Capacidad puzolánica

Capacidad puzolánica
Las puzolanas son materiales con alto contenido en sílice vítrea o
amorfa.
•En polvo, las puzolanas reaccionan en medio acuoso con hidróxido
cálcico a temperatura ambiente dando lugar a fases hidratadas
análogas a las formadas durante el fraguado del cemento
cemento.
•Más reactivas cuanto menor sea el tamaño de partícula y mayor la
proporción
ió d
de SiO2vitrea.
it
•Naturales: rocas volcánicas con alto contenido en fase
vítrea.
•Artificiales: materiales con SiO2 en estructura amorfa :
Humo de sílice, cenizas volantes, arcillas activadas, vidrio,
cenizas agrícolas, escorias de alto horno….
33
Capacidad puzolánica
Fraguado del cemento:
3CaO·2SiO2 + agua
3CaO•2SiO2•4H2O + 3Ca(OH)2
Reacción puzolánica:
3Ca(OH)2 + 2SiO2 + H2O
3CaO•2SiO2•4H2O
Medida de la capacidad
p
puzolánica:
p
•Ensayo de Fratini: Mide la fijación de Calcio por la puzolana.
•Indice de actividad resistente: Compara la resistencia
mecánica de dos morteros elaborados con árido normalizado,
cemento
t con y sin
i adición
di ió d
dell material
t i l puzolánico.
lá i
34
Medida de la capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini
Objetivo: Medir el calcio fijado por la puzolana
Puzolanidad de cementos
Curva de Fratini
18
Cemento + puzolana + agua en exceso
Filtrado de la disolución
Ca 2+ (mmol/l)
Curación a 40ºC , durante 7 y 28 días
16
14
12
10
8
6
4
2
Análisis de concentración de
OH-
y
Ca2+
0
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
OH -(mmol/l))
35
Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC
Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini
36
Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC
Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini
37
Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC
Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini
14
7 días
Ca
2+
(m
mmol/l)
12
28 días
10
Cemento sin
adiciones
di i
8
Escorias
Gasificación
6
Cenizas
Combustión
4
Cenizas
Gasificación
2
0
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
-
OH ((mmol/l))
38
Valorización en hormigón y morteros
Probetas prismáticas 40 x 40 x 160 mm
UNE-EN 196-1. “Métodos de ensayo
y de cementos. Parte 1. Determinación de resist. mecánicas”
R i t i a Compresión
Resistencia
C
ió (N/mm
(N/ 2)
7 días
28 días
90 días
Indice de Actividad
Resistente (%)
Cemento
21.5
29.1
31.3
100 (ref.)
Cemento/CV
25.1
42.0
55.6
139
Cemento /ESm
22.3
30.2
37.5
120
Mortero
39
Valorización en hormigón y morteros
Actividad
puzolánica
Cenizas Vol.
Escorias
Muy alta
Alta
Procesado
Sustitución
Ninguno
Molienda y
cribado
Cemento
hasta 35%
Ahorro en
•Materias p
primas ((caliza,, arcilla))
•Combustible
Reducción de emisiones
Reducción costes
•Procesamiento de materiales
40
Valorización en hormigón y morteros
41
Utilización en capas de base y subbase en carreteras
Capa
Tramo 1
Tramo2
Tramo3
Tramo4
Base
Arido ggrueso
Arido ggrueso
75% Árido Grueso
25% Escorias
75% Árido Grueso
25% Escorias
S bb
Subbase
75% Árido Grueso
25% Escorias
A id grueso
Arido
A id grueso
Arido
75% Árido Grueso
25% Escorias
42
.
Utilización de CV en cerámica extrusionada
Mezcla al 10 % de cenizas volantes
Ppc
Absorción
Coeficiente de
saturación
Resistencia
900ºC
900
C
Contracción
900ºC
%
%
%
P tó
Patrón
4 78
4,78
0 14
0,14
10 34
10,34
0 81
0,81
9 38
9,38
CV10
4,60
0,36
8,67
0,71
12,33
MEZCLA
900ºC
900
C
900ºC
900ºC
900
C
Mpa
43
Utilización de escorias en cerámica prensada
Mezclas hasta 50% de escorias tp<2mm
Ladrillos macizos prensados fabricados en Santa
Cruz de Mudela por Rústicos La Mancha S. A.
Succión
g/cm2min
Pérdida al fuego
%
Contracción en
cocción %
935ºC
970ºC
935ºC
970ºC
935ºC
P tó
Patrón
7 40
7.40
7 16
7.16
0 72
0.72
2 96
2.96
0 10
0.10
0 09
0.09
13 33 11.26
13.33
11 26
30E
5.49
5.24
0.40
1.94
0.10
0.11
11.81
9.45
50E
3.58
3.61
0.5
1.04
0.13
0.13
10.57
8.93
M l
Mezclas
Absorción
%
970ºC 935ºC 970ºC
44
.
Valorización de CV y escorias en cerámica
Se pueden obtener productos cerámicos de construción a
temperaturas habituales
h bi l de
d cocción
ió (900-1000ºC)
(900 1000ºC) empleando
l d
mezclas de arcillas con cenizas volantes o escorias GICC.
Los productos elaborados no presentan alteraciones significativas
en la apariencia
p
y ven mejoradas
j
algunas
g
de sus ppropiedades
p
ppor la
adición de CV o Escorias:
•Mejora
M j la
l sinterización
i t i ió de
d la
l pasta
t
•Menor absorción de agua
•Mayor resistencia a la helada
•Mejores resitencias mecánicas
45
Vidrios y Vitrocerámicos
•Fusión de escorias sin aditivos
•Desprendimiento
D sp ndimi nt gaseoso
s s a partir
p ti de
d 1200ºC
•Fundido muy viscoso dificulta la liberación de gases
•Expansión-espumado
•Adición de fundentes
•Carbonato
Carbonato cálcico precipitado de azucarera CP
•Casco de vidrio CS
46
Diseño de la mezcla vitrificable ECSCP
•40% Escoria
•30%
% Carbonato Cálcico
ál
precipitado
d
•30% Casco de vidrio
%
ES
CP
CS
ECSCP
SiO2
Al2O3
F 2O3
Fe
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
LOI
O
SO3
55.50
28.39
5 81
5.81
0.94
6 08
6.08
0.39
2.44
0.77
0.04
0.34
3.20
2.25
0.82
0 33
0.33
1.32
47 37
47.37
0.05
0.25
0.05
1.22
44.76
1.26
72.47
1.77
1 19
1.19
1.30
10 89
10.89
12.38
0.84
0.08
0.00
0.00
0.09
53.14
14.40
3 17
3.17
1.63
20 56
20.56
5.00
1.40
0.43
0.40
0.00
1.17
47
Obtención del vidrio ECSCP
48
Vitroceramicos de gehlenita-anortita-mullita
• Fusión y obtención del vidrio fritado por
800ºC
800
C
inmersión del fundido en baño
de agua.
agua
850ºC
850
C
•Secado y molienda del vidrio en molino de
ágata a tamaños por debajo de 160 micras.
•Preparación de probetas cilíndricas de 40 mm
de diámetro y 0.7
mm de altura aproximada por
900ºC
1000ºC
prensado uniaxial con el vidrio pulverizado.
pulverizado
Probetas 30 m
min
n
•Tratamientos térmicos para desvitrificación
controlada entre 800 y 1100ºC y tiempo
variable
i bl entre
t 5 minutos
i t sy1h
hora.
49
Análisis microestructural
800ºC
900 ºC
1000 ºC
200 µm
1100 ºC
Probetas 30 min
50
Áridos ligeros
-Materiales granulares de baja densidad
•
Naturales: Machaqueo de materiales de baja densidad
•
Artificiales: Procesamiento industrial.
Expansión térmica: Áridos ligeros expandidos
-Propiedades: Densidad, Absorción de agua y Resistencia
-Aplicaciones: Hormigón, rellenos, jardinería, filtración
-Para hormigón interesan:
-Porosos:
P
Ab
Absorción
ió de
d agua para ell curado
d interno
i t
-SiO2 vítrea: Refuerzo de la zona de contacto árido-pasta
51
Áridos ligeros expandidos: Requisitos de MP
100
SiO2
Composición química: SiO2,
Al2O3, y óxidos fundentes
d t de
dentro
d lla zona de
d Riley:
Ril
10
90
20
80
30
Presencia sustancias que liberen
gases a la Tª
T de tratamiento
70
40
60
50
50
60
40
70
30
80
20
90
10
100
Al2O3
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Fundentes
(Óxidos de Fe, Mg, Ca, Na, K)
Riley, C. M. “Relation of Chemical Properties to the bloating of clays”
Journal of the American Ceramic Society 34 (1951) 4, 121-128.
52
Obtención de áridos ligeros expandidos
•
Materias primas naturales o residuales
53
Proceso de obtención de áridos ligeros
ESCORIAS
ESCORIAS GICC
GICC
CENIZAS VOLANTES GICC
MEZCLA 50%
< 1,5
1 5 mm
CRIBADO
GRANULACIÓN
GRANULACIÓN
>1,5
1 5 mm
SECADO
110ºC
COCCIÓN
1175ºC,
1175
C, 30 min
MOLIENDA
CRIBADO
PRECALENTAMIENTO
750 ºC, 30 min
>10 mm
< 10 mm
COCCIÓN
1175ºC, 15 min
CLASIFICACIÓN
ARIDOS AL-ES
2-4, 4-8, 8-10 mm
ARIDOS AL-CVES
Al-CVES
12-18 mm
ARIDOS AL-CV
10-16 mm
54
Áridos ligeros de cenizas volantes AL-CV
1175ºC
110ºC
750ºC
55
Condiciones óptimas de obtención de áridos ligeros
Ciclos de calentamiento
2 etapas: 750ºC
750 C y 1175ºC
1175 C
U etapa:
Una
t
1175ºC
Absorción
No presentan diferencias
D
Densidad
id d
Resistencia mecánica
Ecotoxicidad
56
Condiciones óptimas de enfriamiento
Enfriamiento lento
Enfriamiento rápido
Diferencias en resistencia mecánica
57
Áridos ligeros expandidos AL-ES
F
Fracciones
i
granulométricas
l ét i
((mm))
10 8
10-8
84
8-4
42
4-2
Todo
Uno
Distribución granulométrica
(% peso)
46,6
40,1
13,6
100
Absorción de agua 72 h (% peso)
18,5
15,8
11,6
16,7
D
Densidad
id d aparente (k
(kg/m
/ 3)
228
2
277
414
2 2
272
58
Áridos ligeros expandidos AL-CVES
Escorias
160
Finos de escorias
% altura
140
120
100
80
60
40
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Temperatura (ºC)
59
Ensayos Norma UNE 13055-1
UNE-EN 13055-1 “Áridos
Á
ligeros. Parte 1: Áridos
Á
ligeros para hormigón, mortero e inyectado”.
Unidades
ARLITA
G3
AL- CV
AL
% Cl-
< 0,02
0,016
0,014
0,011
0,010
%S
<0,07
0,56
0,48
0,42
0,42
esférica
esférica
esférica
irregular
esférica
mm
7-16
7-16
7-16
2-10
3-8
D
Densidad
id d aparente
t
kg/m
k
/ 3
325 ± 50
356
327
272
350
Absorción de agua
% masa
seca
22,2
11,2
12,5
16,7
37,9
Resistencia a la
desintegración
% pérdida
de masa
n.d.
0.016
n.a.
0.090
0.077
Resistencia a los
ciclos hielo/deshielo
%p
pérdida
de peso
1 86
1,86
0 60
0,60
0 58
0,58
0 62
0,62
0 51
0,51
Cloruros
Azufre total
Forma de partícula
Tamaño de partícula
n.d. = no declarado
AL-CVES
AL
CVES
AL-ES
AL
ES
ARLITA
F3
n.a. no analizado
60
Áridos ligeros
(kg/m3)
Arlita
10
10
00
0
1400
800
(kg/m3)
0
24
20
00
Adaptado de: Litvin, A., Fiorato, A.E.: “Lightweight Concrete for Cold Water Pipes”,
Concrete International 3 (3) 1981, 48-55.
61
Utilización de áridos AL-ES en morteros y hormigón
Densidad áridos (kg
/m3)
(kg/m
AL-CV
AL-ES
Densidad hormigó
/m3)
hormigón (kg
(kg/m
Resistencia a
compresió
hhormig
i ón
compresiión hormigó
(MPa)
MPa)
Mortero AL-ES
Hormigón AL-ES
62
Aridos ligeros de escorias y cenizas expandidas
- Procesamiento con subproductos GICC es más sencillo que en
procesos industriales con materias primas naturales (arcillas)
Arcilla
Cenizas
volantes
Escorias
>1,5mm
,
Extracción
Si
No
No
Molienda
Si
No
No
Aditivos expansores
Si
No
No
Preparación previa
Granulación Granulación
Cribado
Secado
Si
Si
No
Cocción 1175
1175ºC
C
Si
Si
¿Si?
Clasificación
Si
Si
Si
p
canteras
Costes recuperación
Si
No
No
63
Conclusiones –A.Ligeros
•Las cenizas volantes y escorias GICC tienen propiedades
diferentes a las de las cenizas de combustión
•Propiedades expansivas a alta temperatura por liberación de
gases contenidos en la estructura vítrea
•Se pueden obtener áridos ligeros expandidos homologables
con productos
prod ctos comerciales usando
sando ciclos térmicos habituales
habit ales
de producción industrial.
•La
L sustitución
i ió de
d materias
i
primas
i
naturales
l
por escorias
i
y
cenizas volantes GICC para elaborar áridos ligeros expandidos
es económicamente viable y contribuye a la sostenibilidad
medioambiental.
64