Capacidad puzolánica

Transcripción

1 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. Más reactivas cuanto menor sea el tamaño de partícula y mayor la proporción de SiO 2 vitrea. Naturales: rocas volcánicas con alto contenido en fase vítrea. Artificiales: materiales con SiO 2 en estructura amorfa : 2 Humo de sílice, cenizas volantes, arcillas activadas, vidrio, cenizas agrícolas, escorias de alto horno. 33

2 Capacidad puzolánica Fraguado del cemento: 3CaO 2SiO 2 + agua 3CaO 2SiO2 4H2O + 3Ca(OH)2 Reacción puzolánica: 3Ca(OH)2 + 2SiO2 + H2O 3CaO 2SiO2 4H2O Medida de la capacidad puzolánica: 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 con y sin adición ió del material puzolánico. 34

3 Medida de la capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini Objetivo: Medir el calcio fijado por la puzolana Cemento + puzolana + agua en exceso Curación a 40ºC, durante 7 y 28 días Filtrado de la disolución Análisis de concentración de OH - y Ca 2+ ) Ca 2+ (mmol/l Puzolanidad de cementos Curva de Fratini OH -( mmol/l) 35

4 Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini 36

5 Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini 37

6 Caracterización de cenizas volantes y escorias GICC Capacidad puzolánica: Ensayo de Fratini Ca 2+ (m mmol/l) Escorias Gasificación Cenizas Combustión Cemento sin adiciones i 7 días 28 días 2 0 Cenizas Gasificación OH - (mmol/l) 38

7 Valorización en hormigón y morteros Probetas prismáticas 40 x 40 x 160 mm UNE-EN Métodos de ensayo de cementos. Parte 1. Determinación de resist. mecánicas Mortero Resistenciaa i Compresión (N/mm 2 ) 7 días 28 días 90 días Indice de Actividad Resistente (%) Cemento (ref.) Cemento/CV Cemento /ESm

8 Valorización en hormigón y morteros Actividad puzolánica Procesado Sustitución Cenizas Vol. Muy alta Ninguno Escorias Alta Molienda y cribado Cemento hasta 35% Ahorro en Materias primas (caliza, arcilla) Combustible Procesamiento de materiales Reducción de emisiones Reducción costes 40

9 Valorización en hormigón y morteros 41

10 Utilización en capas de base y subbase en carreteras Capa Tramo 1 Tramo2 Tramo3 Tramo4 Base Arido grueso Arido grueso 75% Árido Grueso 75% Árido Grueso 25% Escorias 25% Escorias Sbb Subbase 75% Árido Grueso 25% Escorias Aid Aridogrueso Aid Aridogrueso 75% Árido Grueso 25% Escorias 42

11 . Utilización de CV en cerámica extrusionada Mezcla al 10 % de cenizas volantes MEZCLA Ppc Contracción Absorción 900ºC 900ºC 900ºC Coeficiente de saturación 900ºC Resistencia 900ºC % % % Mpa Patrón 478 4, ,14 10, , ,38 CV10 4,60 0,36 8,67 0,71 12,33 43

12 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. Mezclas Pérdida al fuego Contracción en Succión Absorción % cocción % g/cm 2 min % 935ºC 970ºC 935ºC 970ºC 935ºC 970ºC 935ºC 970ºC Patrón E E

13 . Valorización de CV y escorias en cerámica Se pueden obtener productos cerámicos de construción a temperaturas hbi habituales de cocción ( ºC) empleando mezclas de arcillas con cenizas volantes o escorias GICC. Los productos elaborados no presentan alteraciones significativas en la apariencia y ven mejoradas algunas de sus propiedades p por la adición de CV o Escorias: Mejora Mj la sinterización it i ió de la pasta Menor absorción de agua Mayor resistencia a la helada Mejores resitencias mecánicas 45

14 Vidrios y Vitrocerámicos Fusión de escorias sin aditivos Desprendimiento nt gaseoso s a partir de 1200ºC Fundido muy viscoso dificulta la liberación de gases Expansión-espumado Adición de fundentes Carbonato cálcico precipitado de azucarera CP Casco de vidrio CS 46

15 40% Escoria Diseño de la mezcla vitrificable ECSCP 30% Carbonato Cálcico precipitado 30% Casco de vidrio % ES CP CS ECSCP SiO Al 2 O Fe 2 O MgO CaO Na 2 O K 2 O TiO P 2 O LOI SO

16 Obtención del vidrio ECSCP 48

17 Vitroceramicos de gehlenita-anortita-mullita Fusión y obtención del vidrio fritado por inmersión del fundido en baño 800ºC de agua. 850ºC 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 ºC mm de altura aproximada por prensado uniaxial con el vidrio pulverizado. 1000ºC Tratamientos térmicos para desvitrificación controlada entre 800 y 1100ºC y tiempo variable entre 5 minutos y 1 hora. Probetas 30 min 49

18 Análisis microestructural 800ºC 900 ºC 1000 ºC 200 µm 1100 ºC Probetas 30 min 50

19 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: Absorción de agua para el curado interno -SiO2 vítrea: Refuerzo de la zona de contacto árido-pasta 51

20 Áridos ligeros expandidos: Requisitos de MP SiO Composición química: SiO2, Al2O3, y óxidos fundentes dentro de la zona de Riley: Presencia sustancias que liberen gases alatª de tratamiento Al 2 O 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,

21 Obtención de áridos ligeros expandidos Materias primas naturales o residuales 53

22 Proceso de obtención de áridos ligeros ESCORIAS GICC < 15 1,5 mm CRIBADO >1,5 15 mm COCCIÓN 1175ºC, 30min MEZCLA 50% GRANULACIÓN CENIZAS VOLANTES GICC GRANULACIÓN SECADO 110ºC PRECALENTAMIENTO 750 ºC, 30 min CRIBADO MOLIENDA >10 mm < 10 mm COCCIÓN 1175ºC, 15 min CLASIFICACIÓN ARIDOS AL-ES ARIDOS Al-CVES AL-CVES ARIDOS AL-CV 2-4, 4-8, 8-10 mm mm mm 54

23 Áridos ligeros de cenizas volantes AL-CV 1175ºC 110ºC 750ºC 55

24 Condiciones óptimas de obtención de áridos ligeros Ciclos de calentamiento Una etapa: 1175ºC 2 etapas: 750ºC y 1175ºC Absorción No presentan diferencias Densidad d Resistencia mecánica Ecotoxicidad 56

25 Condiciones óptimas de enfriamiento Enfriamiento lento Enfriamiento rápido Diferencias en resistencia mecánica 57

26 Áridos ligeros expandidos AL-ES Fracciones granulométricas (mm) 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 Densidad d aparente (kg/m 3 )

27 Áridos ligeros expandidos AL-CVES 160 Escorias Finos de escorias 140 % altura Temperatura (ºC) 59

28 Ensayos Norma UNE UNE-EN Áridos ligeros. Parte 1: Áridos ligeros para hormigón, mortero e inyectado. Unidades ARLITA G3 AL- CV AL-CVES AL-ES ARLITA F3 Cloruros % Cl - < 0,02 0,016 0,014 0,011 0,010 Azufre total %S <0,07 0,56 0,48 0,42 0,42 Forma de partícula esférica esférica esférica irregular esférica Tamaño de partícula mm Densidad d aparente kg/m ± Absorción de agua Resistencia a la desintegración Resistencia a los ciclos hielo/deshielo % masa seca % pérdida de masa % pérdida de peso 22,2 11,2 12,5 16,7 37,9 n.d n.a , , , , ,51 n.d. = no declarado n.a. no analizado 60

29 Áridos ligeros Arlita (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) Adaptado de: Litvin, A., Fiorato, A.E.: Lightweight Concrete for Cold Water Pipes, Concrete International 3 (3) 1981,

30 Utilización de áridos AL-ES en morteros y hormigón Densidad áridos (kg ( kg/m 3 ) AL-ES AL-CV Densidad hormigón n (kg ( kg/m 3 ) Resistencia a compresión n hormigón i (MPa MPa) Mortero AL-ES Hormigón AL-ES 62

31 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 1175ºC Si Si Si? Clasificación Si Si Si Costes recuperación canteras Si No No 63

32 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 comerciales usando ciclos térmicos habitualesales de producción industrial. La sustitución ió de materias primas naturales por escorias y cenizas volantes GICC para elaborar áridos ligeros expandidos es económicamente viable y contribuye a la sostenibilidad medioambiental. 64