Índice de Puzolanidad para un tipo de Cemento I.
RESUMEN
II. OBJETIVOS 2.1. Comprender la importancia de la norma ASTM C 989. 2.2. Entender la importancia de la realización del ensayo según la norma ASTM c-109. 2.3. Determinar el índice de actividad puzolánica utilizando cemento tipo I de la bolsa verde Pacasmayo. III. MARCO TEORICO Las adiciones minerales son mmateriales inorgánicos que son incorporados al cemento o al concreto, en diferentes porcentajes, con el fin de mejorar sus propiedades. A. VENTAJAS Mejores propiedades: - Mayor durabilidad. - Menor calor de hidratación. - Mayores resistencias. Ahorro de energía no renovable Protección del medio ambiente Reducción de la emisión de CO2, SO2, NOx. Uso de subproductos industriales. B. CLASIFICACIÓN DE PUZOLANAS: Naturales: - Cenizas volcánicas -Tufos o tobas volcánicas (zeolitas) - Tierras de diatomeas (diatomitas) Artificiales: - Cenizas volantes - Arcillas activadas térmicamente - Microsílice (silica fume) - Cenizas de cáscara de arroz - Escoria de Alto Horno 3.1. Puzolana: Material silíceo o sílico-aluminoso, que por sí mismo puede tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividido y en presencia de agua, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas Las puzolanas naturales constituyen la adición mineral del cemento de mayor uso en Perú. En la producción de los cementos y de concreto se considera además de las puzolanas tradicionales obtenidas de las explosiones volcánicas, otros materiales, incluyendo los artificiales o subproductos, que tienen características puzolánicas, definidas por su capacidad de reacción a temperatura ambiente con el hidróxido de calcio. •
Las puzolanas, como otras adiciones minerales se encuentran dentro del diagrama de fases SiO2, Al2O3, Fe2O3. Se han desarrollado diversos métodos de evaluación de carácter químico, físico y mecánico. En el trabajo se investigan los métodos mecánicos, conocidos como el Método de la Cal y el Método del Cemento, que de acuerdo a la experiencia internacional son los más confiables para evaluar la performance de la puzolana en el cemento.
3.2. Tipos De Puzolanas: A. Puzolanas Naturales: Cenizas volcánicas.- Se forman por erupciones de carácter explosivo, en pequeñas partículas que son templadas a temperatura ambiente, originando la formación del estado vítreo. Tufos o tobas volcánicas (zeolitas).- Producto de la acción hidrotermal sobre las cenizas volcánicas y de su posterior cementación diagenética. Tierras de diatomeas (diatomitas).- Puzolanas de origen orgánico. Depósitos de caparazones silíceos de microscópicas algas acuáticas unicelulares (diatomeas). Sub-productos industriales y materiales tratados B. Puzolanas Artificiales: térmicamente como: Cenizas volantes (fly ash).- Subproducto de centrales termoeléctricas que utilizan carbón pulverizado como combustible. Polvo fino constituido esencialmente de partículas esféricas. La Norma ASTM C 618 define tras clases de cenizas volantes: Cl ase N — Puzolana natural, cruda o calcinada que cumple con los requerimientos aplicables dados como por ejemplo, a algunas tierras de diatomeas, opalinas y esquistos, tobas y cenizas volcánicas o piedra pómez, calcinadas o no calcinadas; así mismo, varios materiales que requieren calcinación para inducir propiedades satisfactorias, tales como arcillas y lutitas (rocas sedimentarias de gano muy fino) : Producidas por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso. Cl ase F Cenizas que poseen propiedades puzolánicas. : Producidas por la calcinación de carbón sub-bituminoso o lignito. Esta Cl ase C clase de cenizas, además de tener propiedades puzolánicas, también tienen propiedades cementantes. Arcillas activadas térmicamente.- Las arcillas naturales no presentan actividad puzolánica a menos que su estructura cristalina sea destruida mediante un tratamiento térmico a temperaturas del orden de 600 a 900 °C Microsílice (silica fume).- Subproducto de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en hornos de arco eléctrico para la producción de silicio o
aleaciones de ferrosilicio. El material que es extremadamente fino es colectado por filtración de los gases de escape del horno, en filtros de mangas. Cenizas de cáscara de arroz.- Producida por la calcinación controlada de la cáscara de arroz. Consiste básicamente de: -Sílice amorfa (>90 %) -Estructura celular de gran área superficial (50 a 60 m2/g) -Posee gran actividad puzolánica.
3.3. Métodos para evaluar la Puzolanidad.- Para determinar la Actividad Puzolánica de un material existen diferentes métodos tanto de carácter químico como mecánico, según sé referencia en las normas Colombianas, ICONTEC, y en el resto de normas, tales como ASTM y UNE. - Método químico o de Frattini, ICONTEC 1512 (UNE 80280/88; EN 196-5). - La evaluación del Índice de Actividad Puzolánica con Cemento, ASTM C-311 - La norma ASTM C618 establece un índice mínimo, (R muestra / R Patrón ) del 75% para clasificar un material como de carácter puzolánico. - La evaluación del Índice de Actividad Resistentes con Cementos Pórtland, UNE 83451-86. - El Índice de Actividad Puzolánica con Cal, ASTM C-311. - Otros métodos mecánicos para evaluar la puzolanicidad son los de Feret y Pauli (módulo de la efectividad de la puzolana). A. Propiedades a evaluar en una puzolana- En una puzolana es requisito indispensable evaluar sus características físicas y químicas y su efecto en las propiedades finales del cemento o del hormigón según el caso. Se debe tener conocimientos de los siguientes aspectos: - Composición química (óxidos de sílice, hierro, aluminio, calcio, magnesio, álcalis y otros componentes menores). - Propiedades físicas (finura - gravedad específica). - Micro estructura (SEM). - Espectroscopia IR y DRX (compuestos y cristalinidad). - Actividad puzolánica (ensayo de Frattini, evaluación con cemento y con calnormas ICONTEC y ASTM). - Requerimiento de agua. - Efecto de contracción por secado. - Efecto en las propiedades finales del cemento (calor de hidratación y resistencias mecánicas). - Ensayos de durabilidad en concordancia con el medio de servicio (efectos en la reactividad álcali- agregado, efectos en el ataque por sulfatos, carbonatación, cloruros y otros ensayos requeridos en concordancia con el futuro de ambiente de servicio). - Proporción optima de uso. - Especificación del producto y recomendaciones finales. 3.4. Causas de la actividad puzolánica: La actividad puzolánica responde a un principio general. Dicho principio se basa en que la sílice y la alúmina, como componentes
ácidos de materiales puzolánicos, reaccionan con la cal a condición de que sus uniones en dichos materiales sean lábiles. No pueden considerarse aparte las acciones de la sílice y de la alúmina, ya que la presencia de esta última favorece en gran medida la acción puzolánica, directamente por sí e indirectamente al implicar su presencia un mayor contenido de álcalis, que se fijan parcialmente en los nuevos productos resultantes de la reacción puzolánica, los cuales tiene el carácter de pseudogeles. El óxido de hierro se supone que actúa como alúmina, pero de una forma más atenuada y lenta. Las estructuras zeolíticas se atacan por la cal más rápidamente que las verdaderas puzolanas totalmente vítreas y la fijan en mayor cantidad que la correspondiente a un intercambio catiónico con álcalis, lo cual indica una ruptura de la estructura reticular y de los enlaces químicos, lo que da lugar a una participación de la sílice y de la alúmina, que es más fácil con las estructuras zeolíticas que en las vítreas. En efecto, por lo que se refiere a las puzolanas de origen mineral, su actividad se ha atribuido tanto a los constituyentes amorfos como a los cristalinos, y en particular a los de naturaleza zeolítica. La gran reactividad de las puzolanas tanto naturales como artificiales, depende además de su composición química y mineralógica, y de la cantidad de fase amorfa o vítrea, de su gran superficie reactiva, de la presencia de álcalis, alcalinotérreos y del grado de condensación de grupos como SiO44 , Al(OH)4 . –
–
Puzolanas: Normalización: Puzolanas: Adición Mineral Del Cemento. A. Normas De Requisitos NTP 334.090:2001 CEMENTOS: Cementos Portland Adicionados. Requisitos ASTM C 595 - 00 Standard Specification for Blended Hydraulic Cements Tabla 2: Requisitos de la puzolana para su uso en cementos Portland Adicionados PUZOLANA REQUISITOS Finura: Retenido malla 45 µm (N° 325), % max. Índice de actividad puzolanica: con cemento Portland, 28 días, % min
20,0 75
Índice de actividad puzolanica: Método de la cal, resistencia a la compresión a 5,5 los 7 días, MPa, min
Puzolanas: Adición Mineral Del Concreto
A. Normas De Requisitos PNTP 339.XXX CEMENTOS. Adiciones minerales del concreto: puzolana natural cruda o calcinada y ceniza volante.Especificaciones
ASTM C 618 - 99 Standard Specifications for Coal Fly Ashand Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as Mineral Admixture in Concrete Clasificación (Norma ASTM C 618): Clase N: Puzolanas naturales crudas o calcinadas, tal como las diatomitas; tufos y cenizas volcánicas, calcinadas o sin calcinar; y materiales que requieren de calcinación para inducir propiedades satisfactorias. Clase F: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas. Clase C: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón sub-bituminoso o lignito. Esta clase de ceniza, además de tener propiedades puzolánicas, también tiene propiedades cementantes
Tabla 3: Requisitos Químicos (ASTM C 618 – 03) COMPOSICION QUIMICA
N
CLASE F
C
Dióxido de silicio + oxido de aluminio + óxido férrico, min. % 70.0
70,0
50,0
Trióxido de azufre, máx. %
4,0
5,0
5,0
Contenido de humedad, máx, %
3,0
3,0
3,0
Perdida por calcinación, máx, % 10,0 6,0 6,0 Se puede emplear puzolana de Clase F con contenidos de hasta 12 % de pérdida por calcinación si cuenta con registros de performance o resultados de ensayos de laboratorio aceptables.
Tabla 4: Requisitos Químicos Opcionales Suplementarios COMPOSICION QUIMICA Álcalis disponibles, como Na2O equivalente, máx., % B
N
CLASE F
C
1.5
1.5
1.5
El requisito opcional es aplicable solo en caso sea solicitado específicamente. Aplicable solo en caso sea solicitado específicamente para adiciones minerales a ser empleadas en concreto que contiene agregado reactivo y cemento con restricción sobre el contenido de álcalis
TABLA 5: Requisitos Físicos de Puzolana CLASE
COMPOSICIÓN QUÍMICA
N
F
C
Finura: Cantidad retenida en el tamizado vía húmeda en la malla de 45 mm (N° 325), máx., %A
34
34
34
Índice de actividad resistente Con cemento portland, a 7 días, mín., % Con cemento portland, a 28 días, mín., %
75 75
75 75
75 75
Demanda de agua, máx., % del control
115
105
105
Estabilidad Expansión o contracción en autoclave, máx., %
0.8
0.8
0.8
5 5
5 5
5 5
Requisitos de uniformidad: Densidad, máxima variación del promedio, % Porcentaje retenido sobre malla 45 µm (N° 325), variación máx., puntos porcentuales del promedio
B. NORMAS DE MÉTODOS DE ENSAYO NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la finura por tamizado húmedo con tamiz normalizado de 45mm (N° 325). •
•
•
NTP 334.066:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad puzolánica utilizando cemento portland. NTP 334.055:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad puzolánica por el método de la cal
3.5. ÍNDICE DE ACTIVIDAD PUZOLÁNICA CON CEMENTO PORTLAND Índice de actividad puzolánica con cemento Portland:
IV.
A=
Resistencia a compresión de los cubos del mortero de ensayo (puzolana y cemento).
B=
Resistencia a la compresión de los cubos del mortero patrón (cemento).
EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS:
4.1. Equipos: - Equipo de compresión del Laboratorio de Cerámicos UNT 4.2. Materiales: - Cemento de tipo I (bolsa verde) - sedimento - Badilejo - Bandejas - Moldes metálicos de 5x5 - Bolsas - Aceite 4.3. Instrumentos: - Balanza (30kg.) - Vaso de precipitación de 500 ml V.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparación de los moldes de 5x 5cm a los cuales engrasamos y fijamos para colocar la mezcla. Para lo cual seleccionamos los materiales para la mezcla sedimento Chavimochic, cemento tipo I, agua a, y pesar a las diferentes proporciones como se muestra en la siguiente tabla: Tabla 6. Ingredientes para cinco probetas de morteros (5x5x5 cm) con tres % de remplazo del cemento, por sedimento de Chavimochic. 0% 10% 20% 30% Cemento tipo I (g) 550 495 440 385 Arena (g) 1513 1513 1513 1513 Agua(mL)
266
266
166
266
Sedimento Chavimochic (g)
0
55
110
165
Luego se procede a la preparación de la mezcla para cada porcentaje establecido en la tabla anterior. Luego pasamos a colocar la mezcla en el molde compactando y golpeando para que se acomode mejor la mezcla. para poder pasar a dejar los moldes por 24 horas para luego desmoldar y colocar los moldes en un deposito con agua y cal. Asi después de los 7 días de curado las probetas pasaran a ser ensayadas a la resistencia a la compresión.
VI.
RESULTADOS Colocar en la Tabla 7, la resistencia a la compresión registrada a los 7 días de curado de las probetas. Velocidad de carga= 0.5 kN/s
Tabla 7. Resistencias de los morteros con diferentes remplazos de cemento por cenizas volantes CEMENTO TIPO I
F (kN)
R C R C 2 (N/mm ) (106 xPa)
Promediode R C Promedio, Rc en MPa
0% 10 % 20 % 30 %
Realizar una Grafica con los datos registrados en la tabla anterior para observar la resistencia alcanzada con el adicionamiento de sedimento Chavimochic.
Registrar en la siguiente tabla los resultados del índice de Puzolanidad % de Adición Promedio de la Rc de las índice de Puzolanidad probetas de cada % de adición 0 10 20 30
Realizar una gráfica del índice de Puzolanidad vs el % de sustitución
VII. VIII. IX.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: BIBLIOGRAFÍA
