diseño y propiedades de hormigones de alto desempeño

Páginas: 41 - 51
RevistaRevista
de la Construcción.
de la Construcción.
Vol. 3 Nº
Vol.
2 -32004
Nº 2
DISEÑO Y PROPIEDADES DE HORMIGONES DE ALTO DESEMPEÑO
ELABORADOS CON CEMENTO MEZCLA
DESIGN AND PROPERTIES OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE
ELABORATED WITH BLENDED CEMENT
Autores: V.L. Bonavetti, O. Cabrera, H. Donza, G. Menéndez, M. Trezza, E. F. Irassar
Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires
(B7400JWI) - Olavarría - Argentina - FAX 02284 - 451055
email: lem@fio.unicen.edu.ar
Fecha de recepción : 10/06/2004
Fecha de aceptación : 02/08/2004
RESUMEN
El aumento en la producción de hormigones de alto desempeño y el uso de los cementos mezcla, requiere
implementar diferentes técnicas de diseño de mezcla,
como son: la optimización granulométrica de agregados
mediante modelos de empaquetamiento, la predicción de
la resistencia óptima a partir de las curvas de isorrespuestas y el comportamiento del conjunto cemento mezclaaditivo a través del ensayo del cono de Marsh para una
relación agua/cemento establecida.
El presente trabajo analiza el comportamiento de hormigones de alto desempeño elaborados con cemento con la
incorporación de escoria granulada de alto horno y/o material calcáreo, a partir de la optimización de cada uno de
sus componentes. Los resultados obtenidos indican que,
la incorporación de escoria de alto horno al cemento
portland con material calcáreo incrementa el tiempo de
permanencia del asentamiento en estado fresco y la rigidez del hormigón endurecido. Además, la utilización de
adiciones con efectos complementarios (material calcáreo
y escoria de alto horno) permite obtener hormigones con
resistencias a compresión superiores a 65 MPa a los 28
días.
ABSTRACT
The increase of the production of high performance
concrete and the use of blended cements requires
to apply different techniques of mixture design such
as granulometric aggregates optimization through
packing models, the optimum strength prediction
from isoresponse curves and the cement-superplasticizer compatibility using a Marsh cone for a
given w/c ratio.
This paper analyses the behavior of HPC elaborated
with blended cement using granulated blast furnace
slag and calcareous materials trough the optimization of each compound. Results show that the
use of slag as replacement of portland cement with
calcareous materials, the elapsed time to slump
loss and the stiffness of hardened concrete. Therefore, the utilization of supplementary materials
(calcareous materials and granulated blast furnace
slag) permits to obtain concretes with compressive
strengths higher than 65 MPa at 28 days.
Keywords: Granulated blast furnace slag, calcareous materials, high performance concrete.
Palabras claves: Escoria granulada de alto horno, material calcáreo, hormigones de alto desempeño.
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INTRODUCCIÓN
El incremento en el contenido unitario de cemento y la
disminución de la relación agua/cemento del hormigón,
es una práctica usual debido a la creciente necesidad de
aumentar el nivel resistente y la durabilidad de las estructuras. Bajo esta situación, un volumen importante del cemento permanece sin hidratar, (a 150 días este parámetro
puede alcanzar al 30 % cuando la relación a/c es de 0.34)
(1), provocando un uso no racional del mismo. El empleo
de cementos con adiciones, produce una disminución en
el gasto energético en la fabricación, un menor consumo
de recursos no renovables y una menor emisión de dióxido
de carbono a la atmósfera, contribuyendo al cuidado del
medio ambiente.
Durante los años 90’ el uso de cementos fabricados con
clinker portland y dos adiciones suplementarias (cementos ternarios, compuestos o mezcla) se ha incrementado
como consecuencia de presentar más ventajas que algunos cementos binarios (2). En la práctica, cada vez es más
común el empleo de los cementos mezclas ternarios conteniendo combinaciones de ceniza volante, humo de sílice y/o escoria granulada de alto horno los cuales han sido
objeto de numerosos estudios (2-6).
A nivel mundial, diversas combinaciones de adiciones originan distintos tipos de cementos (binarios y ternarios)
que dependen de los recursos disponibles en cada uno de
los países. En Argentina y principalmente en el ámbito de
la Provincia de Buenos Aires, el material calcáreo y la escoria de alto horno son dos de los materiales más abundantes y económicos, siendo su incorporación al cemento en forma separada muy estudiada (1,7-11).
La adición de material calcáreo al clinker completa la fracción fina de la curva granulométrica del cemento sin incrementar la demanda de agua, mejorando el empaquetamiento del cemento y bloqueando los poros capilares
por obstrucción. Esta adición actúa durante la hidratación
del C3A formando carboaluminatos y retrasando o impidiendo la transformación de ettringita a monosulfoaluminato. Además las partículas de material calcáreo constituyen centros de nucleación de los cristales de hidróxido
de calcio a tempranas edades (12) acelerando la hidratación de los granos de clinker, especialmente el C3S
(13,14). Como consecuencia de esta interacción fisicoquímica el material calcáreo aumenta la resistencia temprana del cemento. Pero, como la incorporación de esta
adición no produce la formación de silicato de calcio
42
hidratado (CSH) (15) el reemplazo parcial de clinker por
esta adición reduce el volumen de productos de
hidratación con características cementantes y genera un
efecto de dilución en el cemento que puede ocasionar una
disminución de la resistencia a edades más avanzadas.
Por otra parte, la piedra caliza molida disminuye la exudación del hormigón (16), especialmente en aquellos con
bajo contenido de cemento, y produce una menor pérdida
de resistencia frente a un curado inadecuado (7).
En contraposición y con respecto a la durabilidad de este
cemento han sido reportados algunos problemas. Frente
a medios muy agresivos, con el aumento de material
calcáreo se incrementa la difusión de iones cloruros (8) y
disminuye la resistencia frente a los sulfatos (17). Los últimos estudios de resistencia a los sulfatos en los cementos con material calcáreo, han determinado que la presencia de carbonato de calcio puede favorecer la formación
de thaumasita. Este compuesto provoca la pérdida de coherencia del material y se produce luego de la formación
de ettringita y yeso constituyendo el último escalón del
ataque por sulfatos (18).
En cuanto a la adición de escoria granulada de alto horno
se ha encontrado que su principal producto de hidratación,
cuando se la mezcla con clinker portland y agua, es un
silicato de calcio hidratado (CSH), el cual posee características similares al compuesto resultante de la hidratación
de los silicatos de calcio del cemento portland (19). La
velocidad de hidratación de la escoria es inicialmente más
baja que la correspondiente al cemento portland, como
consecuencia el cemento portland conteniendo escoria
muestra una reducción de la resistencia a edades tempranas y una resistencia similar o más alta a edades más avanzadas (19). A edades avanzadas, el refinamiento de grano
y de poros que produce la escoria en la matriz cementante
contribuye a reducir la permeabilidad y la difusión de iones
cloruro (20), aumentando la durabilidad del hormigón.
De acuerdo a lo expuesto, la combinación de material
calcáreo y escoria granulada de alto horno en el cemento
ternario permite formular un cemento con adecuado desarrollo de resistencia debido a que el material calcáreo
contribuye con la resistencia a tempranas edades y la escoria lo hace a edades más avanzadas.
Pero, la incorporación de adiciones minerales con elevada finura puede afectar las propiedades del hormigón en
estado fresco y endurecido. En estado fresco, las proporciones de las mezclas, el requerimiento de agua para al-
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canzar una consistencia especificada, las características
del fraguado, la trabajabilidad incluyendo la cohesión y la
exudación y el calor de hidratación, son algunas de las
propiedades que pueden ser modificadas por las adiciones. En estado endurecido la velocidad de desarrollo de
resistencia, la permeabilidad, la capilaridad, la durabilidad
frente al ataque de sulfatos, la difusión de cloruros, la
carbonatación y la resistencia a la fisuración son
significativamente afectadas por la incorporación de materiales suplementarios al cemento.
Por otra parte, el incremento en la demanda de hormigones de alto desempeño y la aparición en el mercado de los
cementos mezcla, hace que sea necesario estudiar nuevamente la optimización granulométrica de agregados
mediante modelos de empaquetamiento (21), la predicción de la resistencia a partir de las curvas de
isorrespuestas (22) y el comportamiento del conjunto cemento mezcla/aditivo a través del ensayo del cono de
Marsh para una relación agua/cemento establecida (23).
La determinación de la relación cemento mezcla-aditivo
superfluidificante, determinada en función del punto de
saturación en el sistema agua-cemento mezcla-aditivo obtenido por el cono de Marsh, es un parámetro de suma
importancia para elaborar hormigones de alto desempeño. Con algunas combinaciones de cemento superplastificante, se han reportado varios inconvenientes, tales como: menor efecto fluidificante, rápida pérdida de
asentamiento, severa segregación, retraso del tiempo de
fraguado y un fenómeno particular conocido como efecto
champagne. Todos estos problemas puede originarse en
la variación de la composición y las propiedades del cemento, como así también en los cambios en las características del aditivo superplastificante (24). Sumado a lo
anterior hay que considerar que, sin modificarse de la fluidez, se aumenta el costo de elaboración del hormigón.
El presente trabajo analiza el comportamiento de hormigones de alto desempeño elaborados con cemento con la
incorporación de escoria granulada de alto horno y/o material calcáreo, a partir de la optimización de cada uno de
sus componentes.
MATERIALES Y MÉTODOS DE ENSAYOS
Cementos: Para el programa de ensayos se utilizó un cemento portland normal (CP) con 58 % de C3S, 18 % de
C2S, 2 % de C3A y 13 % de C4AF y un cemento portland
con 18 % de material calcáreo (C18F), obtenidos a partir
del mismo clinker portland. Ambos cementos pertenecen
a la clase resistente CP40 (f´c > 40 MPa a 28 días ensayados sobre prismas de morteros ISO-RILEM).
La distribución de las partículas, y la composición
mineralógica y química de los cementos tienen un importante rol en el comportamiento reológico y en la evolución de la resistencia de la pasta. El cemento C18F (Blaine:
383 m2/kg) presentó una mayor superficie específica que
el cemento CP (Blaine: 321 m2/kg) debido al mayor grado
de molturabilidad que posee la piedra caliza frente al
clinker portland. A pesar de esto, el diámetro característico de tamaño de partículas (x´) fue similar en ambos cementos (28.81 a 31.13), pero el cemento C18F (0.86) registró una distribución más amplia de las mismas (n) que
el cemento CP (0.93).
Adición mineral: Como adición mineral se utilizó escoria
granulada de alto horno, con una finura Blaine de 450 m2/
kg, un módulo químico (C+M+A/S) de 1.8 y un índice de
actividad de 86 y 102 % (Grade 100, EN 196) a 7 y 28 días
respectivamente. A partir del cual la escoria puede ser clasificada como de alta actividad.
El contenido de escoria incorporado en ambos cementos
en peso fue de 20 %. Este contenido se adoptó debido a
que, empleando curvas de isorrespuestas en estudios recientes (25) realizados sobre morteros ISO-RILEM conteniendo material calcáreo y escoria granulada, mostraron
que la combinación de 10-15 % de material calcáreo y
20% de escoria producen excelentes niveles resistentes
en el cemento mezcla.
Agregados: Como agregado grueso se utilizó una piedra
partida granítica con tamaño máximo de 16 mm, obtenida
por trituración de una roca madre con resistencia a flexión
y compresión de 30,6 y 146 MPa, respectivamente. El
agregado fino empleado fue una arena natural silícea con
módulo de finura de 2,43.
La relación agregado fino/agregado grueso óptima que
produce el máximo empaquetamiento se calculó mediante el modelo de Touffar modificado (26). Sobre varias combinaciones de agregado grueso y fino se determinó la distribución granulométrica, el peso por unidad de volumen
y el factor de empaque para corroborar los resultados que
se muestran en la Figura 1. Los contenidos óptimos de
agregados varían entre 60/40 y 40/60. Esta última relación, con un factor de empaque de 0,74, se adoptó para la
elaboración del hormigón debido a que un menor conte-
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nido de arena generalmente aumenta la trabajabilidad de
la mezcla en estado fresco. Aún así, el contenido de pasta
del hormigón debe ser superior al contenido de vacíos
correspondiente al máximo empaque para alcanzar la
trabajabilidad especificada, este exceso de pasta (overfill)
(27) fue de 7 % en todos los hormigones estudiados.
Aditivo superplastificante: Como aditivo se empleó un
reductor de agua de alto rango de base sulfonato de
melamina formaldehído (SMF) con 28 % de material activo en solución acuosa.
Figura 2: Espectroscopía UV del aditivo superplastificante.
Caracterización del aditivo: Con frecuencia, los aditivos
superplastificantes comerciales están formados por una
serie compleja de materiales y debido al secreto industrial
su formulación exacta es desconocida (28).
Proporciones de las mezclas: Con los materiales antes
descriptos se elaboraron hormigones con 500 kg/m3 de
material cementíceo, relación agua/material cementíceo (a/
mc) de 0.30 y relación agregado fino/agregado total de
0.40. La dosis de aditivo superplastificante empleado se
determinó por el punto de saturación en pastas, obtenido
con el ensayo del cono de Marsh. Las proporciones de los
hormigones estudiados se muestran en la Tabla 2. El curado de las probetas fue de 24 horas en el molde y luego
se sumergieron en agua saturada con cal a 20 ± 1ºC, hasta las edades de ensayo: 3, 7, 28 y 90 días.
Compatibilidad cemento/aditivo: La compatibilidad cemento/aditivo está fuertemente vinculada con el contenido de C3A, la cantidad de álcalis y la finura del cemento
portland (27,30-31), la cual, además puede ser influenciada por la incorporación de adiciones minerales.
Tabla 1:
Cantidad de aditivo superplastificante absorbido por los diferentes
cementos mezclas
Figura 1: Variación del factor de empaque en función de la cantidad de agregado fino.
Para el estudio de la composición química y la adsorción
del superplastificante sobre la superficie de distintos tipos de cementos se empleó el ensayo de espectroscopía
UV, con un espectrofotómetro Metrolab y la medición se
realizó entre 200 y 400 nm (27). La máxima absorción se
registró a λ = 218 nm. Macías y Goñi (29), establecen que
en esta zona se absorbe el grupo melamina, el cual se
encuentra en la melamina sulfonato formaldehído, señalando al grupo melamina como principal componente del
aditivo (Figura 2). La cantidad de aditivo adsorbido por
cada cemento se muestra en la Tabla 1. De la misma se
desprende que la adición incorporada (material calcáreo
y/o escoria granulada de alto horno) no influye significativamente en la extensión de la adsorción.
44
Muestra
Cantidad absorbida, %
CP
C18F
CP+20E
C18F+20E
78.7
80.4
75.5
82.6
La compatibilidad de las distintas combinaciones de material cementíceo y el aditivo se realizó por medio del ensayo del cono de Marsh. Para ello se midió a 10 y 60 minutos el tiempo necesario que requiere un volumen
normalizado de pasta, con una relación a/mc 0.30 preparada con diferentes dosis, en fluir a través del cono. El
punto de saturación que se define como el contenido óptimo de aditivo, es la dosis a partir de la cual un incremento de la cantidad de aditivo no disminuye el tiempo de
escurrimiento.
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Tabla 2:
Proporciones de hormigones con cementos binarios y ternarios
Materiales, kg/m3
Tipo de
cemento Agua Cemento Escoria Agregado Agregado Aditivo
fino
grueso
(1)
CP
C18F
CP+20E
C18F+20E
150
149
149
149
499
497
397
396
----100
99
723
719
719
717
1084
1079
1079
1075
0.53
0.55
0.55
0.55
(1) Aditivo reductor de agua de alto rango en porcentaje de sólidos suspendidos por peso de material cementíceo.
La compatibilidad se establece cuando las curvas a 10 y
60 minutos son coincidentes, es decir que el efecto
fluidificante permanece al menos durante 60 minutos (28).
La Figura 3 muestra los resultados obtenidos en el ensayo del cono de Marsh, donde se ha representado el contenido de sólidos del aditivo superplastificante como porcentaje en peso del cemento mezcla y el tiempo que tarda
en escurrir 200 cm3 de pasta.
En la Figura 3 a se puede observar que el cemento CP
tiene una compatibilidad completa con el aditivo superplastificante pues las curvas correspondientes a 10 y 60
minutos son similares, manteniendo la fluidez por una hora
y registrando un punto de saturación de 0.32%.
Por otra parte las curvas son ligeramente diferentes para
los cemento C18F (Figura 3b) y C18F+20E (Figura 3d),
teniendo un punto de saturación de 0.41 %. En contraposición el cemento CP+20E muestra curvas atípicas, pero
aún así es perfectamente claro el punto de saturación de
este cemento (0.43 %). En función de lo expuesto los cementos empleados en este estudio son compatibles con
el aditivo superplastificante. En la práctica, debido a la presencia de los agregados y al asentamiento que se desee
obtener, es necesario incrementar sensiblemente la dosis
óptima definida por el punto de saturación en aproximadamente un 30 %. Aún así la información otorgada por el
ensayo del cono de Marsh es un buen punto de partida
para ajustar la dosis de aditivo a utilizar mediante pruebas
de laboratorio del hormigón. Las dosis empleadas en los
hormigones de este trabajo se muestran en la Tabla 2.
a)
b)
c)
d)
Figura 3: Relación entre tiempo necesario para fluir y el contenido de aditivo sólido respecto al peso de cemento, obtenida con el cono
Marsh. a) CP, b) C18F, c) CP+20E y d) C18F+20E.
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Ensayos en estado fresco: La evaluación del asentamiento y del tiempo de fraguado se realizó de acuerdo a las
norma ASTM C 143 y C 403, respectivamente. Para determinar la retención del asentamiento en el tiempo, cada 15
minutos se remezcló el hormigón durante un minuto y
posteriormente se realizó la medición del mismo.
Propiedades mecánicas: Para la determinación de la resistencia a compresión y del módulo de elasticidad se
moldearon probetas cilíndricas (10 x 20 cm) de acuerdo a
las normas ASTM C 39 y C 469, respectivamente.
Agua no evaporable: Los fragmentos obtenidos del ensayo a compresión, se molieron para la determinación de
la cantidad de agua no evaporable de acuerdo al procedimiento propuesto por Powers (32). Este valor se utilizó
como estimador del progreso de la reacción de hidratación, asumiendo que el material calcáreo es hidráulicamente inactivo y que la totalidad de la escoria incorporada reacciona para producir CSH.
La pérdida del asentamiento en el tiempo depende en
mayor medida del tipo y contenido de aditivo superplastificante empleado, la humedad y la temperatura del ambiente, el tiempo y velocidad de remezclado del hormigón y de la presencia de otros tipos de aditivos
incorporados al cemento (aditivos ayuda molienda) y/o
al hormigón (24). En la Figura 4 se muestran los resultados obtenidos en la pérdida de asentamiento de los hormigones estudiados. En la misma se puede observar que
los hormigones elaborados con cementos CP+20E y
C18F+20E registraron una pérdida de asentamiento similar en el tiempo, manteniendo este parámetro hasta
los 90 minutos. En contrapartida los hormigones con CP
y C18F mostraron un comportamiento semejante entre
ellos, pero mantuvieron durante un menor tiempo el
asentamiento. De acuerdo con los resultados obtenidos,
el grave problema de la pérdida de asentamiento de los
hormigones con aditivos superplastificantes podría ser
mitigado, al menos en parte, por la incorporación de escoria de alto horno.
Penetración de agua a 28 días: La penetración de agua
se evaluó de acuerdo a la norma DIN 1048. Cumplida la
edad de ensayo tres prismas de hormigón se secaron en
estufa a 100 ± 5 ºC durante 24 horas. Luego cuatro caras
del prisma se impermeabilizaron con una pintura
bituminosa, se pesaron y se sometieron a las siguientes
presiones de agua: 0.1 MPa (48 horas), 0.3 MPa (24 horas) y 0.7 MPa (24 horas). Finalizado el ensayo los prismas se pesaron y se rompieron a tracción por compresión diametral y se determinó la profundidad de
penetración del agua.
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Propiedades del hormigón en estado fresco: Todos los
hormigones estudiados presentaron elevados valores iniciales de asentamiento (23-24 cm) y un cono colapsado,
independientemente del tipo de cemento empleado en la
elaboración del mismo (Tabla 3).
Figura 4: Pérdida de asentamiento a través del tiempo de los
hormigones con distintos cementos mezcla.
Tabla 3:
Propiedades en estado fresco de los hormigones elaborados con cementos binarios y ternarios
46
Tipo de
cemento
Temperatura,
ºC
Asentamiento,
mm
Permanencia del
asentamiento, min
CP
C18F
CP+20E
C18F+20E
18.0
19.5
18.3
19.7
230
240
230
240
> 60
> 60
> 100
> 100
Tiempo de fraguado, hs
Inicial
Final
9.5
6.6
8.7
9.7
11.4
8.5
10.6
11.4
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El tiempo de fraguado inicial y final de los hormigones
con cementos binarios y ternarios se muestran en la
Tabla 4 y en la Figura 5. En las mismas puede observarse que los hormigones elaborados con cemento CP,
CP+20E y C18F+20E registraron tiempos de fraguados
similares.
rencia de las resistencias entre los hormigones puede relacionarse con la similitud del desarrollo de resistencia de
los cementos, pues este parámetro medido sobre morteros fue: 31 ± 3, 43 ± 3 y 47 ± 4 MPa, a 7, 28 y 90 días,
respectivamente. En consecuencia, con cementos binarios
y ternarios pertenecientes a la misma clase resistente pueden obtenerse hormigones de alto desempeño con características resistentes similares.
De acuerdo a lo comentado hasta el momento, se puede
deducir que la combinación de material calcáreo y escoria
en un cemento ternario puede ayudar a formular un cemento con un desarrollo adecuado de resistencia. Este
aprovechamiento sinérgico ocurre debido a que, la incorporación de material calcáreo contribuye con la resistencia a edades tempranas por el efecto acelerador de la
hidratación del clinker, en tanto que la escoria lo hace a
edades más avanzadas, a medida que reacciona produciendo CSH (35).
Figura 5: Resistencia a la penetración en función del tiempo de
los hormigones estudiados.
En cambio, en el hormigón C18F el inicio y fin de fragüe
se producen aproximadamente 3 horas antes que en el
hormigón con cemento CP. Resultados similares fueron
obtenidos en estudios anteriores (33) sobre pastas de
consistencia normal elaboradas con cemento portland
(C3S: 51.2% y C3A: 5.5 %) con reemplazos variables de
material calcáreo. Este comportamiento puede atribuirse
al efecto de la aceleración de las reacciones de hidratación
del clinker portland que produce el material calcáreo (34).
Por último el comportamiento registrado por el hormigón
con C18F+20E puede deberse al elevado contenido de adición (35 %) que el mismo posee.
Resistencia a compresión: En la Figura 6 se muestra la
evolución de la resistencia a compresión de los hormigones con cemento mezcla hasta la edad de 90 días. En la
misma puede observarse que los valores alcanzados por
los distintos hormigones son similares a todas las edades. A 3 y 7 días, este parámetro se encuentra entre 4345 y 56-58 MPa, respectivamente. A los 28 y 90 días, los
hormigones con cemento binario y ternario presentan una
resistencia igual o levemente inferior (5 %) a la correspondiente al hormigón con cemento CP. La escasa dife-
Por último, los resultados obtenidos no muestran importantes ventajas desde el punto de vista de la resistencia,
pero el empleo de cementos binarios o ternarios puede
otorgar un uso más eficiente de los recursos naturales y
subproductos de otras industrias, permitiendo un menor
gasto de energía de fabricación y una menor emisión de
gases al medio ambiente. En otras palabras, se pueden
obtener hormigones de alto desempeño sin comprometer
las propiedades mecánicas con hasta 170 kg/m3 de clinker
portland.
Figura 6: Evolución de la resistencia a compresión de los hormigones con cementos binarios y ternarios.
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Módulo de elasticidad: Las propiedades elásticas del hormigón dependen en gran medida del contenido y características del agregado grueso empleado, de la porosidad
de la matriz de cemento y de la composición y resistencia
de la zona de transición matriz-agregado. Debido a que el
tipo y contenido de agregados utilizados en este trabajo
se mantuvo constante, el módulo de elasticidad dependerá únicamente de la porosidad de la pasta y la modificación de la zona de interfase ocasionada por la presencia
de microfisuras.
La Figura 7 muestra la relación entre la resistencia y el
módulo de elasticidad de los hormigones estudiados. En
la misma se puede observar que para un mismo nivel de
resistencia los hormigones con cemento C18F presentan
menor módulo de elasticidad que el hormigón elaborado
con CP. Estos resultados concuerdan con los obtenidos
sobre hormigones elaborados con cemento con material
calcáreo (0, 10 y 20 %) con relación a/mc de 0.34 y 450
kg/m3 de cemento mezcla (1). Este comportamiento puede deberse a que, frente a relaciones agua/cemento tan
bajas, el material calcáreo no produce un aumento de la
resistencia de la interfase (36) debido a que el mismo no
genera CSH durante su hidratación (15).
ocurre básicamente debido al aumento de la resistencia
de la zona de la interfase dada por el CSH producido por
la reacción de la escoria (19).
Por último, los hormigones estudiados presentan una rigidez mayor que la estipulada por la fórmula de predicción propuesta por el Reglamento CEB (Figura 7), independientemente del tipo de cemento mezcla empleado en
la elaboración del mismo.
Agua no evaporable: La Figura 8 muestra la evolución
del agua no evaporable de todos los hormigones estudiados hasta los 90 días, donde se puede observar que los
hormigones con cemento mezcla presentan un contenido
de agua no evaporable superior al hormigón con CP. En el
caso del hormigón elaborado con C18F, el aumento de la
cantidad de agua no evaporable se debe relacionar con la
aceleración de la hidratación del clinker portland y al aumento del espacio disponible para alojar los productos de
hidratación.
Figura 8: Evolución del agua no evaporable en el tiempo.
Figura 7: Módulo de elasticidad en función de la resistencia a
compresión de los hormigones.
En contraposición, los valores correspondientes a los hormigones elaborados con cemento CP+20E y C18F+20E se
encuentran agrupados en una zona superior con respecto
a los hormigones sin la incorporación de escoria, generando para un nivel resistente determinado, hormigones
levemente más rígidos que el hormigón de control. Esto
48
Para que el cemento pueda alcanzar la hidratación total,
entre otros factores se requiere que dentro del material
exista lugar suficiente para alojar los productos de
hidratación, y este espacio está dado por la relación agua/
cemento. En general, esta condición no puede alcanzarse
si la relación a/c es menor a 0.42 (37). En el cemento con
material calcáreo se produce una disminución de la cantidad efectiva de material a hidratar pues como éste no produce compuestos con características cementantes, el contenido de material activo se reduce, lo que produce un
aumento del espacio para alojar productos de hidratación.
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Por otra parte, a partir de los 7 días, el progreso de la
hidratación del cemento portland tiende a minimizar el
efecto físico y el efecto de dilución se hace presente, produciendo una disminución en la ganancia del agua no
evaporable relativa de 1.45, 1.29, 1.19 y 1.12 veces a 3, 7,
28 y 90 días, respectivamente. Además, la incorporación
de escoria granulada de alto horno, dependiendo del contenido incorporado, también puede producir un efecto filler positivo (38), pues a 3 días el hormigón con cemento
CP+20E tiene una cantidad de agua no evaporable del orden del 1.20 veces la del patrón, en tanto que a 7 días,
esta ganancia disminuye alcanzando a ser sólo del 1.08
veces.
A esta edad, el efecto de dilución de los granos de cemento es preponderante porque la escoria aún no ha reaccionado. Después de 7 días, la escoria reacciona lentamente
formando CSH que aumenta la cantidad de agua no
evaporable alcanzando a la edad de 28 y 90 días, 1.13 y
1.22 veces el valor del patrón, respectivamente. Para un
determinado cemento portland, la edad a la cual la escoria contribuye a la hidratación depende del tamaño de sus
partículas y su reactividad. La escoria usada en este trabajo posee 7 % de partículas mayores que 45 mm y 60 %
de partículas más grandes que 10 mm, con lo cual se puede pronosticar que la reacción de la escoria se va a producir a partir de los 21 días (39).
La evolución del agua no evaporable para el caso del cemento ternario, se puede justificar por la interacción del
efecto filler ocasionado por el material calcáreo y la escoria, el aumento del espacio para alojar productos de
hidratación producido fundamentalmente por el material
calcáreo y por la formación de CSH ocasionado por la reacción de la escoria.
Penetración de agua: Debido a la matriz extremadamente densa que presentaron los hormigones con cementos
binarios y ternarios, el frente de penetración de agua no
pudo determinarse fehacientemente. Esto puede corroborase a partir de los resultados de la Tabla 4, donde puede
apreciarse que la ganancia en peso de los hormigones luego del ensayo de penetración, es prácticamente despreciable.
Consecuentemente los hormigones estudiados pueden
clasificarse como impermeables.
Tabla 4:
Ganancia de peso de los hormigones con cemento mezcla
debido al ensayo de penetración de agua
Edad,
días
28
Ganancia de peso, %
CP
0.43
C18F
0.45
CP+20E
0.46
C18F+20E
0.55
CONCLUSIONES
Con los materiales empleados en este trabajo y de acuerdo a los resultados obtenidos, se pueden extraer las siguientes conclusiones:
• La técnica de caracterización por espectroscopía UV es
adecuada para identificar las bases de los aditivos
superplastificantes y de ésta manera poder estimar el
comportamiento del mismo.
• El punto de saturación obtenido por el cono de Marsh
es un buen punto de partida para estimar la dosis de
aditivo a emplear cuando se utilizan cementos con adiciones.
• La utilización de adiciones con efectos complementarios (material calcáreo y escoria de alto horno) permite
obtener hormigones con resistencias superiores a 65
MPa a los 28 días. El desarrollo de resistencias de los
hormigones con cementos binarios y ternarios resulta
similar al hormigón con cemento portland normal, cuando los mismos pertenecen a la misma clase resistente.
El material calcáreo aporta la resistencia inicial, en tanto
que la escoria contribuye con la resistencia posterior.
• La incorporación de escoria de alto horno al cemento
portland normal o con material calcáreo incrementa el
tiempo de permanencia del asentamiento y posteriormente la rigidez del hormigón, manteniendo el nivel resistente.
• En hormigones de alto desempeño, una combinación
apropiada de adiciones y un uso racional de sus proporciones, puede producir un material con un menor gasto
energético para su elaboración, una disminución en el
consumo de recursos no renovables y en la emisión de
dióxido de carbono a la atmósfera; con similares propiedades tecnológicas.
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Revista de la Construcción. Vol. 3 Nº 2 - 2004
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el financiamiento otorgado por la
Agencia Nacional de Promoción Científica y Técnica
(PICT97 12-00000-01323) y la Secretaría de Ciencia y
Técnica de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires.
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