Leccion4.Reaccion.PUZOLANICA

REACCION PUZOLANICA
UNA PUZOLANA ES UN MATERIAL, NATURAL O ARTIFICIAL, QUE CONTIENE
FUNDAMENTALMENTE SILICIO O SILICIO Y ALUMINIO (EL CONJUNTO SÍLICE
MÁS ALÚMINA VARÍA A MENUDO ENTRE EL 70 Y EL 80 %), ESTO LES DA UN
CARÁCTER ÁCIDO Y, POR TANTO, UNA GRAN AFINIDAD POR LA CAL
(TENDENCIA A COMBINARSE CON LA CAL EN PRESENCIA DE AGUA A
TEMPERATURA AMBIENTE).ADEMÁS LA PUZOLANA ESTA COMPUESTA DE
FASE VÍTREA EN SU MAYOR PARTE, SIENDO LA FASE CRISTALINA MUY
PEQUEÑA, LO QUE HACE QUE SEAN MATERIALES DE ALTA REACTIVIDAD.
LA PUZOLANA POR SI MISMA POSEE UN VALOR CEMENTANTE NULO O MUY
PEQUEÑO. SIN EMBARGO FINAMENTE MOLIDA Y EN PRESENCIA DE
HUMEDAD REACCIONA CON EL HIDRÓXIDO CÁLCICO (ACTIVADOR) A
TEMPERATURA AMBIENTE, DANDO LUGAR A UNA NUEVA FORMACIÓN DE
COMPUESTOS ESTABLES, POCO SOLUBLES EN EL AGUA Y QUE POSEEN
CARACTERÍSTICAS CEMENTANTES, ES DECIR CAPACES DE DESARROLLAR
RESISTENCIA POR ENDURECIMIENTO HIDRÁULICO
BAJO EL NOMBRE DE PUZOLANAS SE INCLUYEN PRODUCTOS QUE SON
BASTANTE DIFERENTES EN CUANTO A SU ORIGEN, ESTRUCTURA,
COMPOSICIÓN QUÍMICA Y MINERALÓGICA Y QUE TIENEN EN COMÚN LO QUE
SE DENOMINA “ACTIVIDAD PUZOLÁNICA” DEFINIDA ANTERIORMENTE.
Distribución granulométrica de las cenizas volantes
Composición química típica de un humo de sílice
Composición química de escorias horno alto
DIN
UNE
CaO + 1.4MgO + 0.56 Al 2O3 CaO + MgO + Al O
CaO + MgO
2 3
Ih =
>1
>1
SiO2
SiO2
SiO2
Composición química de puzolanas naturales.
(SUPPLEMENTARY CEMENTING MATERIALS)
REACCION PUZOLANICA
Cuando una puzolana se usa en combinación con el cemento
portland, este durante su hidratación, es la fuente de hidróxido
cálcico que reacciona con los aluminosilicatos presentes en la
puzolana para forman compuestos cementantes.
La reacción puzolánica puede representarse mediante:
PUZOLANA + CH + H → (C-S-H)s
donde:
(C-S-H)s : Silicatos de calcio hidratados de estequiometría no definida.
Por su parte la reacción de hidratación del cemento puede
representarse por:
( C3S,
C2S) + H → (C-S-H)p + CH
HIDRATACION DEL CEMENTO
Lime Is Not Beneficial To Concrete
• Lime does not bind with concrete.
• Lime contributes to problems such
as:
–
–
–
–
Efflorescence.
Porosity.
Alkali Silica Reaction
Deterioration.
Hydration - Exothermic Reaction
2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH
2C2S + 5H C3S2H8 + CH
ΔH = -500 J/g
ΔH = -250 J/g
C3S or C2S + water CSH + CH (products 1 & 2)
•Amount of CH depends on H2O
•CSH - amorphous in nature, is an inexact composition,
and is extremely fine.
PUZOLANAS
2S + 3CH + 7H ⇒ C3S2H8
•First used by Romans
•CSH is of lower CaO content
•Low heat and slow strength gain
•Similar to increase in C2S
•Reactivity based on surface area (silica fume)
•Some contain alumina (can present durability problems)
•Crystalline compounds (quartz); acts to diluents
•Unburned carbon may affect air entrainment
•Can have a wide range of composition and reactivity
C3 A + CSH 2 + 10H → C4 ASH12
ΔH = -362 KJ/mol
E
M
M
(a).- Micrografía donde se puede observar la ettringita (E), que
cristaliza en forma de agujas de base hexagonal, estando
rodeadas rodeadas de los filamentos de C-S-H (Edad 7 horas).
(b).- Micrografía donde se puede observar el monosulfoaluminato
(M), en forma cristales laminares hexagonales, (Edad 24 horas).
C-S-H
TRABAZON O ENTRELAZAMIENTO
DE LOS C-S-H
C-S-H
REACCION PUZOLANICA
LAS PROPIEDADES TÉCNICAS DE LOS MATERIALES CON ADICIONES
PUZOLÁNICAS, SE DERIVAN, PRINCIPALMENTE, DE TRES
CARACTERÍSTICAS DE LA REACCIÓN PUZOLÁNICA
1.-ES UNA REACCIÓN LENTA, AL CONTRARIO QUE LA REACCIÓN DE
HIDRATACIÓN DEL CEMENTO QUE ES RÁPIDA, POR TANTO, LA
VELOCIDAD DE LIBERACIÓN DEL CALOR Y EL DESARROLLO DE
RESISTENCIAS SERÁN PROCESOS MÁS LENTOS
2.- ES UNA REACCIÓN QUE CONSUME HIDRÓXIDO DE CALCIO EN VEZ
DE GENERARLO, LO QUE ES IMPORTANTE PARA LA DURABILIDAD
DE LAS PASTAS HIDRATADAS EN AMBIENTES ÁCIDOS.
3.- AL PRODUCIRSE EN UN TIEMPO POSTERIOR LOS PRODUCTOS DE
REACCIÓN RELLENAN, DE FORMA MUY EFICIENTE, LOS ESPACIOS
CAPILARES QUE QUEDAN DESPUÉS DE LA HIDRATACIÓN DE LOS
COMPONENTES DEL CEMENTO.
ASÍ SE MEJORA LA IMPERMEBILIDAD Y LA RESISTENCIA
MECÁNICAS DEL SISTEMA (MENOR POROSIDAD).
REACCION PUZOLANICA
Cambios, en función del tiempo, en la distribución del
tamaño de poro de pastas de cemento con contenido
variable de puzolana
REACCION PUZOLANICA
C-S-H
CH
Representación diagramática de una pasta de cemento bien hidratada
hecha con un cemento portland con puzolana. Comparándola con una
pasta de cemento de portland, para la identificación de las fases
presentes, se muestra que, como resultado de la reacción del
puzolánica, los huecos capilares o se eliminan o reducen de tamaño,
y además se reemplazan cristales densos de hidróxido de calcio por
C-S-H secundarios de más baja densidad.
(a)
MICROESTRUCTURA DE LAS
PASTA DE CEMENTO PORTLAND
HIDRATADA
(b)
MICROESTRUCTURA DE LAS
PASTA DE CEMENTO PORTLAND
HIDRATADA CON ADICIÓN DE
CENIZAS VOLANTES
(c)
MICROESTRUCTURA DE LAS
PASTA DE CEMENTO PORTLAND
HIDRATADA CON ADICIÓN DE
ESCORIA DE HORNO ALTO.
(i) refinamiento de tamaño de poro
La formación de productos de hidratación secundarios
(principalmente silicatos de calcio hidratados)
alrededor de las partículas de puzolana tiende a
rellenar las grandes cavidades capilares con un
material microporoso y, por consiguiente, de baja
densidad. El proceso de transformación de un
sistema que contiene grandes cavidades capilares
en un producto microporoso que contiene
numerosos poros finos se denomina
«refinamiento del tamaño de poro ».
(ii) el refinamiento de tamaño de grano.
la nucleación del hidróxido de calcio alrededor de las
finas y bien distribuidas partículas de puzolana tendrá el
efecto de reemplazar los grandes y orientados cristales
de hidróxido de calcio por numerosos, pequeños, y
menos orientados cristales (de baja cristalinidad)
procedentes de la reacción puzolánica
El proceso de transformación de un sistema que contiene
granos grandes de un componente en un producto que
contiene los granos más pequeños se denomina
« refinamiento del tamaño de grano ».
Tanto el proceso de refinamiento del tamaño del poro
como de grano dan lugar a que aumente la resistencia de
la pasta de cemento.
DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA IMPERMEABILIDAD Y
DURABILIDAD
LOS EFECTOS DE LA REACCIÓN DEL PUZOLÁNICA SON
PROBABLEMENTE MÁS IMPORTANTES EN EL HORMIGÓN QUE
EN LA PASTA DE CEMENTO HIDRATADA
LA PERMEABILIDAD DEL HORMIGÓN, GENERALMENTE, ES MÁS
ALTA QUE LA DE LA PASTA DE CEMENTO DEBIDO A LAS
MICROGRIETAS QUE SE PRODUCEN EN LA ZONA DE LA
TRANSICIÓN.
SE HA SUGERIDO QUE LOS PROCESOS DE REFINAMIENTO DEL
TAMAÑO DEL PORO Y DEL TAMAÑO DE GRANO FORTALECEN
LA ZONA DE LA TRANSICIÓN, REDUCIÉNDOSE LA
MICROFISURACIÓN Y AUMENTANDO LA IMPERMEABILIDAD
DEL HORMIGÓN.
REACCION PUZOLANICA
210 J/g
GANANCIA
RESISTENCIA
Resistencia de
cementos mixtos
conteniendo una
puzolana o
escoria
de horno alto
(Días)
(Días)
REACCION PUZOLANICA/DURABILIDAD - MENOR CONTENIDO CH
- MAYOR IMPERMEABILIDAD (A/C = cte)
LA PROPORCIÓN O VELOCIDAD DE ATAQUE POR LOS SULFATOS
DEPENDE DE LA PERMEABILIDAD Y DE LA CANTIDAD DE
HIDRÓXIDO DE CALCIO Y FASES DE ALÚMINA REACTIVA
PRESENTES
ALGUNAS ESCORIAS DE ALTO CONTENIDO EN ALÚMINA Y LAS
CENIZAS VOLANTES TIENDEN A AUMENTAR EN LA PASTA DE
CEMENTO HIDRATADA LAS CANTIDADES DE C-A-H Y DE
MONOSULFATO, LOS CUALES SON VULNERABLES AL ATAQUE
POR LOS SULFATOS
DADO QUE SON NECESARIAS GRANDES
CANTIDADES DE
HIDRÓXIDO DE CALCIO EN EL SISTEMA PARA LA
FORMACIÓN DE LA ETRINGITA EXPANSIVA, ENSAYOS DE
LABORATORIO Y LA EXPERIENCIA PRÁCTICA MUESTRAN QUE LOS
CEMENTOS TIPO IS QUE CONTIENEN DE UN 60 A UN 70 % O MÁS DE
ESCORIA, SON MUY RESISTENTES AL ATAQUE POR LOS
SULFATOS INDEPENDIENTEMENTE DEL CONTENIDO DE
C3A DEL CEMENTO DEL PORTLAND Y DE ALÚMINA
REACTIVA DE LA ESCORIA.
REACCION PUZOLANICA / REACCION AGREGADO-ALCALI
Influencia de la adición de puzolana o escoria sobre la expansión agregado-álcali