sugiere una carbonataciónmás completa.l2Por tanto,
parece lógico que a los 90 días aparezcancantidadessignificativas de aragonito. Sin
embargo, para todas las edadesel mayoritario es la calcita.
Por otro lado, el AH3 aparecepara todas las edadesestudiadasen forma de
gibsita. La cantidadva aumentandocon el tiempo de carbonatación.Además coincide
con la disminuciónde C¡A}I6. La formaciónde gibsitase realizaa travésde las etapasde
alúminagel y bayerita,las cualesal envejecerse transformanen gibsita.rrLa elevaciónde
la temperatura aumentala velocidad del envejecimiento,por lo que parece lógico el
resultadoobservado.
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Finalmente, destacar que no se ha observado para ninguna de las edades ni
temperaturasde trabajo la formación de carboaluminatoscomo especiesintermediasen
el proceso de carbonatación.Esto podría deberseala corta vida de estasespeciesen el
sistemar0,siendo 7 días un tiempo muy elevadopara detectarlos.Por otro lado, sería
debido a que la técnicade DRX no se revelacomo la más adecuadapara su detección,ya
que su formación podría ser minoritaria(menor 5Yo)y, por tanto, imposiblede observar.
100
Rf (N/mm2)
Rc(N/mm2)
80
60
40
Tiempo(días)
Figura 25. Evolución de R, (N/mm2) y de R¡ ¡N/mm2) en función del tiempo de
carb onatación (días), para muestrasfabri cadas a 60'C.
La figura 25, muestra la evolución de las resistenciasmecánicas,a compresión
(eje Y1) y flexotracción (eje Y2), en función del tiempo durante el cual han estado
sometidas,las muestrasfabricadasa 60oC,a un proceso de carbonataciónaceleradoa
temperatura ambiente. En ella se observa que la evolución de las fases mineralógicas,
estudiada por DRX (Tabla XIID, explica los resultados obtenidos del estudio de
resistenciasmecánicas.
En ambos casosse observauna evoluciónpositiva de ambasresistenciascon el
tiempo. Esto se debe a la desaparicióngradual del C3AFI6,junto con la precipitación
masivade CaCOs.
,,iiiiX:us¡1¡.1;¡.
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Lafigura 26 muestrala evoluciónde las resistenciasmecánicasa compresiónen
función del tiempo, de curadoy de carbonatación(COr), para muestrasfabricadasa 5oC
y 60oC.En ella se puede observarque para las muestrasfabricadasa 5oC el proceso de
carbonatación no mejora el comportamiento mecánico, ya que al efectuarse a
temperaturaambientepermiteque se produzcala conversióncon la consiguientepérdida
de resistencia.En cambio, para las de 60oC el proceso de carbonataciín mejora
sensiblementeel comportamientomecánico.Por otro lado, comparandoel valor de la
resistenciamecánica a 90 días entre las muestrasfabricadasa 5oC y 60oC, sometidasal
proceso de carbonatación,observamosque es mayor para las de 5oC.Esto se debe a la
presencia de CAHro remanenteen las primeras, frente al C:AII6 remanente en las de
60"C. Por tanto, aunqueel procesode carbonataciónproduceun efectobeneficiosoen el
comportamientomecánico de las muestrastotalmente convertidas,en el intervalo de
tiempo estudiado, no se llega a alcat¡zar los valores iniciales de las muestras no
convertidas.
100
Rc (N/mm2)
BO
*CO2
60
(5qC)
+co2 (60sc)
-¡-curado(5eC)
+curado (60eC)
40
20
0
40
60
Tiempo(días)
X'igura 26. Evolución de Rc (N/mm2) en función del tiempo (días), de curado y de
carbonatación (COz),para muestrasfabricadasa 5'C y 60'C.
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5.2.3. Esfudio de los efectosdel ataque alcalino sobre muestrasde
mortero de cementoaluminosocarbonatadas.
La tabla XIV presentalos resultadosobtenidos del análisis por DRX, realizado
sobre muestrasfabricadasy curadasa 5oC, sometidasa un proceso de carbonatacióna
temperatura ambiente durante 72 diasy que fueron, posteriormente,introducidas en una
disoluciónNaOH I M.
Las muestras estudiadasdespuésdel proceso de carbonatación,denominadas
como tiempo cero ya que no se han sometidoal procesode ataquealcalino, presentan
resultados similaresa las muestrasestudiadasa los 90 días en el apartado 5.2.2. La
cantidad de CAH16 detectadaes pequeña.El AH3 apareceen forma de nordstrandita.
Coexistenlos tres polimorfos del CaCOgsiendomayoritariala presenciade vaterita.
Tabla XIY. Resultadosde DRX de las muestrasfabricadas a 5oC,carbonatadas e
introducidas en disolución de NaOH I M.
Despuésde 7 díasen contactocon la disoluciónalcalinala cantidadde CAHro
Esto se debea que en un mediofuertementealcalinolos
disminuyesignificativamente.
aluminatoscálcicoshidratadosse solubilizan.Lacantidadde vateritaaumentade forma
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l::::::::::::::::l::.::llll.::::::.::::::::::::::::::::::iii::li::.i
: : : : :i
: : :. : : : : i:: : : : : i:: : : : : ji: : : : : :, : :
: : : : : i::..
simultánea.Esto se debe a que el ataquese realizó en recipientesabiertosy, por tanto, en
presenciadel COz atmosférico.De estaforma se ha completadoel ciclo de degradación.
A los 28 días de estar sumergidasen la disolución alcalina no se detecta la
presenciade CAHro. La cantidadde CaCOgaumentasignificativamente,siendo similares
las cantidadesde vaterita y aragonito. Sin embargoel polimorfo mayoritario es la calcita.
Para las muestrasexpuestasal ataquedurante90 díasencontramosprácticamente
los mismos resultados,ya que desdelos 28 días no existía aluminatocálcico hidratado
que pudierasufrir la degradaciónpor la presenciade álcalis.
Con respectoa la presenciade polimorfosdel AH3, sólo se detectanordstrandita
en las muestrascarbonatadas.En cambio, las sometidasal ataque alcalino presentan
ademásbayerita para todas las edades.La bayerita se convierte así en la fase mayoritaria.
Sólo a los 90 días se detecta una leve presenciade gibsita, la cual procedería del
envejecimientode la bayerita.
100
Rf (N/mm2)
Rc (N/mm2)
BO
60
40
20
40
Tiempo(días)
y de R¡ ¡N/mm2)enfunción del tiempo de contacto
Figura 27. Evolución de R" Qrl/mm2)
(días) con una disolución de NaOH IM, para muestrasfabricadas a 5'C.
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mecánicasa compresión(eje
La figura 27 muestrala evoluciónde las resistencias
Yt) y flexotracción (eje Y2) de las muestrasfabricadasa 5oC en función del tiempo
duranteel cual han estadointroducidasen la disoluciónalcalina.En ella se observaque la
evolución de las fases mineralógicas,estudiadapor DRX (Tabla XIV), explica los
resultadosobtenidosdel estudio de resistenciasmecánicas.La resistenciaa compresión
disminuyede forma importanteen los primerosdíasde ataque.Esto se debe,tal y como
se ha detectado por DRX, a la gran disminuciónde CAHro que se produce en los
primeros días.Entre los días7 y los 28 de ataque,va disminuyendode forma gradual.A
los 28 díasel CAH16ya no se detectapor DRX. A partir de estemomento el valor de la
resistencia mecánica a
compresión prácticamente se mantiene constante. El
comportamientode la resistenciaa flexotracciónes similar.Este resultadosugiereque las
disolucionesfuertemente alcalinas,NaOH 1 M, no producen efecto alguno sobre el
comportamientomecánicode morterosde cementoaluminosototalmentecarbonatados.
La tablaXV presentalos resultadosobtenidosdel análisisde DRX, realizado
y curadasa 60oC,sometidas
a
a un procesode carbonatación
sobremuestrasfabricadas
introducidasen una
temperaturaambientedurante72 diasy quefugron,posteriormente,
disoluciónNaOH I M.
Tabla XY. Resultadosde DRX de las muestrasfabricadas a 60oC,carbonatodas e
introducidas en disolución de NaOH I M.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las muestras estudiadasdespuésdel proceso de carbonatación,denominadas
como tiempo cero ya que no se han sometidoal procesode ataquealcalino, presentan
resultadossimilaresa las muestrasestudiadasa los 90 días en el apartado 5.2.2. Se
detectan cantidadessignificativasde C:AIIe y de gibsita. Coexisten los tres polimorfos
del CaCO¡, siendola presenciade calcitamayoritaria.
Rc (N/mm2)
Rf (N/mm2)
40
2A
enfunción del tiempo de contacto
Figura 28. Evolución de R" (N/mm2)y de RyQ,{/mm2)
(días) con una disolución de NaOH IM, para muestrasfabricadas a 60'C.
A medida que aumentael tiempo de contacto entre la disolución alcalinay las
muestras se observa como el C¡AHo va disminuyendo,de manera que la cantidad
la cantidad de
detectadaa los 90 días es prácticamentedespreciable.Simultáneamente,
CaCO¡ va aumentando con el tiempo. Coexisten, para todas las edades, los tres
polimorfos del CaCO¡ siendo,en todos los casos,la calcitala fase mayoritaria.
El AH3 aparece,de forma significativa,como gibsitaparatodas las edades.Por el
contrario la bayerita se detectaa partir de 28 días.Esto puede ser debido a que, como el
aumento de temperaturaacelerael proceso de envejecimiento,se formarán pequeñas
cantidades de bayerita que rápidamente se transformanan a gibsita y, Por tanto, no
podríamosdetectarla.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
mecánicasa compresión(eje
La figura 28 muestrala evoluciónde las resistencias
Yr) y flexotracción (eje Y2) de las muestrasfabricadasa 60oC en función del tiempo
duranteel cual han estadointroducidasen la disoluciónalcalina.En ella se observaque la
evolución de las fases mineralógicas,estudiadapor DRX (Tabla XV), explica los
resultados obtenidos del estudio de resistenciasmecánicas.Hasta los 28 días la
resistenciaa compresióndisminuyede forma gradualcon el tiempo. Esto podría deberse
a la pérdida paulatinadel C¡AII¡. A partir de estemomentola resistenciaa compresión
experimentauna leve recuperaciónque podría atribuirsea la formación de cantidades
importantesde CaCOs. Sin embargo,este hecho no pareceafectar a la evolución de la
resistenciaa flexotracciónque, a parlir de 28 días,siguedisminuyendoligeramente.
Comparandoestosresultadoscon los obtenidospara las muestrasde 5oC (Figura
27) no se observan diferencias importantes, aunque las de 5oC presentan mejor
a compresión.Este resultado nos indica
comportamientomecánico,fundamentalmente
que las consecuenciasdel ataque alcalino son más perjudicialescuando el proceso se
produce sobremorterosde cementoaluminosototalmenteconvertidos.
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
5.2.4. Estudio del efecto del NaOH sobre la hidratación y carbonatación
de morteros de cementoaluminoso.
sefabricaron
utilizandoen lugarde agua
En estapartedeltrabajolasmuestras
destiladauna disoluciónde NaOH lM como líquido de amasado.Así se trabaja bajo la
hipótesisde un ataquepor una acoióninterna.
La tabla XVI muestra los resultados obtenidos del análisis por DRX realizado
sobrelas muestrasfabricadasy curadasa 5"C y sometidasa un procesode carbonataciín
acelerado a temperatura ambiente, con el objeto de seguir la evolución de las fases
mineralógicaspresentes.
Las muestras estudiadasdespuésdel proceso de curado, denominadascomo
tiempo cero ya que no se han sometido al proceso de carbonatación,presentan
cantidades similares de CAHro y C2AH3. La formación de CzAHs tiene lugar a
temperaturas superiores a los 5oC utilizados durante el proceso de fabricación y
curado.r3'toEl calor desprendidodurante la hidratacióndel cemento en presenciade
álcalis aumentala temperaturadel materialy permite la formación del C2AH3.r0
Por otro lado, comparandocon las muestrasamasadascon agua (Tabla XII), las
cantidades de hidratos hexagonalesobservadasson, en este caso, menores. Este
resultado sugiere que la extensiónen que se produce la reacciín de hidratación en
presenciade álcalises menor.Este hechotambiénse apoyaen la presenciade cantidades
mayores CA , que prácticamenteson similares a las de los hidratos hexagonales
formados. Otro factor que puede influir en que la cantidad de hidrato hexagonal
detectado sea menor es la capacidadde estos compuestos de disolverse en las
disolucionesfuertementealcalinas,pasandoen forma de anión aluminatoa la fase acuosa
de los poros.tu'tt
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Tabla XVI. Reszltados de DRX de las muestras amasadas con NaOH IM a 5'C v
carbonatadas
Tiempo (días)
0
7
'T,,f,,tffir..,tit
28
90
CAHro
CzAIIs
CsAH6
Gbsita
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Bayerita
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Calcita
Vaterita
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:r::iir:i:i
Aragonito
r'i
::: t::i:::::::i::t:l
CA
C¿AcllH
Por otra parte, en estasmuestrastambién se detectauna pequeñacantidad de
monocarboaluminatocálcico, C+Ao11H. Esta especie se forma fundamentalmentea
partir del COz disuelto en el líquido de amasado.En presencia de ion Na* la
concentraciónde iones Ca2*en la disoluciónen equilibrio con el monocarboaluminato
de iones aluminioy carbonato.'Por tanto, se
disminuye.Aumentan las concentraciones
modifica y ar'rrpliael intervalo de concentracionesde carbonato en el que la fase
monocarboaluminato es estable. Esto justifica el que podamos detectar el
con disoluciónde NaOH 1 M.
monocarboaluminatoen estasmuestrasamasadas
En las muestras sometidasal proceso de carbonataciónencontramosque los
hidratos hexagonalespresentanun comportamientodistinto.El CzAHs va disminuyendo
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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con el tiempo, no detectándosea los 28 días.Por otro lado, el CAHIS aumentaen los
primeros días del procesode carbonatación,debido a la hidratacióndel CA con el agua
liberada de la conversión y carbonatacióndel C2AH3.Por tanto, a los 7 días se observa
un aumentodel CAH16,una disminucióndrásticadel CzAHs,la desaparicióndel CA y la
aparición de cantidadespequeñasde AH¡ y CaCO¡. A medida que avanzael proceso de
carbonataciónel CAHro disminuye para finalmentedesaparecera los 90 días. De forma
simultáneava aumentandola cantidadde CaCOsdetectado.Inicialmente sólo se detecta
vaterita y aragonito. A los 28 días calcita, vaterita y aragonito, siempre en cantidades
similares.Sin embargo,a los 90 díasla presenciade calcitaes mayoritariafrente a la de
vaterita y aragonito. En cualquier caso, las cantidadesde CaCO¡ detectadas en estas
muestrasson superioresa las detectadasen las muestrasamasadascon agua.Esto podría
deberse a que parte del carbonatovenga de la descomposiciónde otros aluminatos
cálcicospresentes.8
Los carboaluminatos
reaccionan,en estasmuestras,con el excesode COz
destruyéndose
Así, a los 28 díasde
en lasprimerasedadesdelprocesode carbonatación.
iniciadoel procesoprácticamente
ya no sedetectan.
Por otro lado, el AH3 apareceen pequeñacantidad a los 7 días en forma de
bayerita. Sin embargo,a partir de 28 días se detectancantidadessignificativasde bayerita
y gibsita.
Por último, destacarla presenciade cantidadesimportantesde CgAHea partir de
28 días.Esta fase procederíade la conversiónde los hidratoshexagonalesdebido a que
el proceso de carbonatacióntiene lugar a temperaturaambiente y en presenciade
humedad. Particularmente del C2AHg, que experimenta la reacción de conversión a
temperaturassuperioresa los 20oCmás rápidamenteqüe el CAHro.r3'la'Por otro lado,
hay que tener en cuenta el hecho de que la conversiónde los hidratos hexagonalesa
cúbicos se acelera en presencia de álcalis.5'6'rs
La formación de carboaluminatos
disminuyeo inhibeparcialmentela transformaciónhexagonala cúbico, pero no impide su
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
degradaciónpor el COz en presenciade humedad.llEste resultadose observaal detectar
de forma simultáneala presenciade C¡AH6 con la desaparicióndel monocarboaluminato.
mecánicasa compresión(eje
Lafigura 29 muestrala evoluciónde las resistencias
Yr) y flexotracción (eje Y2) de las muestrasfabricadasa 5oC en función del tiempo
durante el cual han estado sometidas a un proceso de carbonatación acelerado a
temperaturaambiente.En ella se observaque la evolución de las fases mineralógicas,
estudiada por DRX (Tabla XVI), explica los resultados obtenidos del estudio de
resistenciasmecánicas.La evolución de las resistenciasa compresióny a flexotracción
con el tiempo son semejantes.
100
Rc (N/mm2)
Rf (N/mm2)
BO
60
40
60
Tiempo(días)
Figura 29. Evolución de R" N/mm") y de R¡ Q,{/mm") en función del tiempo de
carbonatación (días), parq muestras fabricadas a 5"C y amasqdas con disolución de
NaOH IM.
En primer lugar, es interesantemencionar la escasaresistenciamecánica a
compresión que presentanlas muestras que no han sido sometidas al proceso de
carbonatación.Esto se debea la menor cantidadde hidratoshexagonalesformadosy ala
gran cantidad detectada de CA en las muestras fabricadas con NaOH, frente a las
t:78l:liiiiii:i:lii:tiii:i
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
muestras fabricadas con agua destilada, en las mismas condiciones. Por otra parte,
tambiénpuededebersea la disoluciónde los aluminatoscálcicoshidratados.
En la misma figura se observa que a los 7 días aumentan los valores de
resistenciasmecánicas,hecho que concuerdacon el aumento en la cantidad de hidratos
hexagonalesdetectadosjunto con la de CaCO¡. N aparecerel CsAII¿, a los 28 días, se
produce un ligero descensoen estosvalores.Posteriormente,la resistenciamecánicase
recupera a medida que aumenta el CaCO3 precipitado al avanzar el proceso de
carbonatación.
La tablaXVII muestralos resultadosobtenidosdel análisispor DRX realizado
sobre las muestrasfabricadasy curadasa 60"C y sometidasa un proceso de
con el objetode seguirla evoluciónde
ambiente,
carbonatación
acelerado
a temperatura
presentes.
lasfasesmineralógicas
Tabla XVII. Resultados de DRX de las muestras amasadns con NaOH IM a 60"C y
carbonatadqs
Tiempo (días)
0
7
28
Gibsita
90
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Nordstrandita
Bayerita
riirriii**iiiiiiiiiiiiiii:iiiiu'
Vaterita
Aragonito
:II
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C¿AcllH
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
En las muestrasestudiadasdespuésdel proceso de curado, denominadascomo
tiempo cero ya que no se han sometido al proceso de carbonatación,se observa la
presenciade gran cantidad de C¡AlIe. Su presenciaes mayor que para las muestras
amasadascon agua (Tabla XIII). A diferenciade lo que ocurre a 5oC, a 60oC no se
detectaCA. Ambos resultadosnos indicanque la reacciónde hidrataciónha tenido lugar
en mayor extensióndebido al aumento de temperaturay a la presenciade álcalis. Se
detecta una pequeñacantidad de carboaluminato,no observadocuando se amasacon
agua.La aparición de AFI: tiene lugar en forma de gibsita y nordstrandita en cantidades
considerables.
En las muestrassometidasal procesode carbonataciónse observala desaparición
gradual del C¡AlIo con el tiempo. Destacarque a los 90 díastodavía quedancantidades
significativasde este compuesto.Esto se debe alagran cantidadformada en el proceso
de hidratación.
prácticamentea los 7 dias.
El carboaluminatodesaparece
El AI{3 se detecta en gran cantidad a medida que avanza el proceso de
carbonatación,apareciendode forma conjuntagibsita y nordstrandita.Ocasionalmente,
con el tiempo.
tambiénse detectabayeritaque desaparece
Con el avance del proceso de carbonataciónse observala formación de gran
cantidad de CaCO:. Aparecende forma conjuntalas tres variedadespolimórficas.Para
todas las edadeses mavoritariala calcita.
Comparandoestosresultadoscon los obtenidosparalas muestrasamasadascon
agua (Tabla XII|
se detectala formaciónpreferentede gibsitaen ausenciade álcalis.En
presenciade álcalis se detectancantidadesimportantesde nordstrandita,no siendo su
formación preferencialya que apareceen todos los casos acompañadade cantidades
similaresde gibsita.Por otro lado, el polimorfo del CaCO¡ mayoritario,en amboscasos,
ii:illeg
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
es la calcita. Aunque hay que destacarla apariciín de cantidadessignificativasde vaterita
y aragonito en presencia de álcalis.
Lafrgura 30, muestrala evoluciónde las resistencias
mecánicasa compresión(eje
Yt) y flexotracción (eje Yr) de las muestrasfabricadasa 60oC en función del tiempo
durante el cual han estado sometidas a un proceso de carbonatación acelerado a
temperaturaambiente.En ella se observaque la evolución de las fases mineralógicas,
estudiada por DRX (Tabla XVII), explica los resultados obtenidos del estudio de
resistenciasmecánicas.La evolución de las resistenciasa compresióny a flexotracción
son semejantes, aumentando ambas los primeros 28
días y
permaneciendo
posteriormenteconstantes.
100
Rc (N/mm2)
Rf (N/mm2)
80
60
40
20
0
40
60
Tiempo(días)
Figura 30. Evolución de R" Qrl/mm2)y de R¡ ¡N/mm2) en función del tiempo de
carbonatación (días), pqra muestrasfabricadas a 60oCy amasadas con disolución de
NaOH IM.
De nuevo, la resistenciaa compresiónque presentanlas muestrasamasadascon
NaOH es muy baja lo cual está de acuerdo con los datos de DRX que indican la
existenciade gran cantidadde aluminatocúbico. Además,las resistenciasdesarrolladas
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I:8i,1
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
:i::ii::i::tii:
son bastanteinferiores a las que correspondena una muestra amasadacon agua a la
mismatemperatura(Figura 25). Este hechose debea la disoluciónque experimentanlos
aluminatoshidratadosen mediosfuertementealcalinos,lo que afectade forma negativaa
Hecho que no se puede
las resistencias,tal y como se ha comentadoanteriormente.l6'17
compensarcon la gran formación de CaCOs.Por últirno, se observaque la presenciade
álcalissí que modifica la velocidaddel procesode carbonataciónya que en presenciade
álcalislas resistenciasa 28 y 90 díasson similares,mientrasque en ausenciade álcalisel
por tanto, una recuperación.
valor a 28 díases menor que a 90 observándose,
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
5.2.5. Estudio del efecto del NazCO¡ sobre la
hidratación
y
carbonatación de morteros de cementoaluminoso.
En esta parte del trabajo las muestrasse fabricaron utilizando como líquido de
amasadouna disoluciónde NazCO¡2M, en lugar de agua destilada.De nuevo se trabaja
bajo la hipótesis de un ataque por una acción interna. Sin embargo, en este caso el
contenido en álcalises menor, por lo que el pH de la fase acuosapuede no superarel
valor de 13. De estamanerala disoluciónde los aluminatoscálcicosserámenor, y como
resultadoel efecto serámenosnocivo parael comportamientoresistentedel mortero.
Latabla XVIII muestra los resultadosobtenidos del análisispor DRX realizado
sobrelas muestrasfabricadasy curadasa 5oCy sometidasa un procesode carbonatación
aceleradoa temperaturaambiente,con el objeto de seguir la evolución de las fases
mineralógicaspresentes.
Las muestras estudiadasdespuésdel proceso de curado, denominadascomo
tiempo cero ya que no se han sometido al proceso de carbonatación,presentanuna
cantidad elevadade CAHI¡, cantidadespequeñasde CA" de AH3 en forma de bayerita y
de CaCO¡ en forma de calcita.No se detectaCzAHs.
Comparando la cantidad de hidrato hexagonal obtenido con las muestras
amasadascon agua (Tabla XII) y NaOH lM (Tabla XVI) a 5oC observamosque la
presenciade NazCO¡ en el procesode hidrataciónno tiene un efecto nocivo, es decir, no
podemos considerarque la extensióndel proceso de hidrataciónhaya tenido lugar en
menor extensión.
En las muestras amasadascon NazCOt 2M y sometidas al proceso de
carbonataciónse observauna disminucióngradualdel CAHro con el tiempo. Debido a la
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li:iiiil:lX:8j3:rl
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
gran cantidad formada de esta fase inicialmentese detectancantidadessignificativamente
altasa los 90 días.En estecasohay que destacarla ausenciade cantidadesdetectablesde
CsAHe. Esto demuestraque dado su menor pH la acción del NazCOs2 M es mucho
menosfuerte en cuanto a la aceleraciónde la conversión.
Con respectoa los AH3 formadosse detectabayeritapara todas las edades.Sólo
a partir de 28 días se detectaademásgibsita.A los 90 díasaparecenlos tres polimorfos
de forma simultánea.Destacamosen este caso las pequeñascantidadesde cada una de
las fasespara todas las edades.
Con respecto al CaCO¡ la única fase detectadaes la calcita. Su cantidad va
aumentandocon el tiempo de forma gradual.Sólo a los 90 días se observancantidades
prácticamentedespreciablesde aragonito.
Tabla X\r[I.
Resultados de DRX de las muestras amasadas con NazCOs 2M a 5'C y
carbonatadas
Tiempo(días)
0
I
Gibsita
Nordstrandita
Bayerita
Calcita
Aragonito
CA
C ¿ Ac l l H
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
28
90
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
.: : : : ::: : : : l: : : : : ilii;
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Por último, destacarla presenciade cantidadespequeñasde monocarboaluminato
apartir de 28 días.Se comportanen estecasocomo una fasefinal estable.lT
mecánicasa compresión(eje
Lafigura31 muestrala evoluciónde las resistencias
Yr) y flexotracción (eje Yr) de las muestrasfabricadasa 5oC en función del tiempo
durante el cual han estado sometidas a un proceso de carbonatación acelerado a
temperaturaambiente.En ella se observaque la evolución de las fases mineralógicas,
estudiada por DRX (Tabla XVIII), explica los resultadosobtenidos del estudio de
resistenciasmecánicas.La evolución de las resistenciasa compresióny a flexotracción
son semejantes.
Rc (N/mm2)
Figura
Rf (N/mm2)
31. Evolución de R" (I{/mm2) y de R¡ Qtt/mm2) en función del tiempo de
carbonatación (días), para muestrdsfabricadns a 5'C y arnasadas con disolución de
NazCOs 2M.
En ella podemos observar que los valores de las resistenciasse mantienen
prácticamenteconstantes.Inicialmentese observaun ligero aumento de la resistencia,
comportamientoque puede ser debido a la carbonataciíndel hidrato hexagonal,con la
consiguienteaparicióndel CaCOg.A medida qve avanzael procesode carbonataciónlas
debidoa que esteprocesono se produce en gran
resistenciasno aumentanexcesivamente
extensión, siendo las cantidadesde CaCOs significativaspero no muy elevadas.Las
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
..i..'..:....r':r:r::::::::::.:.....::i.ii:i:iiit::;::::i:..::::
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
resistenciasinicialesobtenidaspor las muestrasamasadascon NazCO¡ son intermedias,
entre las amasadascon agua y con NaOH. Pudiendo ser que la aparición de
monocarboaluminatojustifique que las resistenciasen las muestras fabricadas con
NazCOsseanmayoresque las fabricadascon NaOH.lT
La tabla XIX muestra los resultadosobtenidosdel análisispor DRX realizado
sobre las muestras fabricadas y curadas a 60oC y sometidas a un proceso de
carbonataciónaceleradoa temperaturaambiente,con el objeto de seguirla evolución de
las fasesmineralógicaspresentes.
Las muestras estudiadasdespuésdel proceso de curado, denominadascomo
tiempo cero ya que no se han sometido al proceso de carbonatación,presentangran
cantidad de C¡AHo. El contenido es similar al encontradoen las amasadascon NaOH
(Tabla XVII) y muy superioral de las amasadascon agua(Tabla )ilID. No se detectala
presenciade aluminatosanhidrospor lo que podremosconsiderarque la hidrataciónha
sido prácticamentecompleta.No se detectala presenciade carboaluminatosfase que si
que se observa en las muestras amasadascon NaOH lM. El AH¡ se detecta con
cantidadessimilaresde gibsitay nordstrandita,a diferenciade cuandose utiliza agua que
sólo se detecta gibsita o cuando se utiliza NaOH lM que se aprecianlas tres formas
polimórficas. El CaCO¡ se detecta sólo en forma de calcita. Destacar las cantidades
significativamentegrandes observadas.Esto se debe a las grandes cantidades de
carbonatopresentesen el momentode la hidratación.
Las muestrassometidasal procesode carbonataciónpresentanuna disminución
inicialmenteleve del C3AH6,experimentando
una reducciónbruscaa partir de los 28 días
siendo la cantidad detectadamuy pequeña a los 90 días. Por tanto, el proceso de
carbonataciónen este caso, dada la menor cantidad detectadade aluminato cálcico
hidratado al final del proceso, podemos considerarque ha tenido lugar en mayor
con aguay NaOH lM.
extensiónque para las muestrasamasadas
ir:rX.86
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
La cantidadde AH¡ se mantieneprácticamenteconstantedurantetodo el proceso
de carbonatación.Aparecende forma simultáneagibsitay nordstrandita.Destacamosla
ausenciade bayerita para todas las edades.Este resultadonos indica que dado que el
y ala vez esta aumentandola cantidadde CaCO:, a medida
C3AH6estádesapareciendo
que avanza el proceso de carbonatación,el AH¡ se está generando en forma de gel
amorfio.
El CaCO¡ se detecta exclusivamenteen forma de calcita. Las cantidades van
aumentandoa medida que avarzael procesode carbonatación.
Tabla XIX. Resultados de DRX de las muestras amasadas con NazCOs 2M a 60oCy
carbonatadss
mecánicasa compresión(eje
Lafigura 32 muestrala evoluciónde las resistencias
Yr) y flexotracción (eje Yr) de las muestrasfabricadasa 60oC en función del tiempo
durante el cual han estado sometidasa un proceso de carbonataciónacelerado a
temperaturaambiente.En ella se observaque la evolución de las fases mineralógicas,
estudiada por DRX (Tabla XIX), explica los resultados obtenidos del estudio de
resistenciasmecánicas.La evolución de las resistenciasa compresióny a flexotracción
son semejantes. trnicialmente,los valores de la resistencia mecárnca a compresión
prácticamentese mantienenconstanteshasta los 28 días. A partir de aquí aumentan
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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Resüiltnilosliiiii
gradualmente.Estos resultadoscoincidencon la disminuciónde C¡AH6 observaday la
apariciónde gran cantidadde CaCO¡.
100
Rf (Nimm2)
Rc (N/mm2)
10
80
I
60
6
40
4
20
2
0
0
40
Tiempo(días)
Figura 32. Evolución de R, (N/mm"), en función del tiempo de carbonatación (días),
parq muestrasfabricadas a 60'C.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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5.3. Estudiodel comportamiento
de morterosfabricadoscon
mezclasde cementoaluminoso/ cementoportland.
Esta parte del trabajo se ha dedicado al estudio de las característicasde la
hidratación de morteros fabricadoscon mezclasde cemento aluminoso (CAC) y de
cemento portland (CP) según las siguientes proporciones: 25% CAC - 75yo CP,
50% CAC - 50% CP v 75YoCAC - 25% CP.
Latabla )O( muestralos resultadosdel análisismineralógicomedianteDRX para
las muestrasfabricadasy curadasa 5oC,20'C y 6O'C utilizando una mezclade cementos
de la siguienteproporcion:25oACAC - 75% CP.
Tabla XX. Resultadosde DRX de las muestrasfabricadas con mezcla de cementosen
proporción 25% CAC - 75% CP.
Temperatura
Tiempo(días)
20"c
50c
2
28
60
T20
2
C¿AHrs
.:.:.:::::I
C3A116
C:A3CaSO¿31H
CA
CzS
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
28
60
600c
r20 2
28
60
r20
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Para cualquier temperatura el C+AHrq ha sido el único hidrato hexagonal
detectado.La formación de esta fase no se produce en la hidratación del CAC. Sin
embargo, se ha descrito su presenciacuando el CAC se hidrata en contacto con áridos de
calcifa, con CP o cal.r8 Por tanto, las mezclas de CAC y CP pueden producir en su
hidratación cantidadeselevadasde esta fase hexagonal.Este compuesto es estable a
temperaturasbajas. Su conversiónal hidrato cúbico se ve favorecidapor el aumentode
la temperaturade curadoy por la cantidadde CH presente.Así, podemosobservarcomo
disminuyesu contenidoa medidaque se aumentala temperaturade curado y, por tanto,
aumentala cantidad de CH formada.
El CH proviene de la hidrataciónde los silicatoscálcicosdel CP, cuyo producto
de hidratación es el gel C-S-H. Se observangrandescantidadesde CH y su aumento
gradual con la temperatura de curado. Por otro lado se observa la disminución
progresivadel CzS (fase anhidradel CP) con el tiempo y con la temperaturade curado.
Por tanto, estosresultadosnos indicanque, en las condicionesestudiadas,la reacciónde
hidrataciónprobablementese ha producido en gran extensiónpara este cementoy que
éstaserámayor a medidaque aumentamosla temperaturade trabajo.
El C¡AHo es el aluminato cálcico hidratado estable en contacto con una
disolución saturada de CH.l8 Sin embargo, esta fase no se detecta en las muestras
curadasabaja temperatura(5"C). Al aumentarla temperaturase acelerala hidrataciónde
los silicatos.Este hecho suponeque el CH liberadoa la disoluciónintersticiales mayor.
Como consecuenciase acelerala conversióndel hidrato hexagonal,CaAlIle, al cúbico,
C¡AH6. Por tanto, en la tabla )C( podemosobservarque el contenido en fase cúbica
aumentaa expensasde la disminucióndel hidrato hexagonala medida que aumentael
tiempo y la temperatura.
Las muestrascuradasa 5oCy 20"C presentana los 2 días cantidadessignificativas
de CAo CzS y de etringita (C:A3CaSO43lH). Sin embargo,a los 28 días la cantidadde
CzS disminuye significativamente,no detectándoseCA ni etringita. La formación de
etringita va acompañadade un consumo de agua importante hecho que provocaque
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
quedenpartículasde cementosin hidratar.teA medidaque desciendela concentraciónde
iones SO¿2-y de iones C**
en la disolución la etringita se welve inestable y
gradualmentese convierte en monosulfoaluminatocálcico (C3ACaSO4I2H), que es la
fase sulfatadafinal estableen la pasta hidratada.Estas reaccionescomi enzana partir de
las 24 horas del comienzo del proceso de hidratación.Así, en la tabla XX se puede
observarque debido a la cantidadde agualiberadaen la evoluciónde la etringitahaciael
monosulfoaluminato,se favorecela hidratacióndel CA y del CzS.Estos resultadosno se
han observadopara las muestrascuradasa 60oC. A los dos días no se detecta CA ni
etringita. Este resultado puede ser debido a que la elevada temperatura de curado
provoca que las reaccionesde hidrataciónvayan más rápidasy, por tanto, a los 2 días
haya desaparecidola etringita.Por estamismaraz6n,la cantidadde CzS detectadaa los
28 díaspara estatemperaturaes menor que la obtenidaa 5 y 20oC.A los 28 díasya no se
detectaningunafaseanhidrapara60"C.
Para todas las muestrasestudiadasy desdeprimerasedadesse detectangrandes
cantidadesde monosulfoaluminato
cálcicohidratado"
La figura 33 muestrala evoluciónde la resistenciaa compresiónen función del
tiempo de curadopara morterosde CAC y CP puros curadosa 5oC,20'C y 60oC.
La frgura 34 muestrala evoluciónde las resistenciamecánicaa compresión(eje
Yr), y de la porosidad(eje Yz), en función del tiempo de curado (días),para muestrasde
mortero fabricadascon mezclade cementoaluminosoy portland en proporciín: 25oA
CAC - 7syo CP, siendolas temperaturasde curado5oC,20oCy 60"C. En ella se observa
que la evolución de las fasesmineralógicas,estudiadapor DRX (Tabla )O(), explicalos
resultadosobtenidosdel estudiode resistencias
mecánicas
Las muestrascuradasa 5oCy 20'C experimentanun incrementode la resistencia
entre2 díasy 28 días.Este comportamientoestaríarelacionadocon la desaparicióntotal,
en esteperiodo de tiempo, de la etringitay el CA y, con la desaparicióngradual del CzS,
lo queha permitidola formaciónde nuevasfaseshidratadas.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
100
Rc (N/mm2)
*CAC (SeC)
BO
+cAC (20sc)
60
+CAC (604C)
+CP (SeC)
4A
*CP
(2oaG)
+CP (604C)
2A
0
80
60
Tiempo(días)
Figura 33. Evolución de R, Qrl/mm2),en función del tiempo de curado (días) para
morteros de cemenlo aluminosoy portland puros curados q 5oC,20'C y 60"C.
100
Rc (N/mm2)
P (%)
50
25/oCAC-75"/oCP
*Rc (5eC)
'.- P (SeC)
80
40
60
30
40
20
* P (20sc)
+Rc (60oC)
20
10
+ P (60sc)
-¡-Rc (20sC)
0
0
60
B0
100
120
Tiempo(dias)
y de P (%o)enfunción del tiempode curado (días)
Figura 34.Evoluciónde R" Q,tr/mm2)
y de la temperatura(C) de curAdo,en muestrasde morterofabricadns con mezclade
cementoaluminosoy portland enproporción:25% CAC- 75%CP.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
A 60"C este comportamientono se observadado que no se detectanestas fases ( la
cantidad observada de CzS es muy pequeña). Por tanto se mantiene prácticamente
constantela resistenciaen todo el intervalode tiempo estudiado.
A partir de los 28 días las muestras que mejor comportamiento mecánico
presentanson las curadasa 5oC seguidaspor las curadasa 20oC,siendolas resistencias
obtenidaspor las curadasa 60oC las menores.Este resultadoes lógico si tenemos en
cuenta que a 5oC se obtienencantidadesimportantesde hidrato hexagonal.A ZO'C la
cantidad de esta fase es menor y apareceel hidrato cúbico. Para 60oC sólo apareceel
hidrato cúbico. Si comparamosestosvaloresde resistenciascon los obtenidospara los
cementospuros, (Figura 33) observamosque principalmentepara las temperaturasde
curado 5oCy 20oC el desarrollode resistencias
es inferior al obtenido con los cementos
puros. La formación de etringita,tiene como consecuencia
que se produzca el fraguado
rápidamente,lo cual retrasa la hidratación del CP.20Esto hace que el desarrollo de
resistenciasmecánicasen estasmezclasseapequeño.Por otro lado, el CH presente,para
todas las temperaturasde curado, podría contribuir a la disolución de los hidratos
hexagonalesy cúbicos, con el consiguienteefecto sobre el comportamiento mecáruco.
Por otro parte, las muestraspresentanvaloresde porosidadsimilarespara las tres
temperaturasde curado estudiadas.Este resultadoindica que las resistenciasobtenidas,
diferentes para cadatemperatura, son debidasal tipo de hidrato formado. Los hidratos
hexagonalesdesarrollanresistenciasintrínsecassuperioresa los cúbicos.Este resultado
coincidecon lo observado,en el primer capítulo,para los cementospuros. En cualquier
caso, los valoresde porosidadobtenidosson muy elevados,superioresal 20%o,y como
consecuencia
las resistencias
desarrolladas
son muy bajas.
Latabla )O(I muestralos resultadosdel análisismineralógicomedianteDRX para
las muestrasfabricadasy curadasa 5oC, 20oCy 60oCutilizando una mezclade cementos
de la siguienteproporci6n:75YoCAC - 25% CP.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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unaformaciónde fasessemejante.
Las muestrascuradasa 5oCy 20'C presentan
el hidratocúbico,
los hidratoshexagonales,
CAH16y C¿AHrs,
En amboscasosaparecen
Tabla XXI. Reszltados de DRX de las muestrasfabricadas con mezcla de cementosen
proporción 75% CAC - 25% CP.
Temperatura
Tiempo(días)
20 0c
50c
2
28
60
r20 2
28
60
60'c
r20 2
28
60
120
CAH16
C¿AHrs
CzASHs
:::::fi
$$ffi$
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iii:illlliiiiii:ii:iliiiiliili::i:i:::i:::ü¡l¡iiiiiiriilfi*ffi::ii:::iii:
Gibsita
Nordstrandita
CzS
CA
C¡AII6, y la estraetlingita,CzASHs, para todas las edadesde curado. Las muestras
fabricadasa 5oC presentanun aumentoprogresivode ambos hidratos hexagonales,ya
que éstos son las fasesestablesque se forman predominantemente
a esta temperatura.
Sin embargo, la presenciade CH, procedentede la hidratación del CP, provoca la
conversión de estos hidratos a la fase cúbica. No se ha detectadoCH en cantidades
significativaspor que el CP en estamezclaes minoritario.La cantidaddetectadade fase
cubica, a 5"C, prácticamente se mantiene constante conforme avanza el proceso de
curado. Esto se debe a que la presenciadel CP provoca cambiosen la hidratacióndel
CAC. Los hidratos procedentesde la hidratacióndel CAC reaccionanpara incorporar
sílice, aportada por el CP, favoreciéndosela formación de CzASHs, & expensasdel
Por tanto, como se puede observaren la tabla XXI, la cantidadde CzASHs
CzAÍIe.2r'23
aumentacon el tiempo, sobretodo en las muestrascuradasa 20oC,donde por la raz6n
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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anterior acompañadadel aumento de temperatura, la conversión de los hidratos
hexagonalesse produce en mayor extensión.Así, se observala disminución de éstos
últimos con el tiempo de curado.
Por otro lado, para estas muestrasfabricadasa 5"C y 20oC se detecta una
cantidad prácticamentedespreciablede AH3 en forma de gibsita. Esta fase proviene de la
donde se produce AH3 y C3AH6.El
reacciónde conversiónde los hidratoshexagonales,
que se detecte una cantidad tan pequeñapuede debersea que el resto del AH¡ formado
haya quedadocomo gel amorfo.
Finalmente,destacarla presenciaen estasmuestrasde cantidadessignificativasde
CA y de C2S,en las primerasedadesde la hidratación,2 dias,junto con su desaparición
las cantidadesde estasfasesanhidrasson en este caso
a los 28 días. Comparativamente
menoresque para las muestrascon cantidadesde CP superiores(Tabla XX).
Por otro lado, las muestrascuradasa 60oCpresentanuna evolución de las fases
mineralógicastípica de un CAC. Así, el único aluminato cálcico detectado es la fase
cúbica, C3AII6, dado que es la única fase estable a esta temperatura. En la tabla XX
hemos visto que para esta misma temperaturade trabajo aparecíael lndrato hexagonal
CaAHlepara las primerasedadesde curado.Este hidrato no es habitualen el CAC puro,
por lo que para su formación se necesitaCP, que en este caso es el minoritario de la
mezcla. Por tanto, si se formó esta fase lo hizo en cantidades pequeñas para ser
detectadaspor DRX. Como puede observarseen la tabla XXI, a 60oC, el C¡AHo
aumenta de forma progresiva con el tiempo de curado. Además, no se detecta la
formación de CzASHs.Este resultadoes lógico si tenemosen cuentaque a temperaturas
superioresa 4O"Cla formaciónde CzASHsse produceen cantidadesmenores,siendoel
hidrato cúbico C¡AH6 el hidrato principal en las mezclas de aluminatos de calcio
hidratadosy sílice.2a
La formación de los polimorfos del AH3, gibsita y nordstrandita,detectadaen
estasmuestrases significativa.La gibsita sueleser la fase polimórfica más habitual, dado
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
que es la más estableen la hidratacióndel CAC a elevadastemperaturascuandose forma
el hidrato cúbico. Sin embargo,en este caso se han detectadocantidadessimilaresde
nordstrandita.Su formaciónpuedeser debidaa la presenciadel CP que aporta un medio
básicofuerte con el CH, producido en la hidrataciónde sus silicatos,y con su contenido
en álcalis.
La figura 35 muestrala evoluciónde las resistenciamecánicaa compresión(eje
Yt), y de la porosidad (eje Y2) en función del tiempo de curado, para muestras de
mortero fabricadas con mezcla de cemento aluminoso y portland en proporción:
75% CAC - 25yo CP, siendolas temperaturasde curado 5oC,20oC y 60'C. En ella se
observa que la evolución de las fasesmineralógicas,estudiadapor DRX (Tabla X)O),
mecánicas
explicalos resultadosobtenidosdel estudiode resistencias
Las muestrascuradas a 5oC y 20"C experimentanun ligero incremento de la
resistenciaentre 2 díasy 28 días.Este comportamientoestaríarelacionado,bien con la
desaparicióndel CA lo que ha permitido la formaciónde nuevasfaseshidratadas,o bien
con el ligero aumento de CAHI¡ observado,en este periodo de tiempo. A 60oC este
comportamientono se observadado que no se detectanestasfases,manteniéndosela
resistenciaprácticamenteconstanteen todo el intervalode tiempo estudiado.A partir de
diferente.Las curadas
28 días estasmuestraspresentanuna evoluciónde las resistencias
a 5oC continúan aumentandoligeramentesus resistenciascon el tiempo. Este resultado
se deberíaal aumento de hidratos hexagonalesobservado.Sin embargo,las curadasa
20"C, a partir de los 28 díasvan perdiendode forma leve y paulatinasus resistencias.En
este caso, los hidratos hexagonalesdisminuyencon el tiempo, aumentando,a expensas
de ellos, el contenidoen hidrato cúbicoy el CzASHs.
Sobre la influencia de la formación de CzASHs en las resistenciasmecánicas,
distintos autores2l-26
consideranque la formación de esta fase conducea una reducción
de la porosidad y a un incremento de la resistenciamecánica,siendo un excelente
estabilizadorde éstaen condicionesde temperaturay humedadelevadas.Sin embargo,el
comportamientodel C2ASHsobservadopor nosotrosen las mezclasde CAC y CP no
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
permite concluir ni a favor ni en contra de estos autores.Las muestrasde 5oC podrían
basar su aumento de resistenciasen el aumento de los hidratos hexagonalesy de
CzASHs.Sin embargo,las curadasa 20oCpresentanuna disminuciónen la resistenciaa
medida que aumenta la presenciade este compuesto.Por tanto, si tiene un efecto
beneficiosopara ella, en el tiempo estudiado,no se ha formado cantidad suficientede
estafasepara ejercerlo.
100
Rc (N/mm2)
50
BO
40
60
30
40
20
20
't0
75%cAc-zs%cP
*Rc (SaC)
.- P (SeC)
'-*-Rc(20eC)
(20eC)
" P
-r-Rc (60sc)
+ P (60sc)
0
40
60
80
100
120
Tiempo(dias)
Figura 35. Evolución de R" (Irl/mm'),y de P (n enfunción del tiempo de curado (días)
y de la temperatara ("C) de curado, en muestras de mortero fabricadas con mezcla de
cementoaluminoso y portland enproporción: 75% CAC - 25% CP.
Las muestrasque mejor comportamientomecánicopresentanson las curadasa
5oC,seguidaspor las curadasa 2OoC,siendolas resistenciasobtenidaspor las curadasa
60oC las más pequeñas.Este resultadoes lógico si tenemos en cuenta que a 5oC se
obtienen cantidades importantes de hidratos hexagonales.Para estas muestras se
detectan cantidadesimportantesde C¡AH6, por lo que la resistenciadesarrolladapor
ellas es muy similar a la desarrolladapor las de 20oC,para las que los contenidosen las
fases hexagonales son menores. Para 60oC sólo aparece el hidrato cúbico. Si
comparamosestos valores de resistenciascon los obtenidospara los cementospuros
(Figura 36) observamosque para todas las temperaturasde curado el desarrollo de
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
i :. | : : i : : : : : : i : :. ii :I : | : l :: II : : i : i : II l. : : : ; :' i : | : :
ReSü.ltadbSl
resistenciascon estasmuestrases inferior al obtenidocon los cementospuros. Por tanto,
aunquelas cantidadesde faseshexagonalesy de C2ASHgdetectadasseanimportantes,
los cambiosproducidosen la hidratacióndel CAC por la presenciadel CP impiden que
mecánicasaceptables.
estasmezclaspuedandesarrollarresistencias
Por otra parte, las muestras presentanvalores de porosidad prácticamente
idénticospara las tres temperaturasde curado estudiadas.Este resultadoindica que las
resistenciasobtenidas, diferentes para cadatemperatura,son debidas al tipo de hidrato
formado, tal y como se ha observadoanteriormente.En cualquiercaso, los valores de
porosidad obtenidos son muy elevados,superioresal 20Yo,y como consecuencialas
resistenciasdesarrolladasson muy bajas. La úrnca diferencia significativa se produce a
los 60 días donde la porosidad de las muestras curadas a 20oC es menor que la
desarrolladapor las curadasa 5oC.Este resultadopodría atribuirsea la mayor cantidad
de CzASHs detectadaa los 60 días en las muestrascuradasa 20oC. Sin embargo, este
hecho no suponeun aumento de las resistenciasen estasmuestraspara dicha edad de
curado.
La tabla )Ofl
muestra los resultadosdel análisismineralógicomedianteDRX
para las muestrasfabricadasy curadasa 5oC, 20'C y 60oC,utilizando una mezcla de
cementosde la siguienteproporción:50YoCAC - 50% CP.
Las muestrasfabricadasa 5oCpresentanla formaciónde los hidratoshexagonales
C¿AHrsy CaAH13.Las cantidadesde ambasfasesvan aumentandocon el tiempo. En este
caso no se detectala formación de CH y, por tanto, tampoco se produce el proceso de
conversión, ya que no se detecta C3AI{6. La ausenciade CH puede ser explicada
observandola presenciade cantidadessignificativasde CzS. Por otro lado, la presencia
de cantidadesimportantesde CA y de CzS detectadasen estasmuestrasindica que el
procesode hidrataciónno se ha producidoen gran extensión.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
i : : : : : : : : ; : : : : : : : : : . : . : : : : : : : : - . i : : : : : : : : : : : . " , . :: : : , . : : :
':
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r"..i::
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las muestrascuradasa 2OoCpresentancomo hidrato hexagonal exclusivamente
el C¿AHrg.Su cantidaddisminuyecon el tiempo. Para estasmuestrastambién se detectan
cálcicoy de CA. Como en este caso la
cantidadessignificativasde monosulfoaluminato
temperaturade curado es superior, esto provoca un aumento de la velocidad de las
reaccionesde hidratación y de la inestabilidadde los hidratos hexagonales.Así, la
debidoa la mayor temperaturay ala
conversiónproducidapor los hidratoshexagonales,
presencia de CP, provocará la formación de agua que, observando las cantidades
detectadasde CH, probablementese vtlliza en la hidratación de los silicatos de calcio del
CP. Este resultadotambién se apoya en la menor cantidadde CzS detectadaen estas
muestras.Finalmente,la formaciónde CzASHs,aunquehay C¡AHo y sílice,no se detecta
en estasmuestrasdebidoa que dichafasees inestableen presenciade CH favoreciéndose
la formación-en estascondiciones.del hidrato cúbico.r8
Tabta XXtr. Resultadosde DRX de las muestrasfabricadascon mezclade cementosen
proporción50% CAC- 50% CP.
Tiempo (días)
20 0c
50c
Temperatura
2
28
60
t20
2
28
60
600c
t20
z
28
60
120
C¿AHrs
C¿AHr¡
CH
CgACaSO¿12H
CzS
.iiii:i:ii:iii¡i::ii¡i:iiliii:;ii:::iiiiii::lri:::i::Ii:iiiiiiti
:::::í:ir::::::::::;:
iii¡iili:':i::::i
¡:iiii=-
CA
!i1!!i:ii!:i
Gibsita
Nordstrandita
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
t.r99
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
Las muestrascuradasa 60oCpresentancomo fase mayoritariael hidrato cúbico,
C¡AH6. Su contenido prácticamentese mantiene establecon el tiempo. También se
detectanpequeñascantidadesde AlI3, en forma de gibsitay nordstrandita.La presencia
de CA es importante.Observandola pequeñacantidadobtenidade CH y las cantidades
significativasde C2S, podemos deducir que para el CP tampoco se ha producido la
hidrataciónen gran extensión.
La figura 36 muestrala evoluciónde las resistenciamecánicaa compresión(eje
Yt) y de la porosidad (eje Y)
en función del tiempo de curado, para muestras de
mortero fabricadascon mezcla de cemento aluminoso y portland en proporción:
50% CAC - 50% CP, siendolas temperaturasde curado 5oC,20oC y 60"C. En ella se
observaque la evolución de las fasesmineralógicas,estudiadapor DRX (Tabla XXID,
mecánicas
explicalos resultadosobtenidosdel estudiode resistencias
50
40
50%cAc-50%cP
-Rc (SaC)
'--P (SqC)
-rRc (20qC)
20
* P (20qC)
+Rc (60qC)
10
60
+ P (60ec)
80
Tiempo(dias)
Figura 36. Evolución de R" (N/mm') y de P (o/o)enfunción del tiempo de curado (días)
y de la temperatura de curado (oC), en muestras de mortero fabricadns con mezcla de
cementoaluminoso y portland en proporción: 50% CAC - 50% CP.
Las muestrasque mejor comportamientomecánicopresentanson las curadasa
muy pequeños.
5oC,las muestrascuradasa20oC y 60"C presentanvaloresde resistencias
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Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997
Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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En las primerasedadesdel procesode curado la resistenciapara las muestrascuradasa
5oCaumentaligeramentedebidoal aumentoprogresivodel hidrato hexagonalC¿AHr¡,el
cual va acompañadopor la disminuciónpaulatinadel CA. A partir de los 28 días la
resistenciapara estasmuestrasprácticamentese mantieneconstante.Comparandoestos
valorescon los obtenidospara los cementospuros (Figura 33) observamosque son muy
inferiores.Este hecho puedeser debidoa que la extensióndel procesode hidrataciónde
los silicatosde calcio del CP no hayasido muy elevadadado que no se detectaCH en las
muestrascuradasa 5oC.Por otro lado, se detectancantidadessignificativasde CA Y CzS.
Por otro lado, las muestrascuradasa 20oCy 60oC desarrollanresistenciasmuy
similares,siendoen cualquiercasomuy pequeñas.Existenvariasrazonesposiblespor las
tan bajas.Por un lado, la gran
cualeslas muestrascuradasa20oC presentanresistencias
cantidadde CA que se detecta.Por otro, la disminuciónde los hidratoshexagonalescon
el tiempo. Finalmente, la gran cantidad de CH detectada que puede provocar la
disolución de los aluminatosde calcio hidratados.En cambio, las muestrascuradas a
60oC, parece lógico que desarrollenresistenciastan bajas dada la gran cantidad de
C3AII6, de CA y CzS detectadas.Comparandoestos valores con los de la figura 33,
observamosque el CAC puro curadoa 60oCes el que menor resistenciadesarrolla.Los
valoresde resistenciasobtenidoscon la mezcla50% CAC I 50% CP curadasa 60oC son
inferiores a los del CAC puro. Estos resultados,junto con la presenciaobservadade
fases anhidras del CP, indicaríanque bajo estas condicionesla hidratación de dicho
cemento es retrasadav como consecuenciase desarrollanresistenciasmecánicasmuy
bajas.
Por otra parte, es interesantecomentarlos valoresde porosidadobservadospara
estas muestras. En contra de lo esperado observando sus valores de resistencias
mecánicas,las muestrasque presentanmenorporosidadson las curadasa 60oC.Por otro
lado, las muestras curadas a 5oC y 20oC presentan porosidades prácticamente
coincidentesdesarrollandoen cambio resistenciasdistintas.Estos resultadosvuelven a
apoyar los resultadosobservadospara los cementospuros y las mezclastratadasen los
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
puntos anterioresen basea que la resistenciadesarrolladava a dependeren gran medida
del hidrato hexagonalo cúbico formado mayoritariamente.
Por último, es importantedestacarque en las muestrasestudiadas,con distintas
proporciones de CAC y CP, se puede considerarque no han sufrido el proceso de
esteproceso,como se ha visto en el capítulo
hidrólisisalcalina.Para que se desencadene
anterior, es necesariala presenciade agua, de COz, y de álcalis,que en este caso los
aportanael CP. Dado que las muestrashan sido curadasbajoagua,el accesode COz es
muy limitado. En las tablasXX, XXI y XXII podemosobservarla ausenciade productos
que indiquenque esteprocesoha ocurrido.
Las Figuras37, 38 y 39 se muestrancon objetode resumirla evoluciónde la
resistencia
mecáruca
a compresión
en funcióndel tiempoparamuestrasfabricadascon
purosy lasmezclasobjetodelestudio.
los cementos
100
Rc (N/mm2)
80
-CAC
+cP
+25/"CAC-7So/"CP
+75"/"CAC-25%CP
40
++50%cAc-50%cP
20
60
BO
100
120
Tiempo(días)
Figura 37. Evolución de R, Qr{/mm2)en función del tiempo (días), para muestras
fabricadas a 5"C con los cementospuros y las mezclas objeto del estudio.
En la figura 37 se puedeobservarque para las muestrascuradasa 5oC se
utilizandoCAC puro. En segundolugar
obtienenlos mejoresvaloresde resistencia
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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estarían las muestras fabricadascon CP puro. Las razones de estos resultados se
expusieronen el primer capítulo.Con respectoa las muestrasfabricadascon mezclas,las
que mejor comportamientomecánicopresentanson las de proporción 25yo CAC - 75%
CP. A tempranas edades estas muestras sufren un retraso en la hidratación,
fundamentalmentedel CP, debido a la formación de etringita. Este hecho hace que
desarrollen resistenciasmuy bajas. Entre 2 dias y 28 días las resistenciasaumentarán
progresivamentedebidoal progresode la hidratación,apareciendoCH en cantidadesque
la etringita y el CA. A los
prácticamentese mantendránhastael final, y desapareciendo
28 dias,la resistenciade esta mezclaprácticamentese iguala a la del CP puro, valor que
se mantieneconstantehastalos 120 días.Por debajode estosvalores se encuentranlos
obtenidos con las muestrasfabricadascon la proporción. 75oA CAC - 25% CP. Sus
valoresaumentanligeramenteen función del tiempo.La presenciadesdeprimerasedades
del hidrato cúbico y de CA junto con la ausenciade CH puedenser las causasde que
estosvalores seanmenoresque para lamezcla anterior sin que la presenciade CzASHs
aparentementecontribuya a mejorarlos. Finalmente, las muestras fabricadas con
cantidadesiguales de ambos cementosson las que peor comportamiento mecánico
presentandebido posiblementea la escasaextensióncon que tiene lugar el proceso de
hidratación.Esta hipótesisestabasadaen la ausenciade CH y la presenciade CA Y CzS.
100
Rc (N/mm2)
80
*CAC
+cP
+'25"/oCAC-7s%CP
+75%CAC-25%CP
60
40
++50%cAc-50%cP
20
0
40
60
B0
100
120
Tiempo(días)
Figura 38. Evolución de R, Q{/mm') en función del tiempo (días),parq muestras
purosy las mezclasobietodel estudio.
fabricadnsa 20'C con los cementos
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En la figura 38 se puede observar que para las muestrascuradas a 20oC se
obtiene, para un tiempo de curado de 2 dias, el siguiente orden decrecienteen las
CAC - 25yo CP, mezcla50% CAC - 50%
resistencias:CAC puro, CP puro, mezclaT5%o
CP, mezcla 25% CAC - 75% CP. Sin embargo,a los 120 días de curado, el orden es
totalmente distinto: CP, mezcla25% CLC - 75% CP, CAC puro, mezcla 75oACAC 25yo CP, mezcla50yo CAC - 50o/oCP. El CAC puro sufre a estatemperaturade curado
el efecto de la conversión sufriendoimportantespérdidasde resistenciamecánica.La
mezcla25% CAC - 75% CP superalos valores de resistenciasobtenidospor el CAC
por las mezclas25% CAC
puro a los 120 días.Inicialmentelas resistencias
desarrolladas
- 75% CP son muy bajaspor la formaciónde etringita.Entre 2 diasy 28 días aumentan
significativamente.A partir de este tiempo prácticamentese mantienen constantes.
Finalmente,las muestrasque peor comportamientopresentana estatemperaturason de
nuevo las fabricadascon mezclade cantidadesigualesde amboscementos.La presencia
de grandescantidadesde CA y de C3AH6contribuyena esteresultado.
100
Rc (N/mm2)
80
-CAC
+cP
+25%CAC-7S"/oCP
+7So/"CAC-25%CP
+r50%cAc-50%cP
60
B0
100
120
Tiempo(días)
Figura 39. Evolución de R" Qtl/mm") en función del tiempo (días), para muestras
fabricadas a 60oCcon los cementospuros y las mezclasobjeto del estudio.
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En la figura 39 se puedeobservarque las muestrascuradasa 60oCpresentan,en
todos los casos, resistenciasmenores que las obtenidaspara las otras temperaturas
estudiadas.En este caso, las que mejor comportamientomecánico presentan, con
diferencia, son las fabricadascon CP puro. A esta temperaturalas fases hidratadas
desarrolladaspor este cemento desarrollanresistenciasintrínsecassuperioresque las
desarrolladaspor el CAC puro o por las mezclas.Así, las muestrasfabricadascon CAC
puro, debido a la formación mayoritaria de hidrato cúbico, desarrollan resistencias
mecánicasinsuficientes.Lo mismo le ocurre a las muestrasfabricadas con las tres
mezclas estudiadasdonde a la formación del hidrato cúbico se le une un deficiente
desarrollodel procesode hidratación.
Por tanto, como se puedeobservaren las ftguras37,38 y 39, paraningunaedad
de curado,ni temperaturade fabricacióny curadolas muestrasfabricadascon mezclasde
CAC y CP presentanun comportamientomecánicoaceptable.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
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6. Conclusiones.
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Las conclusionesque se obtienendel presenteestudioson las siguientes:
1. Morteros de CAC con idénticarelación a/c, edadde curado y porosidad,muestran
resistenciasmecánicasa compresión diferentes según la temperatura de curado. Este
hecho puede ser relacionadocon la naturalezade las fasesmineralógicaspresentesen los
morterosy con su intervalode estabilidaden función de la temperatura.
2. De los resultados de DRX se puede observar que para muestras fabricadas con
relaciónalc 0.7, si la temperaturade curadoes 5oC,la fasepredominantees la hexagonal
CAHro. Si la temperaturaes de 20oC, a los 28 días, aparecenlas fases hexagonales
CAHro ! C2AHs,éstaúltima en pequeñacantidad,no detectándose
todavía la formación
del hidrato cúbico, C¡AHo. Para las últimas edadesde curado, sólo se observala fase
cúbica y el hidróxido de aluminio cristalino en forma de gibsita. Si la temperatura es de
60oC,y seacual fuere la edadde curado,únicamenteaparecela fase cúbicay la gibsita.
3.Para el curado a2OoC,se obtienenvaloresde resistenciaa flexotracciónmáximosa los
28 días. Sin embargo,estosvalorespuedenser consideradoscomo un estadotransitorio
en el cual se produce un excesode resistencias
provisional.Los valores mínimosfinales
derivados de la conversión de las fases hexagonalesa las cúbicas, ademásde otros
factores,son los que debenser considerados
en los cálculosde ingenieríacivil.
4,. Los hidratoshexagonalespresentesen el CAC a los 120 díascuandola temperatura
de curado es de 5oC poseenresistenciasintrínsecassuperioresa las que muestranlos
hidratos presentesen el CP, bajo las mismas condicionesde temperaturay edad de
curado. Por el contrario, cuandola temperaturade curado es de 60oC,las resistencias
obtenidascon las muestrasde CP son superioresa las obtenidascon las de CAC desdeel
principio, incluso para relacionesa./cdonde las porosidadesson prácticamenteidénticas.
Por tanto, las resistenciasintrínsecaspresentadas
por las faseshidratadasen el CP son
para estatemperatura,superioresa los hidratoscúbicospresentesen el CAC.
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Estudio del efecto de las condiciones de curado sobre la mineralogía y características resistentes en morteros de cemento aluminoso.Eva María García Alcocel
5. La claracorrelaciónobservadaentrelas curvasde VPU vs. relacióna/c y resistenciaa
compresión vs. relación a/c, para todas las temperaturasde curado estudiadasnos
permite establecerla hipótesisde que es posibleel uso de una técnicano destructivapara
la determinaciónempíricade la resistenciaa compresiónen morteros de CAC con las
mismasproporcionesde árido / cementoI aguausadasen esteestudio.
6. Si la resistenciade los morteros de CAC, para una edad de curado de 28 días, se
expresacomo una función de la relación alc se obtieneuna relaciónexponencial,llamada
Regla de Abrams. El porcentajede variabilidadde la variablerespuesta( R* )que se ha
obtenido mediante el modelo estudiado es satisfactoria. La variable independiente
(relación a/c) tanto como el modelo en sí mismo son ambos altamentesignificativos.
7. El proceso de carbonataciónen ausenciade illcalis se puede considerar como
beneficioso cuando tiene lugar sobre morteros de CAC totalmente convertidos. La
formación de cantidadesimportantesde fases carbonatadasmejora el comportamiento
mecánico de estos morteros, recuperándosede forma considerablelas resistencias
mecánicasperdidas por el proceso de conversión, aunque no se llegan a alcanzar los
valores de resistenciasmecánicasobtenidos con los morteros no convertidos. Sin
embargo,este proceso no influye de forma significativa,es decir ni mejora ni empeora,
en el comportamientomecánicode los morterosde CAC no convertidos.
8. La hidrólisis alcalina es un proceso de degradaciónque se puede producir en
conglomeradosde CAC que presentenexcelentecomportamientomecánicodebido a la
ausenciadel procesode conversión.
9. La presenciade álcalis en los morteros de CAC tiene un efecto nocivo sobre sus
característicasresistentes.Por un lado, los valores elevadosde pH aportados por la
disolución alcalinaprovocan la disoluciónde los aluminatosde calcio hidratadostanto
hexagonalescomo cúbicos. Por otro, su presenciaen el momento de la hidratación
provoca modificacionesen la composiciónmineralígicade las pastascon respectoa las
que son hidratadasen ausenciade álcalis.Esto se traduce en una pérdida progresivade
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resistenciasmecánicas.La presenciade un aluminatoalcalino hidratado intermedio, el
cual podría ser el responsablede estecomportamiento,no se ha observadoen ningunade
las muestrasestudiadas.
10. En todas las muestrasestudiadaslos productosfinalesobtenidosde los procesosde
carbonataciónen presenciay ausenciade álcalisson los mismos.De aquí no se podría
deducir que las resistenciasmecánicasfinales deberían ser similares ya que ambos
procesos transcurrenpor mecanismosdistintos.Por otro lado, la existenciade otros
productos,bien disueltosen la disoluciónentre los poros, bien en estadode gel amorfo,
por tanto no detectablespor DRX, podríanser los responsables
de la disminuciónde las
característicasmecánicasdel material.
I l. El procesode degradaciónpor hidrólisisalcalina,y como consecuencialas pérdidas
de característicasresistentes,sólo tiene lugar en conglomeradosde CAC donde existan
aluminatosde calcio hidratados.Las consecuencias
de este ataqueson más perjudiciales
cuando el procesose produce sobremorterosde CAC totalmenteconvertidos,donde el
hidrato cúbico es la fase predominante.Por el contrario, las disolucionesfuertemente
alcalinasno producenefecto alguno sobreel comportamientomecánicode los morteros
de CAC totalmentecarbonatados.
12. Independientemente
de que el hidrato de partida sea el hexagonalo el cúbico, por
tanto independientemente
de la temperaturade trabajo, la extensiónde la reacción de
degradacióndependedel ion alcalinoempleadoy de la concentraciónde la disoluciónde
ataque. La reacción ocurre en mayor extensióncuando el ion alcalino es el Na frente a
cuando el ion presentees K y para las disolucionesconcentradasfrente a las diluidas,
independientemente
del ion usado.
13. Se observa, independientementede otras condiciones de trabajo, una mayor
presenciade productosfinalesdel procesode carbonataciónen las muestrasfabricadasa
60'C. Esto se debea que la porosidadde estasmuestrases mayor que para las fabricadas
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a 5oC, de manera que el acceso de COz es más fácil y tiene lugar el proceso de
degradaciónen mayor extensión.
14.La técnica de DRX no es la adecuadaparael estudiode los intermediospor los que
procedela reacciónbien por que estosse forman en pequeñacantidado bien por que en
la mayoríade los casosse encuentranen forma de gel amorfo.
que son las responsablesde la
15. Con respectoa la formación de fasescarbonatadas,
recuperación de resistenciasobservada en los morteros expuestos al proceso de
de las condicionesde trabajo, la
degradaciónpor hidrólisis alcalina,independientemente
variedad polimórfica mayoritaria es la calcita. La formación de aragonito y vaterita
dependede la temperaturade fabricacióny de las condicionesde tratamiento.
16. Con respectoal comportamientode las mezclasfabricadascon25oA CAC-75o/oCP,
la formación de etringita tiene como consecuenciaque se produzca el fraguado
rápidamente,lo cual retrasala hidratacióndel CP. Este hechoprovoca que el desarrollo
de resistenciasmecánicasen estasmezclasseapequeño.Por otro lado, el CH presente,
para todas las temperaturasde curado,podría contribuir a la disoluciónde los hidratos
hexagonalesy cúbicos, con el consiguienteefecto sobre el comportamientomecánico.
Por otro lado, los valores de porosidad desarrolladospor estas muestras son muy
desarrolladasson muy
las resistencias
elevados,superioresal20oA,y como consecuencia
bajas.
17. Con respectoal comportamientode las mezclasfabricadasconT5YoCAC - 25yo CP,
los cambiosproducidosen la hidratacióndel CAC, por la presenciadel CP, impiden que
estas mezclas puedan desarrollar resistenciasmecánicas aceptables.Para las tres
temperaturas estudiadaslas muestras fabricadas con esta mezcla presentan valores de
porosidad prácticamente idénticos, resultado que indica que las resistencias
desarrolladas,diferentesa cadatemperatura,son debidasal tipo de hidrato formado.
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Volver al índice/Tornar a l'índex
18. Las mezclasfabricadascon 50YoCAC - 50% CP se caracterizanpor presentarun
proceso de hidratación que se produce en pequeña extensión. Como resultado, las
por ellas,para todas las condicionesestudiadas,son
resistenciasmecánicasdesarrolladas
inferioresa las de las otras dos mezclas.
19. Paratodas las condicionesestudiadaslas muestrasfabricadasconmezclasen distinta
proporción de CAC y CP no han sufrido el proceso de hidrólisis alcalina.Para que se
desencadeneeste proceso es necesariala presenciade agua, CO2, y de álcalis, que en
este caso los aportaría el CP. Dado que las muestrashan sido curadasbajo agua, el
accesode COz es muy limitado.
20.Para ninguna edad de curado, ni temperaturade fabricación y curado, las muestras
fabricadascon CAC y CP presentanun comportamientomecánicoaceptable.Por otro
lado, la elevadaporosidadque desarrollanestasmuestraslas hace muy vulnerablesante
los agentesagresivosexternos.
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant.1997