EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD PUZOLÁNICA DE UNA CENIZA VOLANTE A PARTIR DE MEDIDAS FÍSICAS Y MECÁNICAS

J. N. EIRAS 1, J. PAYÁ 1, M. V. BORRACHERO 1, J. MONZÓ 1, N. BOUZÓN 1, L. SORIANO 1, I. FITA 2, J. M. CRUZ 2

1 Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón ICITECH, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n 46022 Valencia, España 2 Departamento de física aplicada, Universidad Politécnica de Valéncia, Camino de Vera s/n 46022 Valencia, España

Resistencias mecánicas EN 196-1 Frecuencia fundamental de resonancia a flexión

L a ceniza volante es una de las puzolanas más utilizadas en todo el mundo. La incorporación de ceniza volante en la dosificación de hormigón le confiere un aumento en la trabajabilidad, una disminu-ción del calor de hidratación, una disminución de la porosidad y un

aumento de la resistencia mecánica a largo plazo. En definitiva, la incorpo-ración de ceniza volante implica una mejora en las prestaciones y en la du-rabilidad de morteros y hormigones. Además, el uso de estos materiales re-siduales puzolánicos supone un beneficio medioambiental doble, por un la-do se sustituye parte de cemento cuya fabricación produce emisiones de dióxido de carbono, y por otro lado el consumo de los materiales residuales de otros procesos industriales, que de no utilizarse, tendrían que almace-narse en vertederos controlados.

4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 6200 6400

0

0.5

1

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3

3.5

x 105

Frequencia, Hz

Am

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, m

/s2

40%, 7 dias

40%, 90 dias

CONTROL, 7 dias

CONTROL, 90 dias

E l estudio sobre la evolución de las resistencias mecánicas de los morteros con-trol y los morteros con CV se realizó para las mismas edades de curado que el estudio de termogravimetría. Las resistencias de los morteros con CV van cre-ciendo progresivamente al aumentar la edad de curado gracias a la reacción

puzolánica, llegando a superar la resistencia del mortero control para un año de curado. Estos resultados corroboran los datos obtenidos por termogravimetría, donde se obser-vaba un aumento progresivo de la porlandita fijada a tiempos largos de curado. Ambos ensayos demuestran que la ceniza volante empleada en este trabajo, es una puzolana reactiva pero que se manifiesta a tiempos largos de curado.

P ara las pastas con un 40% de CV se observa, además de los silicatos cálcicos hidratados y la etringita ya encontrados en la pasta control, la presencia de gele-nita hidratada (C2ASH8), producto típico de la reacción puzolánica y que ya se en-cuentra desde la edad de curado de 28 días. Para la pasta a 360 días observa-

mos una microestructura densa donde aparece una partícula de ceniza volante totalmente recubierta y rodeada de productos de hidratación.

1 10 100 1000

5000

5125

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5375

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5750

5875

CONTROL

CV 40%

Fre

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en

cia

(H

z)

Edad (dias)

L as pastas control, muestran los productos típicos de la hidratación del cemento como son la porlandita, silicatos cálcicos hidratados y la etringita en forma de pe-queñas agujas. En ambas edades se observa una microestructura densa.

Ciencia y tecnología del hormigón

Análisis termogravimétrico

Res

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Edad (días)

L os ensayos termogravimétricos nos muestran que la ceniza volante es una puzo-lana con una velocidad de fijación de cal media pero con una extensión en el tiempo de la reacción puzolánica elevada. Dicha reactividad se prolonga en el tiempo hasta edades de curado largas.

Espectro de resonancia a flexión. 7 y 90 días de los morteros CONTROL y CV

Resistencia a compresión de los morteros

Evolución de la frecuencia fundamental de resonancia a flexión.

S e ha caracterizado el comportamiento de una ceniza volante molida mediante ensayos de termogravimetría, frecuencia fundamental de resonancia a flexión, resistencia mecánica y microscopía electrónica. Los ensayos de termogravi-metría revelan un alto porcentaje de fijación de cal para edades largas de cura-

do. Estos resultados son acordes con las propiedades mecánicas evaluadas a través de la frecuencia fundamental de resonancia y la resistencia mecánica, las cuales revelan prestaciones mecánicas similares a las obtenidas para el mortero sin adición de ceniza volante. Los resultados obtenidos revelan que altos porcentajes de sustitución de cemen-to por ceniza son factibles, obteniendo materiales con características muy similares al control. El uso de la ceniza volante supone un beneficio económico y medioambiental al lograr sustituir gran cantidad de cemento.

Micrografías de las pastas CONTROL Micrografías de las pastas 40% CV

28 días 360 días 28 días 360 días

E n el presente trabajo se realizan pastas y morteros de cemento Portland, y otros con una sustitución de un 40% de cemento por ceniza volante, con el objetivo de caracterizar su comportamiento físico y mecánico. Sobre las pastas se realizan estudios de termogravimetría para estudiar la fija-ción de cal por parte de la ceniza volante y de microscopia electrónica de barrido para estudiar la naturaleza de los productos de hidratación forma-dos. Sobre los morteros se realizan medidas de frecuencia fundamental de resonancia y se determina la resistencia mecánica a diferentes edades

Porcentaje de cal fijada en la pasta con 40%CV, y agua combinada de los hidratos de la pasta control y con CV frente al tiempo de curado.

Edad (días)

C omo se puede apreciar, los porcentajes de cal fijada varían desde un porcenta-je negativo para los primeros 7 días de curado hasta un 75% de cal fijada para los 360 días de curado. En las primeras edades de curado la CV actúa como un filler, favoreciendo el efecto partícula y por lo tanto acelerando la hidratación

del cemento. A partir de 28 días de curado, la ceniza volante va fijando la portlandita, pro-longándose la reacción hasta un año de curado. Por otra parte, los porcentajes de agua combinada de los hidratos para la pasta con un 40% de CV son ligeramente inferiores a los obtenidos para la pasta control en todas las edades de curado. No obstante, son simi-lares a los obtenidos para la pasta control a pesar del menor contenido en cemento, dato que nos corrobora la formación de productos de hidratación procedentes de la reacción puzolánica.

L a técnica de frecuencia fundamental de resonancia es un método de ensayo no destructivo. A partir de esta técnica no destructiva podemos determinar el módulo de elasticidad dinámico, el coeficiente de Poisson dinámico y el amortiguamiento del material entre otras propiedades, las cuales están relacionadas con su inte-

gridad mecánica Por tanto, la monitorización de la frecuencia de resonancia a flexión es un indicador de la evolución de la microestructura y del desempeño mecánico de morte-ros y hormigones. A edades tempranas (7 y 28 días) el mortero que incorpora ceniza vo-lante presenta menores valores de frecuencia de resonancia a flexión, mientras que el mortero de cemento estándar presenta mayores valores de frecuencia de resonancia a flexión. Sin embargo a la edad de 360 días, el mortero CV40 alcanza prestaciones simi-lares a las alcanzadas por el mortero CONTROL indicando que se trata de una puzolana de reacción lenta.

Los autores quieren agradecer a la Universitat Politècnica de València (Vicerrectorado de Investigación) la financiación a través del proyecto PAID-05-09 ref 4302 y el financiamiento concedido por el Ministerio de Ciencia e Innovación MICINN, España, y FEDER (Proyecto BIA 2010-19933).

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O P.F R.I

CEM 19.40 5.24 3.53 62.09 2.08 3.57 1.14 0.10 1.97 0.88

CV 51.16 27.31 12.84 2.33 0.98 0.50 2.51 0.40 1.96 nd

Composiciones en % en peso de óxidos del cemento y la ceniza volante