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
PRODUCCIÓN
SILICIO
RESIDUO
HUMO DE SÍLICE
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)
Foundations
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.
REACCIÓN PUZOLÁNICA : PUZOLANA
+ CH + H → (C-S-H)s
(C-S-H)s : Silicatos de calcio hidratados de estequiometría no definida.
Reacción de hidratación del C3S: C3S
The flaky C-S-H crystals grown
after 2 weeks of hydration of C3S
+ H → (C-S-H)p + CH
Small 100 nm hexagonal shape Ca(OH)2
crystals on the surface of the C3S after 2.5
hours of hydration at room temperature
HIDRATACION DEL CEMENTO
ETRINGITA
SEM image showing platy or foil-like CSH,
fine bundles of CSH fibers and platy CH
SEM image showing platy CH and ettringite
needles and also plate-like CH morphology
Lime Is Not Beneficial To Concrete
• Lime does not bind with concrete.
• Lime contributes to problems such
as:
–
–
–
–
Efflorescence
Porosity
Alkali Silica Reaction (ASR)
Deterioration
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 / CALOR DE HIDRATACIÓN
EN LA FIGURA SE MUESTRA EL EFECTO SOBRE EL CALOR DE HIDRATACIÓN
DE LA SUSTITUCIÓN DE CANTIDADES CRECIENTES DE CEMENTO
POR PUZOLANA
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.
SPALLING DUE TO
SULFATE ATTACK
REACCION PUZOLANICA / REACCION AGREGADO-ALCALI
Influencia de la adición de puzolana o escoria sobre la expansión derivada de la
reacciónagregado-álcali
ALCALI – SILICA REACTION (ASR)
Scanning electron
microscope image of
chert aggregate particle
with numerous internal
cracks due to ASR;
cracks extend into the
adjacent concrete
Detail of aggregate
showing alkali-silica
gel extruded into
cracks within the
concrete. Ettringite
is also present
within some cracks