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Materiales Cementantes Suplementarios

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ResumenIntroduccin a SCMs

Efectos sobre las propiedades del concreto (77)Concreto Fresco

Trabajabilidad, Sangrado, Contenido de Aire, Hidratacin, Tiempo de Fraguado

Concreto Endurecido:Resistencia, Permeabilidad, Impermeabilidad, Resistencia a la corrosin, ASR, ataque por sulfatos

Diseos de MezclasDosificaciones Tpicas

Mezclas Ternarias

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Materiales Cementantes SuplementariosDEFINICIN: Un material que utilizado en conjunto con cemento portland o cemento mezclado, contribuye a las propiedades del concreto endurecido a travs de actividad hidrulica, puzolnicao ambas.

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SCM: Un material que utilizado en conjunto con cemento portland o cemento mezclado, contribuye a las propiedades del concreto endurecido a travs de actividad hidrulica, puzolnicao ambas.

Puzolana: un material siliceoo alumino-siliceoque dividido finamente y en la presencia de humedad, reacciona qumicamente con el hidrxido de calcio producido por la hidratacin del cemento portland para formar compuestos con propiedades cementantes (CSH)

Un cemento hidrulico reacciona qumicamente con agua para formar compuestos (hidratos) que tienen propiedades cementantes (Por ejemplo el cemento portland)

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Materiales Cementantes

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Puzolanas

No poseen valor cementante hasta que son divididos finamente y mezclados con agua y cemento.

Arcillas, esquistos, slex

Cenizas Volantes Clase F

Humo de Slice

Metakaolina

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Reaccin PuzolnicaLa tasa de reaccin puzolnicaes influenciada por un nmero de factores.

Las puzolanas ms finas, con mayor rea de superficie (humo de slice), reaccionan ms rpido

Composiciones cristalinas afecta la reaccin. Los cristales en cenizas volantes con alto % de calcio reaccionan ms rpido

La reaccin puzolnicaes muy sensible a la temperatura y reacciona ms rpido a temperaturas ms elevadas

Los cristales se vuelven ms solubles a pH elevado y reaccionan ms rpidamente. La tasa de reaccin puzolnicaaumenta en la medida en la que aumenta la concentracin de alkalinosen el sistema.

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FlyAsh Cenizas Volantes (26)

Slag Escoria de Alto Horno (39)

SilicaFume Humo de Slice (57)

Puzolanas Naturales (70)Metakaolin Metacaoln (74)

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Ceniza Volante es el residuo fino de la produccin de energa elctrica en termoelctricas a base de la quema de carbn.

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Escoria Granular Pulverizada de Alto Horno (GGBFS)

Es el material vidrioso formado de la escoria derretida producida en hornos como residuo de la produccin del hierro utilizado para la fabricacin de acero.

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Cuando la escoria es enfriada rpidamente (por granulizacinu aglomeracin) se solidifica en forma de vidrio. Luego de esto se pulveriza a una finura comparable a la del cemento y es utilizado como MCS (SCM).

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Para producir escoria apropiada como material cementante para el concreto, esta debe ser:

Enfriada rpidamente por granulizacino aglomeracin

Secada para remover el agua utilizada en el enfriamiento

Pulverizada a una finura comparable al cemento

Solamente en su forma final procesada es que la escoria exhibe propiedades cementantes utilizables

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El enfriamiento por granulizacininvolucra vertirla escoria derretida a un gran volumen de agua.

Solamente si se enfra rpidamente la escoria adquirir la estructura cristalina amorfa o vidriosa que reacciona con agua para formar compuestos cementicios.

La escoria enfriada mediante aire tiene poca o ninguna propiedad cementicia.

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Caractersticas Fsicas de GGBFS

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El material granulado se pulveriza a menos de 45 m utilizando un molino de balines o equipo similar.

El rea de superficie (finura) vara entre 400 y 600 m2/kg pero puede ser molido ms fino en algunos casos.

La densidad no-compactada vara entre 1050 y 1375 kg/m3

La gravedad especfica vara entre 2.85 y 2.95

Tiene forma angular

Color blanco o blanqusco

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Composicin Qumica de GGBFS

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Composicin Qumica Tpica de GGBFS

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La GGBFS no es una puzolana

Es un material latentemente hidrulico

Sus hidratos sin similares a aquellos del cemento portland e incluyen CSH y varios compuestos tipo CA y CAS

Hidratar por si mismo al mezclarse con agua, sin embargo el proceso es muy lento

Los materiales latentemente hidrulicos requieren la adicin de un activador (alkalinoso arcillas) para promover una reaccin significativa

Los alcalinos presentes en el cemento portland y el hidrxido de calcio producido durante la hidratacin son activadores muy efectivos de la escoria.

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El humo de slice es un producto de silicio ultra fino, no-cristalino, obtenido como residuo de la produccin de aceros silicios y aleaciones ferro-siliceasen hornos de arco elctrico.

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El humo de slice es un producto de silicio ultra fino, no-cristalino, obtenido como residuo de la produccin de aceros silicios y aleaciones ferro-siliceasen hornos de arco elctrico.

En la produccin de metales siliceos, se calienta cuarzo de alta pureza con carbny coque o madera, a temperaturas de 2000C en un horno de arco elctrico para remover el oxgeno (reduccin)

A medida que la temperatura cae en la chimenea, el xido de silicio se condensa en pequeas gotasde humo de slice que luego se removidas de las emisiones gaseosas mediante una serie de filtros.

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Caractersticas Tpicas de Humo de SlicePor lo menos 85% SO

Casi completamente amorfo y vidrioso (alta reactividad)

rea de Superficie > 15000 m2/kg (CP = 350 m2/kg)

Partculas esfricas

Bajo contenido de carbn

*Altamente Reactivo!

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Caractersticas Fsicas del Humo de Slice

Forma partculas muy finas, esfricas y vidriosas

La mayora de las partculas miden menos de una micra con un tamao promedio de 0.1 mm

La gravedad especfica vera entre 2.20 y 2.25 pero puede llegar hasta 2.50

Generalmente gris oscuro a negro, pero hay humo de slice blanco para propsitos especiales

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Humo de Slice

Cmo ayuda?

Partculas 100X ms finas que el cemento

Reduce la permeabilidad del concreto endurecido

Menos segregacin y sangrado

Utilizado para controlar agregados reactivos

Implicaciones

Menos trabajabilidad

Requiere ms agua

Requiere ms aire

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Especificacin para el Humo de Slice

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Puzolanas NaturalesLas puzolanas naturales son materiales sin procesar o calcinados obtenidos de depsitos naturales como lo son las cenizas volcnicas.

Ceniza Volcnica

Tierra Diatomica

Slex y Esquisto Opceo

Esquisto Calcinado

Arcilla Calcinada

Metacaoln

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La mayora de las puzolanas hoy en da son materiales procesados:

Arcilla y Esquisto Calcinado

Calentado entre 600 y 1100C

La temperatura de calentamiento es crtica para optimizar la reactividad

Pulverizado

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Especificaciones y Clases de Puzolanas

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Metacaoln

Tipo especial de arcilla

Calentada a 650~800C para maximizar reactividad

Pulverizada a 1 a 2 mm

Peso Especfico Tpico de 2.5

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Metacaoln

El uso apropiado de SCMspuede:

Mejorar las propiedades reolgicasdel concreto hacindolo ms fcil de bombear, colocar y acabar

Incrementar la resistencia del concreto

Reducir la permeabilidad al agua y a otros fluidos

Incrementar la resistencia a iones cloruro

Reducir la tasa de corrosin del acero embebido

Incrementar la resistencia al ataque de sulfatos

Eliminar la expansin debido a la reaccin alkali-silica(ASR)

Minimizar el riezgode la formacin tarda de ettringuita(DEF)

OJO: Hay que hilar fino con la dosificacin, compatibilidad y tipo de SCM

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An as, el desempeo del concreto est influenciado por:

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El tipo de SCM utilizado

El nivel de remplazo

La composicin del cemento base

La calidad del concreto

el curado

el buen curado

el mal curado

Otros factores

Los SCM no son la cura para todos los males. Es posible utilizarlos mal.

Efectos en las Propiedades del Concreto

Trabajabilidad (78)

Sangrado (81)

Contenido de Aire

Hidratacin

Tiempo de Fraguado

Resistencia

Permeabilidad

Corrosin ASR

Ataque de Sulfatos

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Aqu ms o menos iniciamos a hablar de patologas del concreto.

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Cenizas Volantes y el Tiempo de Fraguado

Las cenizas tienen un efecto retardante

Las cenizas tipo C (en dosis tpicas), tienden a retardar ms que las cenizas tipo F, pero an no se entiende completamente esto.

Algunos problemas recientes con Cenizas Tipo C y concretos que nunca fraguaron.

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Concreto en altas temperaturas

Reductor de Agua Normal

Ceniza tipo C (ciertos tipos)

Cemento Portland (bajo en sulfatos)Importado a USA durante era de escasez

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W/C = 0.37

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Resumen de Efectos en el Concreto Fresco

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La mayora de los beneficios de la utilizacin de SCMsse relacionan a los efectos que tienen sobre la estructura de poros:

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Estos efectos reducen la permeabilidad del concreto y por ende lo hacen ms resistente a la penetracin de agentes nocivos.

Reaccin Puzolnica: Remplazando el CH que es poroso por CSH, CAH y CASH

Efecto de Pared: Se densifica la interface de transicin entre la pasta de cemento y los agregados

Bloqueo de Poros: Ocurre por una combinacin de estos factores

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Sin embargo, algunos de los efectos beneficiosos tambin se pueden atribuir a mecanismos qumicos:

Por ejemplo:

Los silicatos reactivos en las puzolanas como el humo de slice y las cenizas volantes enlazan algunos de los alcalinos liberados por el cemento durante su hidratacin . Esto reduce significativamente el riesgo de reaccin ASR

La reaccin puzolnicaconvierte el CH a CSHEsto aumenta la resistencia al ataque de cidos (el CH es muy solubrea bajos pH)

Tambin se incrementa la resistencia a los sulfatos (el CH se convierte fcilmente en gypsum)

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