puzolanas
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se trata de un trabajo cuyo contenido indica el desarrollo,evolución y uso de la puzolana en la ingenirìa y construcciònTRANSCRIPT
CURSO : TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES
DOCENTE : ING. NANCY BOCANEGRA
TRABAJO : AGLOMERANTES DE CONSTRUCCION:
LAS PUZOLANAS
INTEGRANTES: SÁNCHEZ MONJE LENIN CARLOS.
REQUE BARRIO JOSE LEANDRO
SILVA SALDAÑA BORBEL JOSE
URTEAGA ANTONIO
CICLO : 2005-II
LAMABAYEQUE, 03 DE marzo de 2006.
Aglomerantes de Construcción: Las PUZOLANAS
1.1.- Generalidades
Las puzolanas son materiales naturales o artificiales que contienen sílice y/o
alúmina. No son cementosas en si, pero cuando son molidos finamente y
mezcladas con cal, la mezcla fraguará y endurecerá a temperaturas normales
en presencia de apara, como el cemento.
Las puzolanas pueden reemplazar de 15 a 40% del cemento Pórtland sin
reducir significativamente la resistencia del concreto.
La mayoría de materiales puzolánicos descritos aquí son subproductos de
procesos industriales o agrícolas, que son producidos en grandes cantidades,
constituyendo un problema de desperdicio, si permanecen sin utilizar. Incluso si
no hubiera otros beneficios, sólo este aspecto justificaría un incremento del
empleo de estos materiales.
Comparado con la producción y empleo del cemento Pórtland, estos materiales
contribuyen a ahorrar costos y energías, ayudan a reducir la contaminación
ambiental y, en la mayoría de los casos, mejoran la calidad del producto final.
En Perú las adiciones puzolánicas se incorporan desde hace más de una
década. En la década pasada significaron aproximadamente algo más del 20%
de los despachos de cemento. En 1966 y 1967 se fabricó cemento Pórtland
de escorias.
Las adiciones de cemento aportan mejoras en la durabilidad, en
comportamientos específicos. Su aporte a la resistencia sólo se verifica
después de los 60 días.
En los EE.UU. los cementos puzolánicos representan el 1.2% de la producción
de cemento.
En los EE.UU. Se inició la aplicación de las puzolanas naturales en el
concreto, en presas y obras hidráulicas producidas por el Bureau Reclataion en
los años 30, incorporando porcentajes del 20% introdujo como puzolan:
Las cenizas volantes producidas al quemar carbón en las centrales
hidroeléctricas, favorecida por la introducción de nuevas tecnologías con
ocasión de la crisis del petróleo en los años 70.
De los 50 millones de toneladas producidos en los EE.UU. de 10 a 12% es
utilizado en la producción de concreto. El 90% de las plantas de premezclado y
el 50% del concreto utilizan cenizas volantes.
Las escorias se utilizan en morteros en Europa desde hace 200 años y se
incorporan en el cemento desde hace 100 años. En Alemania desde 1892 y en
EE.UU. desde 1896 mayoritariamente en la producción del concreto.
2.1. Breve Historia De Las Puzolanas
Los griegos y romanos, primeros en conocer “La Cal” con sus propiedades
cementicias le agregaron materiales naturales que estaban a su alcance,
quizás con el objeto de que participasen como áridos (inertes), y como es
sabido el suelo donde florecieron estas civilizaciones tiene una importante
cobertura de material piro clástico, obteniendo morteros de alta resistencia y
mayor durabilidad lo que llevo a que el uso de estos aditivos volcánicos se
generalizara, éstos se encontraban principalmente en la localidad de Puzzuoli
de donde derivan su nombre.
Las puzolanas forman parte de los cementantes de estructuras antiguas en
Egipto, Grecia y Roma. Existen evidencias que muestran su uso en el período
de 3000 a 1500 A.C. Los antiguos ingenieros encontraron que el uso de polvo
fino de un material natural o molido, podía ser utilizado para hacer cemento, y
consecuentemente construcciones de muy alta calidad.
3.1Definición:
El código ASTM (1992), en la definición 618-78, define: "las puzolanas son
materiales silíceos o alumino-silíceos quienes por sí solos poseen poco o
ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en
presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a
temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes"
4.1TIPOS :
A.POR SU ORIGEN:
A.1.-Puzolanas Naturales: Son rocas volcánicas, en las que el constituyente
amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava (material ígneo
extrusivo). Por ejemplo las cenizas volcánicas, las pómez, las tobas, la escoria y
obsidiana, las cuales detallaremos a continuación:
A.1.1.Cenizas volcánicas:
Se forman por erupciones de carácter explosivo, en pequeñas partículas que
son templadas a temperatura ambiente, originando la formación del estado
vítreo.
La primera puzolana natural empleada en construcciones fue la ceniza
volcánica del Monte Vesubio (Italia), encontrada cerca de la ciudad
Pozzuoli, que le dio el nombre.
Aunque los compuestos químicos son similares, el material vidrioso
formado por el lanzamiento violento de la magna fundida en la atmósfera
es más reactiva con la cal, que la ceniza volcánica formada por
erupciones menos violentas.
La generación de puzolanas naturales adecuadas está, por lo tanto,
limitada a solo a algunas regiones del mundo.
Las buenas puzolanas a menudo se encuentran como cenizas finas,
pero también en forma de grandes partículas o tufos (ceniza volcánica
solidificada), que deben ser triturados para emplearse como puzolana.
Sin embargo, la calidad de dichas puzolanas puede variar grandemente,
incluso dentro de un mismo depósito.
Las puzolanas naturales son empleadas igual que las puzolanas
artificiales
A.1.2.Tufos o tobas volcánicas (zeolitas):
Producto de la acción hidrotermal sobre las cenizas volcánicas y de su
posterior cementación diagenética.
A.1.3.Tierras de diatomeas (diatomitas):
Puzolanas de origen orgánico. Depósitos de caparazones silíceos de
microscópicas algas acuáticas unicelulares (diatomeas).
A.2.-Puzolanas Artificiales: Son materiales que deben su condición
puzolánica a un tratamiento térmico adecuado. Dentro de esta denominación
se incluyen los subproductos de determinadas operaciones industriales; tales
como, residuos de bauxita, polvos de chimeneas de altos hornos, cenizas
volantes, etc.
Las de mayor peso en la actualidad, en el mundo, son las cenizas volantes en
función de las ventajas económicas y técnicas que ofrecen ya que es un
material de desecho y los cementos aumentan la trabajabilidad y disminuyen el
calor de hidratación porque son muy buenas puzolanas.
Mineralógicamente las cenizas volantes se componen de:
Sílico-aluminatos vítreos
_ Compuestos cristalinos de Fe, Na, K y Mg entre otros
_ Carbón no quemado
La reactividad de las cenizas volantes como puzolanas depende del tipo y
origen del carbón, composición química y mineralógica de éste, del contenido
de fase vítrea después de quemado y de la granulometría principalmente; así
mismo ocurre casi en la mayoría de puzolanas artificiales que detallaremos a
continuación:
A.2.1.Arcilla Cocida
Cuando los suelos arcillosos son horneados, las moléculas de agua se liberan,
formando un material cuasi-amorfo reactivo con la cal. Esto también es cierto
para los esquistos y suelos lateríticos y bauxíticos.
Tal hecho fue descubierto en la antigüedad y las primeras puzolanas
artificiales fueron hechas de piezas de alfarería molidas, una tecnología
tradicional que aún es ampliamente practicada en el subcontinente de la
India, Indonesia y Egipto, empleando ladrillos poco cocidos o
defectuoso. (En India se le llama «surkhi», en Indonesia «semen merah»
y en Egipto «homra»).
Alternativamente, tal como se informó en un proyecto de la India, los
suelos que contienen muy poca arcilla y demasiada arena para fabricar
ladrillos, se cortan y se extraen en bloques formando pozos circulares.
Luego los bloques son regresados a los pozos, junto con capas alternas
de leña. El residuo obtenido al quemarlo es muy desmenusable y no
necesita pulverización. Este se empleo como mortero para mampostería
sólo añadiéndolo en la pasta de cal y mezclándolo, sin arena ni
cemento.
Una técnica similar procede de Java, Indonesia, en donde los bloques
de arcilla son quemados en un horno tradicional, desintegrados,
cribados y empleados con cal y arena y a veces también con cemento.
La calidad de estos métodos tradicionales son muy variables, pero se
han desarrollado mejores métodos de calcinación para producir
puzolanas de mayor calidad y uniformidad.
• La ilustración muestra un horno de eje vertical (después de Thatte y
Patel) desarrollado en la India. La alimentación consta de una mezcla de
terrones de arcilla de 50 a 100 Mm. de tamaño y residuos de carbón de
piedra (48% de ceniza, 31% de carbón estable, y 20% de volátiles). La
calcinación se realiza ha 700°C durante tres horas, siendo la
temperatura regulada por termopares y controlada por un ventilador de
aire y el ingreso de la alimentación. La capacidad es de 10 toneladas por
día. La National Buildings Organization, Nueva Delhi, desarrollo el
proceso de lecho licuado, por la arcilla alimentada es calcinada en pocos
minutos, obteniendo así grandes rendimientos en un proceso continuo.
ILUSTRACIÓN
A.2.2.Microsílice :
Es un subproducto que se origina en la reducción de cuarzo de elevada pureza
con carbón de hornos eléctricos de arco, para la producción de silicio y
aleaciones de ferrosilicio.
Está constituido por partículas esféricas muy finas con un elevado contenido
de sílice amorfa.
A.2.3.Ceniza de Combustible Pulverizado (Ceniza Volante)
Subproducto de centrales termoeléctricas que utilizan carbón pulverizado como
combustible. Básicamente es un polvo fino constituido esencialmente de
partículas esféricas.
Comparando los procesos de producción de ceniza de combustible
pulverizado, más conocida como ceniza volante, y de cemento Pórtland,
ordinario, queda claro por que razón la ceniza volante puede emplearse
como sustituto parcial de éste último.
El carbón de piedra finamente molido es inyectado a gran velocidad con
un chorro de aire caliente (aproximadamente. 1500°C) en un horno en
las estaciones de generación de electricidad. El contenido carbónico se
quema instantáneamente, y la materia restante (que comprende sílice,
alúmina y oxido de hierro) se funde en suspensión, formando finas
partículas esféricas por el rápido enfriamiento mientras son llevados por
los gases de combustión.
En la producción de cemento Pórtland, la piedra caliza y la arcilla,
finamente molidas y mezcladas, son alimentadas en un horno giratorio
inclinado, en el cual se forma clinker a 1400°C. El clinker enfriado se
muele finamente y se mezcla con yeso para producir cemento Pórtland.
Dependiendo del tipo de carbón de piedra, la ceniza de combustible
pulverizado contiene diversas proporciones de cal, la ceniza volante de
poca cal es puzolánica y la ceniza volante con mucha cal tiene
propiedades cementosas en si misma Igual que en otras puzolanas, la
cal liberada por la hidratación del cemento Pórtland se combina con la
ceniza volante para actuar como un material cementoso.
Las partículas esféricas, huecas, vidriosas de ceniza volante tienen la
misma finura que el cemento Pórtland, por lo que no es necesaria una
mayor molida. La adición de ceniza volante genera un concreto fresco
más trabajable (probablemente debido al efecto de cojinete de bolas de
las partículas esféricas) y homogéneo (dispersando el cemento y
distribuyendo uniformemente el agua).
Otras ventajas de emplear la Ceniza volante son:
Con el incremento del tiempo, se desarrollan mayores resistencias que
el concreto sin ceniza volante.
La ceniza de combustible pulverizado no influye negativamente el
comportamiento estructural de las piezas de concreto.
Comparada con el concreto de Cemento Pórtland, el concreto con
ceniza de combustible pulverizado es más liviano, menos permeable
(debido a su compactación más densa) y con un mejor acabado.
El concreto con ceniza de combustible pulverizado es además más
resistente al ataque del sulfato y a la reacción silice-álcali.
Los concretos en los cuales se reemplaza entre 35 a 50% del paso de
Cemento Pórtland por ceniza de combustible pulverizado han mostrado
comportamientos satisfactorios.
Los áridos derivados de la ceniza volátil muestran una excelente
adhesión en concretos de ceniza de combustible pulverizado,
contribuyendo favorablemente a su comportamiento y durabilidad.
A continuación ilustraremos sutilmente, lo que queremos dar a entender:
Concreto de Cemento Pórtland Ordinario Fresco
Dispersión de los Granos de Cemento Añadiendo Ceniza de Combustible
Pulverizado
La Norma ASTM C 618 define dos clases de cenizas volantes:
Clase F: Producidas por la calcinación de carbón antracítico o
bituminoso. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas.
Clase C: Producidas por la calcinación de carbón sub-bituminoso o
lignito. Esta clase de cenizas, además de tener propiedades puzolánicas,
también tienen propiedades cementicias.
Escoria de Fundición: Proviene principalmente de la fundición de aleaciones
ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas
para lograr que adquieran una estructura amorfa, así mismo tenemos que:
La Escoria de alto horno es un material fundido que se asienta sobre el
lingote de arrabio en la parte inferior del horno. Esta es producida por los
diversos componentes en el horno cuando se llega a los 1400° a
1600°C.
• Un enfriamiento lento de la escoria genera un material cristalino, empleado
como árido Un rápido enfriamiento con aire o agua bajo presión forma pelotillas
vidriosas (escoria expendida > 4 mm., adecuado con árido ligero) y gránulos
menores de 4 mm., que poseen propiedades hidráulicas cuando se muelen
finamente.
• La escoria triturada se mezcla con Cemento Pórtland para producir cemento
Pórtland, de alto horno, en el que el contenido de escoria puede llegar al 80%.
Sin embargo, ya que la escoria triturada es más lento para reaccionar que el
cemento Pórtland, la reactividad se reduce a mayor porcentaje de escoria.
• Aunque la resistencia temprana de los concretos de Escoria triturada
generalmente es menor que de los concretos de Cemento Pórtland, es
probable que la resistencia final sea mayor. La más lenta reactividad del la
Escoria triturada genera menos calor y puede ser ventajoso en donde el
agrietamiento térmico es un problema.
• Además de hacer más trabajable el concreto fresco, la Escoria de alto horno
triturada tiene gran resistencia al ataque químico y su capacidad de proteger el
refuerzo de acero la hace adecuada para emplear en concretos reforzados y
pretensado.
A continuación ilustraremos de manera especifica el proceso de obtención o
fabricación de este tipo de puzolana:
ILUSTRACIÓN:
A.2.4.Ceniza de Cáscara de Arroz (CCA)
De acuerdo a la investigación realizada la ceniza de cáscara de arroz puede
remplazar al cemento, pero para ello, se someten de procesos de incineración
controlada a temperatura comprendidas entre 500 a 700ºC logrando así
cenizas altamente puzolánicas, como material cementante suplementario tiene
un factor de eficiencia de 3 a 4 cuando es usado en pequeños porcentajes
como remplazante del cemento. Por ejemplo: un kilogramo de CCA, puede
remplazar 3 a 4 kg. De cemento en el concreto resultando concretos que tiene
la misma resistencia a la compresión a los cuatro a veintiocho días, así mismo
podemos decir que:
La combustión de los residuos agrícolas elimina la materia orgánica y,
en la mayoría de los casos, produce una ceniza rica en sílice. De los
residuos agrícolas comunes, las cáscaras de arroz producen la ceniza
de mayor cantidad (también llamado horno Paddy) - alrededor del 20%
del peso - que también tiene el mayor contenido de sílice - alrededor del
93% del peso. Es su gran contenido de sílice lo que le da a la ceniza sus
propiedades puzolánicas.
Sin embargo, sólo la sílice amorfa (no cristalino) posee estas
propiedades, es por esta razón que la temperatura y duración de la
combustión son importantes en la producción de la ceniza de cáscara de
arroz (RHA). La sílice amorfa se obtiene quemando la ceniza a una
temperatura menor de 700°C. Una combustión sin control de las
cáscaras de arroz, ejemplo: cuando son usadas como combustible o
quemada en un montón, generalmente a temperaturas mayores de
800°C, genera la cristalización de la sílice, que es menos reactiva.
El incinerador que se ilustra, desarrollado primero por el Pakistán
Council of Scientific and Industrial Research (PCSIR) y mejorado por el
Cement Research Institute de la India (CRI), es fabricado con ladrillos
con muchas aberturas para permitir un buen flujo de aire a la masa de
cáscara de arroz. La superficie interior es cubierta con una malla de
alambre fino calibre 16.
Las cáscaras son introducidas por la parte superior y la ceniza se retira
por la puerta de descarga inferior. Un pirómetro regula la temperatura,
que puede ser controlada tapando o abriendo los orificios, manteniendo
una temperatura de aproximadamente. 650°C por 2-3 horas.
La ceniza reactiva es de gris ocurra a blanca, dependiendo del carbón
residual en ella, que no tiene efecto negativo si es menor de 10%. Para
mejorar su reactividad, la ceniza es pulverizada en un molino de bolas
por aproximadamente una hora, o más si contiene sílice cristalina. La
ceniza puede reemplazar hasta 30% del cemento de un mortero o
concreto. Alternativamente, puede ser mezclada con 30 a 50% de cal
hidratada para ser empleada como cemento en morteros, enlucidos y
concreto en masa.
Figura
En otro proceso, la ceniza obtenida del quemado del montón o la de
producción del arroz PRE cocido se mezcla con 20 a 50% (del peso) de
cal hidratada. Esta es triturada durante seis o más horas en un molino
de bolas para producir ASHMOH, un aglomerante hidráulico adecuado
para obras de mampostería, cimientos y obras de concreto en general
diferentes al concreto armado. Una variación de éste es el ASHMENT,
en el cual se sustituye la cal por cemento Pórtland.
Figura
También se ha desarrollado un método que emplea lodo de cal, residual
obtenido de la refinación de azúcar. Este es secado y mezclado con una
cantidad igual (de peso) de cáscara de arroz triturada y algo de agua. Se
hacen trozos a mano del tamaño de pelotas de tenis y se secan bajo el
sol Estos son quemados sobre una parrilla en un horno abierto, para
producir un polvo blando, que se muele en un molino de bolas. El
aglomerante hidráulico es empleado de la misma manera que el
ASHMOH.
Una variante de este método utiliza suelo con un contenido mínimo de
arcilla de 20% en lugar de lodo de cal. El aglomerante resultante puede
emplearse como una mezcla de 30% con cemento Pórtland, para hacer
cemento Pórtland, puzolánico. Las pruebas han mostrado que la
puzolana es mejor si la arcilla es bauxitica.
En el National Building Research Institute, Karachi, Pakistan: La primera
casa de bajo costo para ser construida con cal y ceniza de cáscara de
arroz, reemplazando completamente el cemento en la producción de
bloques aligerados resistente a la carga, mortero y enlucido. El 30% del
cemento Pórtland, de los dinteles de concreto prefabricados y de las
viguetas de techo fue reemplazado por ceniza de cáscara de arroz
La casa
CLASIFICACIÓN (Norma ASTM C 618):
Según esta norma las puzolanas se clasifican en:
Clase N: Puzolanas naturales crudas o calcinadas, tal como las diatomitas;
tufos y cenizas volcánicas, calcinadas o sin calcinar; y materiales que
requieren de calcinación para inducir propiedades satisfactorias.
Clase F: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón antracítico o
bituminoso. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas.
Clase C: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón sub-bituminoso
o lignito. Esta clase de ceniza, además de tener propiedades puzolánicas,
también tiene propiedades cementicias.
Requisitos Químicos
Composición
Química
Clases de Adición de Mineral
N F C
Dióxido de silicio +
óxido de aluminio +
óxido de fierro, mín.
%
Trióxido de azufre
(SO3), máx., %
Contenido de
humedad, máx., %
Pérdida por
calcinación, máx., %
70 70 50
4 5 5
Contenido de
humedad, máx., %
Pérdida por
calcinación, máx., %
3 3 3
10 6 6
Se puede emplear puzolana de Clase F con contenidos de hasta 12 % de
pérdida por calcinación si cuenta con registros de performance o resultados de
ensayos de laboratorio aceptables.
PRINCIPALES PROPIEDADES SOBRE LOS MATERIALES PUZOLÁNICOS Y CEMENTANTES
ESCORIAS GRANULADAS
Algunas escorias granuladas de alto horno molidas y también algunas
cenizas volantes, exhiben propiedades tanto puzolánicas como cementantes.
Las cenizas volantes con un alto contenido de oxido de calcio
aproximadamente 15 a 30% en peso son predominantes en esta
clasificación. Al exponerse al agua, muchas de estas cenizas se hidratan y endurecen en menos de 45 minutos.
USO DE LA ESCORIA GRANULADA Y LA CENIZA VOLANTE
La practica de utilizar cenizas volantes y escorias granulas de alto horno
molidas en las mezclas de concreto de cemento Pórtland, ha ido aumentando
en los últimos años en los estados unidos. Una de las principales
razones de este incremento es el interés en la conservación de la
energía así como la reducción en el costo del concreto que se obtiene al emplearse cenizas o escorias para remplazar parcialmente al cemento.
CENIZA VOLANTE
La ceniza volante consiste principalmente de silicatos vítreos que
contiene sílice, alumina, hierro y calcio. Otros componentes menores
son el magnesio, azufre, sodio, el potasio, y el carbono. También se encuentra presente una pequeña
cantidad de compuestos cristalinos. La densidad de la ceniza volante
generalmente se encuentra dentro del rango 2.2 a 2.8 y su color es gris o
beige.
HUMO DE SILICE
El humo de sílice, al que también se le conoce como micro sílice o humo de sílice condensado, es otro material
que se emplea como aditivo puzolanico. Este producto en forma de polvo de color gris claro a oscuro o en
ocasiones gris azulado verdoso, es resultado de la reducción del cuarzo muy puro con carbón mineral en un horno de arco eléctrico durante la
manufactura del silicio o de aleaciones de ferrosilicio. El humo del sílice asciende como vapor oxidado de
HUMO DE SILICE
hornos a 2000ºC. Se enfría, se condensa y se recolecta en enormes
bolsas de tela. Entonces se le procesa para retirarles las impurezas y para controlar su tamaño de partículas.
El humo de sílice condensado esencialmente consiste en dióxido de
sílice (mas de 90%) en forma no cristalina. Puesto a que es un material
susceptible de ser conducido por el aire como ceniza volante, tiene forma esférica extremadamente fina, con
partículas con diámetros menores de una micra y con un diámetro promedio aproximadamente 0.1 micra, casi 100
veces menor que las partículas promedio del cemento.
PRODUCCIÓN DE CEMENTO PÓRTLAND
Es un cemento que se produce a partir de mezclas íntimamente y moler hasta
fino polvo una mezcla de hidrato de cal y puzolana, con una proporción promedio de 70%, de puzolanas y
30% de cal.El material producido requiere tener una finura similar a la del cemento Pórtland ordinario (250-300 m2/Kg.
ensayo Blaine)PRODUCCIÓN DE CEMENTO CPPP
(cemento Pórtland puzolanico)Según la norma CMT 2-01-02-001/02
resulta de la molienda conjunta del clinker Pórtland, sulfato de calcio y
puzolana.
USO DE LAS PUZOLANAS EN LA CONSTRUCCION
El primer criterio que apoyo la producción de cementos puzolánicos fue el
corregir el cemento Pórtland tipo I y II fijando la cal libre, generada durante la
formación de silicatos bi y triclacicos, la cual es inestable a Ph menores de 12,
para formar compuestos estables que no son vulnerables a la acción lixiviante
de las aguas acidas. Pero adicionalmente estos materiales tiene otros efectos
sobre el cemento y el concreto.
¿Por Que Se Deben Usar Las Puzolanas?
NUEVE RAZONES QUE DEMUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LAS PUZOLANAS EN LA CONSTRUCCIÓN.
1.- Reemplazan una buena porción del cemento Pórtland del 20 al 40 %
Gracias a esto disminuyen los costos de producción porque esta adicción
es mucho más barata que el clinker y más económica de moler.
2.- reduce el calor generado durante la hidratación
Pues esta es una reacción bastante exotérmica.
3.- Evitan el agrietamiento del concreto
Esto se da por la acción expansiva de la cal al hidratarse y propensa a
secarse.4.- Rebajan en cierto porcentaje los aluminatos que son inestables en
medios sulfatados y absorben álcalis
Estos elementos normalmente entran a reaccionar de manera perjudicial con
los agregados del concreto.5.-Como aditivos son de vital
importancia dentro de la industria del cemento
Intervienen en la calidad del producto final, aumentan la eficiencia del
proceso de fabricación y reducen los costos de producción.
6.-El calor generado por la mezcla Cemento Puzolana es menor que el generado por el mismo peso de solo
cemento:
Esto incide en la durabilidad del concreto dado a que se disminuyen las tensiones generadas en la dilato-
contracción térmica.7.- Permiten el diseño de mezclas de
concretos mas impermeables:Para concretos cuyo periodo de
deterioro por el lixiviado de la cal libre se reduce.
8.- Algunas aportan resistencia al concreto contra el ataque de aguas de
mar, sulfatadas, acidas o que contengan dióxido de carbono en
solución:
Por tanto disminuyen la expansión resultante de la relación de los
agregados alcalinos.
9.-No disminuyen la resistencia de los concretos.
Si son adicionas en los porcentajes establecidos. (20-40%)
En conclusión tenemos que las puzolanas en el concreto: Beneficia la durabilidad en aumento en la impermeabilidad. Aumenta la resistencia al ataque de los sulfatos. Aumenta la trabajabilidad. Aumenta la resistencia mecánica a edades avanzadas. Reduce la relación álcali-agregado y por tanto, todo esto redunda en un
beneficio económico al disminuir el consumo de cemento Pórtland para la misma resistencia mecánica, por lo mismo, ahorrando energía y produciendo menores emisiones de CO2 a la atmósfera.
PRESENTACIÓN EN EL MERCADO.Podemos afirmar que no existen marcas propiamente dichas o registradas para su venta, esta se realiza, principalmente en los departamentos de Lima y Arequipa.
CONSECUENCIAS DE LA UTILIZACIÓN DE PUZOLANAS EN LOS CONCRETOS FRESCOS Y CONCRETOS ENDURECIDOS
A.-EFECTOS SOBRE EL CONCRETO FRESCOA.1Requerimientos de agua.
Las mezclas de concreto que contienen cenizas volantes o escorias
granuladas de alto horno molidas, casi siempre requieren menos agua
(aproximadamente de 1 a 10 %) para obtener un cierto revenimiento que
los concretos que solo contienen cemento Pórtland.
Los concretos con humo de sílice requieren de más agua para obtener
un revenimiento dado, a menos que se emplee un reductor de agua o un
súper plastificante. Algunas mezclas pobres no experimentan aumentos
en la demanda de agua cuando se tiene presente solamente una
pequeña cantidad de humo de sílice.
Las inclusiones de escoria molida, ceniza volante, y humo de sílice en
concretos sin aire incluido generalmente reducen la cantidad de aire
atrapado. La ceniza volante y el humo de silice normalmente muestran
un mayor efecto en esta reducción que la escoria molida.
A.2Trabajabilidad.
La ceniza volante, la escoria molida, y muchos materiales inertes
generalmente mejoran la trabajabilidad de los concretos de igual
resistencia y revenimiento. El humo de sílice podría reducir la
trabajabilidad; por eso normalmente se agregan reductores de agua de
alto rango a los concretos con humo de sílice para mantener la
trabajabilidad.
A.3Segregación y sangrado.
Los concretos en los que se emplea ceniza volante o humo de silice por
lo general muestran menos segregación y sangrado que los concretos
simples. Este efecto hace a la ceniza volante particularmente valiosa en
los concretos fabricados con agregados que presentan deficiencias en
su contenido de finos.
Los concretos que utilizan ciertas escorias granulares de alto horno
molidas, tienden a presentar sangrados ligeramente mayores que los
concretos sin aditivo. Las escorias no tienen efectos adversos en lo
referente a la segregación.
A.4.Calor de hidratación.
El uso de cenizas volantes y de escorias molidas reduce la cantidad de
calor que se forma en una estructura de concreto debido a su menor
calor de hidratación. Algunas puzolanas tienen un calor de hidratación
del orden del 40% del presentado por el cemento. Esta reducción en el
aumento de la temperatura resulta especialmente benéfico en los
concretos usados en estructuras masivas.
A.5.Tiempo de fraguado.
El uso de cenizas volantes, puzolanas naturales y escorias granuladas
de alto horno molidas generalmente provoca retardos en el tiempo de
fraguado del concreto. Por ejemplo, en un estudio, la ceniza volante
provoco que el fraguado inicial se retardara de 10 a 55 min. y que el
fraguado final se retardara de 50 a 130 minutos; la mezcla contenía 230
Kg. de cemento tipo 1 y 76 Kg. de ceniza volante, en tanto que la mezcla
testigo contenía 306 Kg. de cemento por metro cúbico y nada de ceniza
volante.
El grado de retardo en el fraguado depende de los factores tales como la
cantidad de cemento Pórtland, el requisito de agua, el tipo del material
finamente dividido, y la temperatura del concreto. El tiempo de fraguado
aumenta con las cenizas volantes que hacen aumentar los requisitos de
agua
A.6.Proporcionamiento.
Los aditivos minerales finamente divididos se agregan al concreto como
una adición o para sustituir parcialmente al cemento en el concreto o
bien como una combinación de adición y sustitución.
El empleo de estos aditivos como sustitutos de cemento puede reducir
sustancialmente las resistencias del concreto a edad temprana y a 28
días si se proporcionan rígidamente como un reemplazo del cemento
más que como una combinación.
La ceniza volante, cuando se emplea, consiste generalmente del 15 al
20% del peso del cemento más puzolana.
La escoria de alto horno granulada molida, cuando se emplea en
concretos, normalmente constituye un promedio de aproximadamente
40% del material cementante en la mezcla.
El humo de sílice, ha sido empleado como reemplazo parcial del
cemento o como adición al cemento en cantidades que varían entre el 5
y 10% y hasta llegar al 30% en peso del material cementante total.
B. EFECTOS EN EL CONCRETO ENDURECIDO
B.1.Resistencia.
La ceniza volante, la escoria granulada de alto horno molida, el humo de
sílice y otros aditivos minerales finamente divididos, contribuyen a la
adquisición de resistencia del concreto. Sin embargo, la velocidad en la
adquisición de resistencia de un concreto que contenga estos aditivos,
variará con frecuencia respecto de la de un concreto que emplee
exclusivamente cemento Pórtland como material cementante.
La resistencia a la tensión, a la flexión y a la torsión se ve afectada de
igual manera que la resistencia a la compresión. Debido a la menor
velocidad de hidratación cuando se emplean algunos de estos aditivos,
la adquisición de resistencia a edades tempranas puede ser menor que
la de un concreto comparable sin el aditivo, especialmente si las
temperaturas de curado son bajas.
Debido a la lenta reacción puzolánica de algunos aditivos minerales,
puede llegar a ser necesario un periodo de curado húmedo continuo con
temperaturas de curado favorables mayor del que normalmente se
requiere. El humo de sílice contribuye al desarrollo de resistencia
especialmente entre los 3 y los 28 días, tiempo durante el cual un
concreto con humo de sílice rebasa la resistencia del testigo. El humo de
sílice también contribuye a la adquisición de resistencia a edad
temprana de los concretos con ceniza volante.
Los aditivos minerales son a menudo esenciales para producir concretos
de alta resistencia. Se han utilizado cenizas volantes especialmente en
la producción de concreto de alta resistencia de entre 400 y 1000 Kg.
/cm2. Con el humo de sílice, los productores de concreto premezclado
tienen la capacidad de producir concretos con resistencia de 1400 Kg.
/cm2 o mas si se hace uso de agregados adecuados y de un aditivo
reductor de agua de alto rango.
B.2.Permeabilidad y absorción.
Si se cuenta con un curado adecuado, las cenizas volantes y las
escorias de alto horno generalmente reducen la permeabilidad del
concreto aun cuando el contenido de cemento sea relativamente bajo; a
este respecto, el humo de sílice es especialmente efectivo.
Las pruebas nos indican que la permeabilidad del concreto disminuye
conforme aumentan la cantidad de material cementante hidratado y
disminuye la relación agua cemento. La absorción de un concreto con
ceniza volante casi es la misma de un concreto sin ceniza, aunque
algunas cenizas pueden reducir la absorción en un 20 % o mas.
B.3.Color del concreto.
Algunos materiales finamente divididos pueden colorear ligeramente al
concreto endurecido. Estos efectos se relacionan con el color y la
cantidad de aditivo empleado en el concreto. Muchos aditivos minerales
se parecen al cemento y por lo tanto tienen poco efecto en el color.
Algunos humos de sílice pueden dar al concreto un tinte ligeramente
azulado o gris oscuro, y la ceniza volante oscura puede impartir un color
oscuro al concreto cuando se utiliza en grandes cantidades.
ANEXOS
Anexo Nº01:
UTILIZACION DE LA CENIZA DE CASACARA DE ARROZ EN LA FABRICACION DE LADRILLOS Y MORTEROS
UNPRG-FICSA: Tesis para ingeniero civil- 1997Wilmer Córdova López y Segundo Romero Mera
A. DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALES: La ceniza de cáscara de arroz su disposición se hizo en dos formas: la primera consistió en transportar cáscara de arroz en sacos y depositarla en pozas construidas de ladrillo la cual debía de estar limpia para luego proceder a su combustión completa, pero este proceso fue desechado debido a que para lograr su combustión total se requería mucho tiempo, a demás se requería un gran volumen de cáscara de arroz para obtener lo estimado en el proyecto, la segunda consistió en ubicar un molino en donde se halla quemado cáscara de arroz, este criterio fue optado, se envaso la ceniza en sacos y se transporto hasta la universidad.
B. CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ_: La región del país se ha caracterizado por ser una zona de productores de arroz, contribuyendo con la mayor producción y cubriendo gran parte de los demás. Lambayeque a sobresalido hasta la década de 90, hoy en la actualidad de manera relativa; estando su producción hasta ese entonces por encima de los demás departamentos que confirmaban la Ex –RENON.
La ceniza, producto de la combustión completa de la cáscara de arroz, es considerada como una puzolana artificial, que se une al cemento ya sea como aditivo o reemplazante, sus aplicaciones son limitadas en nuestro medio.
C. EVALUACIÓN DE PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LA CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ:
1.1.-GRANULOMETRIA: El ensayo fue basado en las normas ITINTEC, que al igual en los agregados fue el siguiente:MATERIALES: muestra de 150g. (Las normas especifican 500g. como mínimo) no se toma esta muestra por que representa demasiado volumen.1.2.-EQUIPOS: básicamente se utilizaron los siguientes equipos:
Balanzas con 0.1g. de aproximación Tamices.
1.3.-PROCEDIMIENTO: - Colocar los tamices en forma creciente desde Nº200 hasta la Nº04- Colocar el material a tamizarse en la malla superior y asegurarla.- El tamizado se hace manualmente.- Resultados: Los resultados del tamizado se expresa indicando el
porcentaje retenido por cada tamiz referido al total de la muestra, los porcentajes se redondean en números enteros, excepto los correspondientes al tamiz Nº200, se da como aproximación de 0.1%.
MALLAPESO
RETENIDO%
RETENIDO%RETENIDO ACUMULADO
%QUE PASA
Nº04 0 0 0 100Nº08 0 0 0 100Nº16 3,6 2 2 98Nº30 59,5 40 42 58Nº50 55,5 37 79 21
Nº100 21,1 14 93 7Nº200 7,8 5 98 2Platillo 2,3 2 100 0TOTAL: 149,80g. Peso de muestra: 150g.
MF=2+42+79+93 =2.16, este es un indicador de valor lubricante del 100 material, estando en relación inversa con este, es decir a mayor MF menor será la Relación lubricante del material.
1. Peso de muestra: 50g.P.E = 2.Volumen de agua en probeta: 500g 3. Volumen desalojado: 25 cm.
Densidad = P.E = 50/25 = 2g/cm3
1.4. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO1. Peso del molde: 5502.50g2. Volumen del molde: 947.23 cm33. Peso molde más ceniza: 5745.50g.4. peso de la ceniza: 243.00g.5. Peso del volumen compactado: (4)/ (2) = 0.256 g/cm3 = 256 Kg. /cm3
1.5. SALINIDAD O SOLUBILIDAD: es la cantidad de sales que posee el material.Material: Utilizamos los siguientes materiales- Muestra de ceniza - Capsula de losa - Espátula- Agua destilada. - Papel filtro Nº 432- Vaso pirex (100ml.) - Probeta de vidrio (250 ml.)Procedimiento: De la muestra se pesa 50g. y se vierte dentro de la capsulaEn la probeta se mide 100 cm3 y se añaden los 50g. que se hallan en la capsula.Mezclar con ayuda de la espátula uniformemente.El filtrado se recibe en el baso pirex y se pesa el conjunto.Levar al horno y dejar 24 horas a Tº de 105ºCSe seca el pirex, dejar enfriar y luego pesar el pirex mas sol o sustancias solubles.
% solubilidad = Peso de muestra soluble. (Sin pirex) x 100 Peso del filtrado
Resultado:Peso pirex……………………………. 20.90 g.Peso pirex + S. Soluble + Agua……… 57.65 g.Peso pirex + S. Soluble…………….....21.00 g.Peso S. Soluble………………………..0.10g.Peso de agua…………………………. 36.65g
La norma especifica que no debe de ser Mayor 0.3% de cenizas respecto al Peso del Cemento.
D.Morteros Para Asentar Bloques: Se denomina “mezcla I” a la disposición patrón 1:5 (Cemento: Agregado Grueso) en volumen y derivables según el porcentaje de ceniza respecto al peso del cemento.
Cuadro: relación de mezcla para juntas de albañilería.
NOMENCLATURA PROPORCION%
CENIZA MSTERIALESI
1:05
0
CEMENTO : A.G.
IA 10IB 20IC 30ID 40IE 50
Como Morteros Para Revoques: Se denomina “mezcla AyB” a las dosificaciones 1:4 y 1:5 (cemento: agregado fino) y derivables según su porcentaje de ceniza respecto al peo del cemento como adición a las mezclas mencionadas.
Cuadro: Relación De Mezclas Para Revoques En Muros
MURO NOMENCLATURA PROPORCION% CENIZAS MATERIAL
EXTERIOR
A
1:04
0
CEMENTO :
A1 10A3 30A5 50A6 60
INTERIOR
B
1:05
0
AGREGADO FINO
B1 10B3 30B5 50B6 60
%Solubilidad = (4)/ (5) x 100 = 0.027 %
E. DESCRIPCIÓN: La ceniza de cáscara de arroz se utiliza como un insumo inerte en la preparación de un concreto liviano que se utilizan para elaborar bloques macizos para muros y morteros.
F. CARACTERISTICAS: la ceniza d cáscara de arroz tiene por composición química, según el ACI:
Sílice no reactiva 90 al 95 %Álcalis ( k2o y na2o) 1 al 2 %
Materia orgánica 3 a 18 % Su estructura esta compuesta por partículas suaves al contacto fácil de reducir al polvo.Su textura es cenicienta y su forma es laminar en las partículas mas grandes y redondas en las partículas mas finas.Su color varía de blanco a marrón, así como de gris claro a negro.
G. LA CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ COMO PUZOLANA
Puede reemplazar al cemento, pero para ello, se someten a procesos de incineración controlada a Tº comprendida entre 500 a 700ºC logrando así ceniza altamente puzolanica, como material cementante suplementario tiene un factor de eficiencia de 3 a 4 cuando es usado en pequeños porcentajes como reemplazantes de cemento. Por ejemplo. 1Kg. De cemento en el concreto da como resultados concretos que tiene la misma resistencia a la compresión a los 7 y 28 días.
Anexo Nº02