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