Morteros de Escoria Activada Alcalinamente. Propiedades y

Morteros de Escoria Activada Alcalinamente.
Propiedades y Durabilidad
Dr. Francisca Puertas
Inst. Eduardo Torroja-CSIC
Spain
puertasf@ietcc.csic.es
Dr. Marta Palacios
Inst. Eduardo Torroja-CSIC
Spain
martapalacios@ietcc.csic.es
Dr. Ruby de Gutiérrez
Universidad del Valle
Colombia
rudeguti@hotmail.com
Resumen: El estudio y desarrollo de materiales de construcción alternativos a los
tradicionales basados en cemento Pórtland, en cuya fabricación no se emitan gases
contaminantes, no degraden los entornos y se obtengan con un apreciable ahorro
energético, constituye una línea de investigación de gran interés científico y tecnológico, a
escala mundial. Dentro de estos materiales alternativos se encuentran aquellos que
proceden de la activación alcalina de subproductos industriales tales como las escorias de
horno alto y/o las cenizas volantes. Estos cementos se obtienen por la mezcla de dichos
residuos y disoluciones alcalinas. Estos nuevos materiales se caracterizan por presentar unas
elevadas prestaciones mecánicas y no requerir en su elaboración los elevados consumos
energéticos que son inherentes al proceso de fabricación de los cementos Pórtland.
En la presente comunicación se muestran los resultados obtenidos en torno al
comportamiento de morteros de escoria activada alcalinamente, tanto desde el punto de
vista mecánico-resistente, de estabilidad de volumen y durabilidad. Se demuestra la
elevada resistencia a los sulfatos y agua de mar que tienen en estos morteros, así como su
comportamiento frente a la acción del CO2.
Palabras Clave: morteros, escorias activadas alcalinamente, propiedades, durabilidad.
1. INTRODUCCION
La fabricación de cemento Pórtland es un proceso energéticamente costoso (se invierten
cerca de 7000 Mj/t de cemento) y altamente contaminante (se estima que por cada
tonelada de cemento se emiten 0,850 toneladas de CO2). La necesidad de alcanzar la
sostenibilidad en el proceso de obtención del cemento Pórtland implica la búsqueda de
mejora de los procesos actuales (implementación de mejoras tecnológicas y valorización
de residuos como sustitutos parciales de los combustibles y materias primas) y el
desarrollo de nuevos conglomerantes de elevada eficiencia energética y baja
contaminación. Entre estos se encuentran los denominados “cementos alcalinos”, los
cuales se obtienen por la mezcla íntima de una disolución fuertemente alcalina y un
material, que puede ser de origen natural (arcillas) o artificial (básicamente escorias de
horno alto y cenizas volantes silicoaluminosas). Las características y propiedades de estos
cementos varían mucho dependiendo del material de partida y de las condiciones de
activación. Una posible clasificación de los cementos alcalinos se presenta en la Tabla 1
[1]. Esta comunicación se va a centrar en los cementos alcalinos obtenidos por la
activación alcalina de escorias de horno alto.
Cementos alcalinos
Primer grupo
Geocemento
Arcillas,
Feldespatos,
Sol. Óxidos,
Anfóteros,
Etc.
Mat. de
partida
Producto
Reacción
Aluminoferrosilicatos
alcalinos
y
alcalinoterreos
hidratados
Segundo grupo
Cemento
escoria
activada
de
Escorias.Metalurg.
,
Fosforosas,
No férricas,
Vid. sintéticos,
Etc.
Cemento
ceniza
activada
de
Cenizas
volantes,
Vidrios y ceniza
Volcánicas,
Residuos
natural.
Cemento
Portland
alcalino
Cemento
aluminato alcalino
OPC (escoria,
Puzolana,
belita, etc.),
Etc.
CAC variedades,
Escorias acería,
Aluminato
cálcico,
Etc.
Silicatos, aluminatos y ferritos alcalinos y alcalinoterroes hidratados
NO NATURALEZA
NATURALEZA
Figura 1.-Clasificación de los cementos alcalinos [1]
El principio en el que se basa la activación alcalina de escorias fue propuesto por Purdon [2]
en 1949, pero fue en los años 60 cuando Glukhovsky et al [3-4] desarrollaron en la
Universidad de Kiev los primeros cementos y morteros de escorias activadas alcalinamente.
A partir de los años 90 el interés por los cementos activados alcalinamente fue creciendo en la
Europa occidental y en otros países como China, India, Japón, USA. Desde entonces, esta
temática ha sido estudiada con renovada intensidad por una buena parte de la comunidad
científica internacional con el objetivo de desarrollar una nueva generación de materiales
cementantes. En este sentido, el Grupo de Investigación “Química del Cemento” del Instituto
de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja lleva trabajando esta temática desde hace
más de 12 años. Desde el año 2001 se vinculo a estos estudios el grupo de Materiales
Compuestos de la Universidad del Valle en Cali, Colombia.
Los cementos de escoria activada alcalinamente se obtienen por la mezcla íntima de escorias
vítreas (generalmente de horno alto aunque también pueden ser naturaleza no férrea) y
disoluciones fuertemente alcalinas (NaOH, KOH, M2O·SiO3·nH2O (M=Na, K), Na2CO3) a
temperatura ambiente. La preparación de morteros y hormigones de estos cementos se realiza
de manera análoga a la de los de cemento Pórtland [5].
Como resultado de la interacción química entre la escoria y las disoluciones alcalinas se
producen una serie de procesos de disolución, nucleación, condensación y precipitación que
conducen a la formación de diferentes productos de reacción (básicamente silicatos cálcicos
hidratados, gel CSH) asimilables a los formados en una pasta de cemento Pórtland y con
propiedades cohesivas y adherentes que explican, en gran medida, el comportamiento
mecánico, resistente y durable de esos materiales obtenidos por activación. Más información
relacionada con las características y propiedades que tienen los productos de reacción
formados en la activación alcalina de escoria puede ser consultada en [6-9].
A continuación se presentan algunos de los resultados que hemos obtenido tras nuestras
investigaciones en torno a las propiedades y comportamiento de estos morteros de escoria
activada alcalinamente, desde un punto de vista mecánico, de estabilidad de volumen y de
durabilidad.
2. COMPORTAMIENTO MECANICO DE MORTEROS DE
ESCORIA ACTIVADA ALCALINAMENTE
En la preparación de estos morteros se utilizaron como ligantes una escoria de horno alto
española y un cemento Pórtland tipo I, exento de adiciones minerales. Los análisis
químicos de estos materiales se presentan en la Tabla 1. El contenido en fase vítrea de la
escoria era del 99%, y su superficie específica 325 m2/kg. La superficie específica Blaine
del cemento era de 360 m2/kg.
Tabla 1.- Análisis químico de la escoria de horno alto y de cemento Pórtland
CaO
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 S2Na2O K2O
41.37 34.95 13.11 0.69
7.12
0.06 1.92 0.27
0.23
Escoria
3.85
2.65
2.64 --0.39
0.78
Cemento 64.41 19.97 5.17
P.F. Pérdida al fuego; R.I. Residuo insoluble
P.F.
2.02
0.78
Se prepararon probetas prismáticas de 4x4x16 cm de morteros de escoria activada
alcalinamente y de cemento Portland con una relación árido/ligante de 2/1, utilizando para
ello un árido silícico (99% SiO2, cuarzo). La relación líquido/sólido (l/s) se determinó
mediante el ensayo de escurrimiento UNE-80-116-86. Se midieron las resistencias
mecánicas a flexotracción y a compresión de dichas probetas a 2, 7 y 28 días de curado de
acuerdo con la norma UNE-EN 196-1.
En la Fig.1 se muestra la evolución resistente de los morteros de cemento Pórtland y los
de escoria activada alcalinamente. Estos últimos se prepararon utilizando dos activadores
alcalinos diferentes (disolución de NaOH y waterglass (Na2O·SiO3·H2O)), y con dos
concentraciones de activador distintas (4 y 5% Na2O en masa de escoria).
Como se puede observar en estas gráficas, los morteros de escoria activada con waterglass
con una concentración del 5% Na2O, desarrollan unos valores resistentes, tanto a flexión
como a compresión, a todas las edades de estudio, comparables a los del cemento
Pórtland. Sin embargo, cuando el activador es una disolución de NaOH, los valores
resistentes son sensiblemente inferiores. En un estudio anterior [10] ya se comprobó que
el factor más determinante en el desarrollo resistente en los morteros de escoria activada
R.I.
0.11
0.29
alcalinamente es la naturaleza de la disolución activadora, obteniéndose siempre los
mejores valores cuando dicho activador es una disolución de waterglass. Otro factor es la
concentración del activador, cuyos valores óptimos se encuentran entre 3-5% de Na2O. La
dosificación óptima depende de la naturaleza y finura de la escoria y de las condiciones de
curado. Los mejores valores resistentes se obtienen con las escorias básicas y con una
superficie específica en un rango entre 400-550 m2/kg. Al aumentar la temperatura de
curado se incrementan las resistencias a primeras edades, al igual que sucede en los
sistemas de cemento Pórtland, sin embargo a edades más avanzadas las resistencias
disminuyen. La mejor evolución resistente se consigue a temperatura ambiente.
80
Resistencias
Compresión (MPa)
Resistencias
Flexotracción (MPa)
12
10
8
6
4
2
0
70
60
50
40
30
20
10
0
2 días
7 días
28 días
2 días
7 días
28 días
Tiempo de curado
Tiempo de curado
CEMENTO
ESCORIA + WATERGLASS (4% Na2O)
CEMENTO
ESCORIA + WATERGLASS (4% Na2O)
ESCORIA + WATERGLASS (5% Na2O)
ESCORIA + NaOH (4% Na2O)
ESCORIA + WATERGLASS (5% Na2O)
ESCORIA + NaOH (4% Na2O)
ESCORIA + NaOH (5% Na2O)
ESCORIA + NaOH (5% Na2O)
Fig. 1.- Evolución resistente de los morteros de escoria activada alcalinamente
En la Tabla 2 se muestran los valores del módulo elástico de los morteros de escoria
activada con waterglass (4% Na2O) y del cemento Pórtland. Estos últimos tienen un
módulo elástico ligeramente superior (14,4%) que los correspondientes de escoria
activada.
Tabla 2. Módulos Elásticos
MORTEROS
Escoria + Wg
Cemento
MÓDULO ELÁSTICO
( MPa)
4.860
5.679
DEFORMACIÓN
(mm)
0,1277
0,1136
3. ESTABILIDAD DE VOLUMEN DE MORTEROS DE ESCORIA
ACTIVADA ALCALINAMENTE
En estos estudios de estabilidad de volumen de morteros se utilizaron los mismos
materiales empleados en el apartado anterior (ver Tabla 1). Las condiciones de ensayo
utilizadas en este estudio de estabilidad dimensional fueron las siguientes: Se prepararon
probetas de mortero prismáticas de 2.5 x 2.5 x 28.7 cm de los diferentes morteros y se
determinó su retracción lineal por secado, de acuerdo a la norma UNE 80-112-89. Este
ensayo se realizó sobre probetas curadas a dos humedades relativas (HR) diferentes (99%
y 50%). En la Fig. 2 se muestran los resultados obtenidos.
a)
a)
b)
0,7
0,14
Escoria + W aterglass
Cemento
Escoria + NaOH
Es coria + W aterglass
Cemento
Escoria + NaOH
0,6
0,5
0,10
% Retracción
% Retracción
0,12
0,08
0,06
0,4
0,3
0,04
0,2
0,02
0,1
0,00
0,0
0
50
100
150
200
Días
250
300
350
400
0
50
100
150
200
250
300
350
Días
Fig. 2.- Retracción de los morteros de escoria activada alcalinamente y de cemento
Pórtland, a) HR=99% y b) HR=50%
La Fig.2a muestra que al 99% de humedad relativa y después de 1 año de ensayo, los
morteros de escoria activada con waterglass experimentan una retracción 6 veces superior
a los correspondientes de cemento Pórtland. Por otro lado, los morteros de cemento
Pórtland y de escoria activada con NaOH, presentan durante los primeros 28 días, valores
de retracción muy similares, aunque a partir de dicha edad de curado, la retracción de los
morteros de escoria activada con NaOH se incrementa, llegando a ser un 40% superior
después de un año de ensayo.
En condiciones de humedad relativa del 50%, y de acuerdo a los resultados mostrados en
la Fig. 2b, las probetas de escoria activada con waterglass experimentan una retracción
por secado 4 veces superior a la de los correspondientes de cemento Pórtland. Aunque los
morteros de escoria activada con NaOH experimentan durante los primeros 30 días de
curado una retracción inferior a la del cemento Pórtland, sin embargo, a partir de dicha
edad de curado la retracción se incrementa y después de un año de ensayo llega a ser un
15% superior.
Las causas de esa elevada retracción autógena y por secado de los morteros de escoria
activada con waterglass son debidas a la estructura y composición del principal producto
de reacción (gel CSH) y a la elevada meso y microporosidad de estos morteros [9, 11].
Se han abordado dos vías fundamentales para intentar reducir esta elevada retracción, una
ha sido el empleo de aditivos orgánicos aplicados con éxito en los morteros de cemento
Pórtland y otra ha sido el empleo de diferentes fibras de refuerzo para mitigar las
tensiones inducidas en la retracción.
El empleo de aditivos reductores de la retracción (SRA) reduce sensiblemente la
retracción de los morteros de escoria activada alcalinamente, como puede observarse en la
Fig. 3.
400
b)
b)a)
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
0,14
1% SRA1
2% SRA1
1% SRA2
2% SRA2
1% V
0,7
0,6
0,5
0,10
% Retracción
% Retracción
0,12
Waterglass
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
0,08
0,06
0,4
0,3
0,04
0,2
0,02
0,1
0,00
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
Escoria +
0,0
0
50
100
150
200
Días
250
300
350
400
0
50
100
150
200
250
Waterglass
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
Waterglass +
300
1% SRA1
2% SRA1
1% SRA2
2% SRA2
1% V
350
Días
Fig. 3.- Retracción de los morteros de escoria activada con waterglass, en presencia y
ausencia de aditivos orgánicos; a) HR=99% y b) HR=50
El análisis de la Fig. 3a muestra que al 99% de humedad relativa, la introducción de un
1% en peso de los aditivos reductores de la retracción SRA1 y SRA2 disminuye, después
de 12 meses de ensayo, la retracción de los morteros de escoria activada con waterglass
en un 46% y 58%, respectivamente. Mientras que la presencia de 2% de SRA1 y SRA2
reduce la retracción durante el mismo tiempo, un 73% y 81%, respectivamente. También
resultó positiva la incorporación de un aditivo superplastificante basado en copolímeros
vinílicos, disminuyendo la retracción hasta en un 73%.
En condiciones de humedad relativa del 50% (ver Fig. 3b), la incorporación de un 1% en
peso de SRA1 a los morteros de escoria activada con waterglass reduce hasta un 7% la
retracción por secado, con respecto a aquellos morteros que carecen de aditivo. Sin
embargo, la incorporación del 1% de SRA2, incrementa ligeramente la retracción de los
morteros de escoria durante los primeros 90 días de ensayo, aunque a partir de dicha edad
de curado, la retracción de estos morteros es muy similar a la de aquellos que carecen de
aditivo. El aumento de la dosificación de los aditivos reductores de la retracción SRA1 y
SRA2 a un 2% reduce dicha retracción por secado, un 35% y 47%, respectivamente,
aunque la retracción de estos morteros sigue siendo superior a la de los morteros de
cemento Pórtland, concretamente, dos veces superior.
En la Fig. 4 se muestra la retracción al secado de morteros de escoria activada
alcalinamente con waterglass reforzados con distintas fibras (vidrio AR, polipropileno y
carbono) [12-13]. Como se puede apreciar, el efecto más positivo lo inducen las fibras de
polipropileno, que en una proporción del 1% en volumen del mortero, reducen esa
retracción en un 35%. Las fibras de vidrio AR empleadas en los sistemas de cemento
Pórtland para reducir la retracción al secado, reducen en estos morteros alcalinos un 20%
la retracción. La dosificación óptima de estas fibras en el sistema alcalino es del 0.22%,
contenidos de fibras superiores en el mortero incrementan la retracción. Las fibras de
carbono no mejoran la retracción en estos morteros de escoria activada.
400
HUMEDAD RELATIVA = 50%
0,55
0,50
0,45
% Retracción
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
B
C
D
E
0,15
0,10
0,05
0
50
100
150
200
Tiempo de curado (días)
Fig. 4.- Retracción al secado de morteros de escoria activadas con waterglass reforzados
con fibras de distinta naturaleza.
4. DURABILIDAD DE MORTEROS DE ESCORIA ACTIVADA
ALCALINAMENTE
4.1. Comportamiento en medios sulfáticos y agua de mar
La resistencia a los sulfatos y al agua de mar de morteros de escoria activada se evaluó
utilizando el método de Kock-Steinegger [14]. Mediante este método se evalúa la
resistencia de morteros de cementos a la acción corrosiva de disoluciones acuosas
sulfáticas. El comportamiento se estima a través de la evolución con el tiempo de la
resistencia a flexotracción de los prismas de mortero sumergidos en las disoluciones
agresivas.
Se prepararon probetas de un tamaño de 1x1x6 cm. Se ensayaron 11 probetas por edad y
medio. Se utilizó una arena silícea con un 98% de material cuarzoso y con un tamaño de
grano comprendido entre 0.4 y 0.9mm. La relación disolución activadora/escoria fue de
0.52, y la de cemento:arena 1:2. Los prismas fueron conservados inicialmente en cámara
de humedad (>95%) durante 21 días, incluyendo las primeras 24 horas. A continuación
los prismas fueron sumergidos totalmente en las siguientes disoluciones:
- Disolución acuosa de Na2SO4 al 4.4% en peso
- Disolución de agua de mar artificial (ASTM D114 86)
- Agua desionizada/destilada, como medio de referencia
A las edades de 3, 7, 28, 90 y 180 días, los prismas fueron extraídos de las disoluciones y
ensayados mecánicamente. Con el fin de conocer los procesos químicos involucrados, las
transformaciones mineralógicas producidas en las probetas, y las alteraciones
microestructurales de los morteros, a edades determinadas fueron estudiados por
Difracción de Rayos X (DRX), microscopía electrónico (SEM/EDX) y porosimetría de
mercurio [15].
En la Tabla 3 se muestran los valores resistentes obtenidos sobre los diferentes morteros
ensayados.
Tabla 3. Resistencias mecánicas de los morteros
AGUA
AGUA DE MAR
Escoria+Wg
RF (MPa)
RF(MPa)
3dias
2.4 ± 0.3
2.5 ± 0.5
7 dias
4.1 ± 0.6
4.8 ± 0.9
28 dias
6.0 ± 0.5
5.0 ± 1.0
90 dias
9.6 ± 0.6
9.1 ± 0.5
180 dias
10.9 ± 1.5
11.0 ± 0.7
Escoria+NaOH
3 días
4.0 ± 0.2
4.5 ± 0.2
7 días
3.8 ± 0.2
4.1 ± 0.4
28 días
3.7 ± 0.3
4.6 ± 0.3
90 días
5.5 ± 0.3
5.9 ± 0.4
180 días
6.4 ± 0.7
6.1 ± 0.5
Na2SO4
RF(MPa)
2.6 ± 0.5
3.2 ± 0.4
5.2 ± 0.7
10.3 ± 1.3
10.9 ± 0.9
4.5 ± 0.5
4.1 ± 0.5
4.7 ± 0.4
4.3 ± 0.4
4.7 ± 0.4
Estos resultados muestran la elevada estabilidad que tienen los morteros de escoria
activada, tanto con waterglass como con NaOH, en medios sulfáticos y de agua de mar. El
análisis realizado por DRX y SEM ha confirmado esta estabilidad, aunque se han
detectado en los morteros conservados en agua de mar, la presencia de unos pequeños
cristales de yeso. Únicamente en los morteros de escoria activada con NaOH se ha
detectado ettringita a nivel de trazas. Los morteros de cemento Pórtland, en iguales
condiciones agresivas, se desintegran completamente por la acción expansiva de
formación de ettringita y en menor medida yeso [16]. En la Fig 5 se muestra una imagen
de SEM del mortero de escoria activada con NaOH y conservado en agua de mar, en el
que se pueden apreciar los cristales de yeso.
Fig. 5.- Morteros de escoria activada con NaOH conservados en agua de mar (90 Días).
Poros con aglomerados de partículas. Detalle de las partículas con forma de aguja
La elevada estabilidad de estos morteros de escoria activada a los medios sulfáticos y de
agua de mar es debida fundamentalmente a que en la composición química de sus pastas
no hay fases aluminato ni Ca(OH)2 o portlandita a diferencia de lo que ocurre en las pastas
de cemento Pórtland. Ello explica la baja reactividad de estos morteros alcalinos en estos
medios agresivos.
4.2. Comportamiento frente a la carbonatación
El comportamiento frente a la carbonatación de los morteros de escoria activada
alcalinamente ha sido objeto de controversia entre los autores [16-18]. En opinión de
algunos [16-17] la velocidad de carbonatación de los morteros activados alcalinamente es
superior aunque otros indican resultados completamente diferentes [18].
Con los mismos materiales y relaciones indicados en el apartado 2, se prepararon de
acuerdo a la norma UNE-EN 196-1, probetas cúbicas de 3cm de morteros de cemento
Pórtland y de escorias activadas con NaOH y waterglass (4 % Na2O). Después de 28 días
de curado en cámara de humedad (99% HR y 20 ±2ºC), las probetas de mortero se
colocaron en una cámara de carbonatación. Esta cámara de carbonatación consistía en un
recinto cerrado en el que se aseguraba una humedad relativa ambiente de 43.2% con una
disolución de K2CO3 (E 104-02 ASTM). La cámara se saturó en CO2 insuflando el gas 2-3
veces por día. Las probetas de mortero fueron extraídas a los 4 y 8 meses de exposición, y
analizadas por diferentes técnicas y métodos; como el frente de carbonatación mediante el
ensayo de la fenoftaleína (UNE 112-011-94); resistencias mecánicas, porosimetria de
mercurio y caracterización mineralógica por DRX y SEM/EDX [9, 19].
Los resultados obtenidos en este estudio han demostrado que los morteros de estos
cementos alcalinos experimentan una carbonatación más intensa y profunda que los
correspondientes morteros de cemento Pórtland.
.
RESISTENCIAS
MECÁNICAS (MPa)
120
100
80
60
40
20
0
28 días curado
CEMENTO
4 meses
carbonatación
ESCORIA + WATERGLASS
8 meses
carbonatación
ESCORIA + NaOH
Fig. 6. Evolución de las resistencias mecánicas de los morteros durante el ensayo de
carbonatación
En la Fig. 6 se muestra la evolución resistente de los morteros con el tiempo de
carbonatación. Los morteros de cemento Pórtland experimentan un incremento del 26%
de las resistencias mecánicas después de 4 meses de carbonatación con respecto a las
obtenidas a los 28 días de curado, sin embargo, entre 4 y 8 meses de carbonatación las
resistencias mecánicas se mantienen.
El efecto de la carbonatación sobre la evolución resistente de los morteros de escoria
activada depende del tipo de activador alcalino empleado. Los morteros de escoria
activada con waterglass sufren una ligera disminución de las resistencias mecánicas del
14% a los 4 meses de carbonatación, manteniéndose esos valores de resistencia a los 8
meses de ensayo. La evolución de las resistencias mecánicas de los morteros de escoria
activada con NaOH es similar a la de cemento Pórtland, si bien, los primeros presentan
valores muy inferiores. Los morteros de escoria activada con una disolución de NaOH,
incrementan hasta un 93% sus resistencias mecánicas a los 4 meses de ensayo, no
experimentando variaciones cuando el ensayo continúa hasta los 8 meses de
carbonatación.
Los resultados obtenidos a través de las otras técnicas utilizadas en este estudio explican
este comportamiento resistente. En la Tabla 4 se muestra la porosidad total y diámetro
medio de poro de los diferentes morteros.
Tabla 4. La distribución de tamaño de poros, porosidad total y diámetro medio de poro de
los diferentes morteros
Mortero
Porosidad Total (%)
Diámetro medio de Poro (µ
µm)
28 días
4 meses
8 meses
28 días
4 meses
8 meses
Carbon.
Carbon.
Carbon.
Carbon.
11.00
11.64
9.91
0.0125
0.0300
0.0267
Escoria+Wg
15.08
15.08
0.0870
0.00671
0.0593
Escoria+ NaOH 20.24
12.85
9.15
9.15
0.0419
0.0287
0.0449
Cemento
En estas condiciones de ensayo, en los morteros de cemento Pórtland, la carbonatación es
superficial (escasamente 1 mm de espesor), precipitando CaCO3 en los poros de la matriz
(ver Fig. 7) que actua como un rellenador de poros e impidiendo el paso de más CO2 hacia
el interior del mortero. Esto unido a que los procesos de hidratación han continuado, el
resultado final es una densificación y compactación del mortero (con una reducción en el
tamaño medio de poro) explicando el incremento de resistencias mecánicas observado.
En los morteros de escoria activada alcalinamente, los resultados obtenidos han
demostrado que la carbonatación ocurre directamente sobre el gel C-S-H; sin embargo el
efecto sobre las propiedades mecánicas de los morteros es diferente. Una explicación a
este comportamiento podría ser que los morteros de escorias activadas con waterglass
experimentan fuertes retracciones al secado, provocando un gran número de fisuras. Esta
mayor fisuración facilita la entrada de CO2 hacia el interior del mortero. La interacción del
CO2 con el gel C-S-H, formado en estas pastas, origina una descalcificación del mismo,
con la formación de partículas blancas de aspecto esponjoso, cuya composición es
básicamente Si, Al, Mg y Na, con muy bajo contenido en Ca (ver Fig. 8). Esta
descalcificación provoca una pérdida de cohesión del mortero (aspecto que es observado a
través de SEM) que induce incrementos en el tamaño de los poros y explica la
disminución de resistencias observada. La carbonatación de los morteros de escoria
activada con NaOH provoca también una descalcificación del gel C-S-H, sin embargo, al
igual que sucede en los morteros de cemento Pórtland, se produce un aumento de la
cohesión interna, con una disminución en la porosidad y un aumento de las resistencias
mecánicas. Este diferente comportamiento se interpreta que está relacionado con las
diferencias existentes en la composición y estructura del gel C-S-H dependiendo del tipo
de activador.
a)
b)
c)
Fig. 7.- Morteros de cemento Pórtland; a) antes de la carbonatación, b) 8 meses de
carbonatación, c) cristales de calcita después de 8 meses de carbonatación
a)
b)
Fig. 8.- Morteros de escoria activada con waterglass. A) antes de la carbonatación, b) 8
meses de carbonatación
Agradecimientos
Las autoras quieren agradecer al Ministerio de Educación y Ciencia la financiación de los
proyectos MAT2001-1490 y CTM2004-06619-CO2-01. También quieren agradecer a A.
Gil-Maroto, M. M. Alonso su colaboración en la realización de los diferentes ensayos. M.
Palacios agradece al CSIC y al Fondo Social Europeo la financiación de su contrato
postdoctoral.
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