ACCIONA (2009) - Hormigón com Nanosílice

HORMIGÓN CON NANOSÍLICE

5° TANQUE ENAGAS

DEPARTAMENTO DE I+D+i

Julio 2009

Hormigón con nanosílice.

Departamento I+D+i

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1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 3

2 VENTAJAS........................................................................................................................... 3

3 EFECTOS DE LA NANOSÍLICE EN LA MATRIZ DE HORMIGÓN...................... 4

3.1 Efectos químicos: ........................................................................................................ 4

3.2 Efectos físicos: ............................................................................................................. 5

4 FICHA TÉCNICA ADITIVO GAIA NANOSÍLICE .................................................... 7

5 ENSAYOS REALIZADOS EN MAYO: CARACTERIZACIÓN DOSIFICACIÓN HORMIGÓN CON NANOSÍLICE. ........................................................................................ 8

5.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 8

5.2 PROTOCOLO DE ENSAYOS .................................................................................. 8

5.3 Dosificación hormigón: ............................................................................................. 9

5.4 ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN. HORMIGÓN FRESCO...................... 10 5.4.1 Análisis de la consistencia: ............................................................................................10

Prueba 1: ........................................................................................................................................10 Prueba 2: ........................................................................................................................................11 Prueba 3: ........................................................................................................................................12 Prueba 4: ........................................................................................................................................12 Prueba 5: ........................................................................................................................................13 Prueba 6: ........................................................................................................................................14 Conclusión ....................................................................................................................................14

5.4.2 Análisis del contenido del aire ocluido: ...........................................................................14 Conclusión ....................................................................................................................................15

5.4.3 Análisis de la densidad:......................................................................................................15 Conclusión ....................................................................................................................................15

5.4.4 Análisis del contenido de árido grueso y módulo granulométrico del árido: ............16

5.5 ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN. HORMIGÓN ENDURECIDO ......... 16 5.5.1 Resultados resistencias a compresión:..............................................................................16 5.5.2 Resultados durabilidad del hormigón:............................................................................17 5.5.3 Resultados de homogeneidad del hormigón:..................................................................17 5.5.4 Condiciones de humedad y temperatura.........................................................................17

5.6 HORMIGÓN VERTIDO EN MOCKUP............................................................... 18 5.6.1 Acabado final superficial:...................................................................................................19 5.6.2 Testigos hormigón con malla nervometal:.......................................................................19

6 CONCLUSIÓN FINAL .................................................................................................... 20

7 ANEXOS............................................................................................................................. 20

7.1 Anexo 1: ...................................................................................................................... 20

7.2 Anexo 2: ...................................................................................................................... 22


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1 INTRODUCCIÓN

La nanosílice es un producto basado en el precipitado de nanosílice sintética (de mayor

finura que la microsílice), de elevada pureza y altamente reactiva, que ofrece las mismas

ventajas y efectos que la microsílice pero eliminando prácticamente toda su

problemática y limitaciones.

La nanosílice se modifica para que sea estable en agua y evitar la agregación de

partículas.

2 VENTAJAS

Las ventajas que aporta el aditivo de nanosílice en la matriz de hormigón son las

siguientes:

� Aumenta la viscosidad de la fase líquida, mejorando la resistencia a la

segregación y la trabajabilidad.

- Fotografía electrónica TEM de

nanosílice a 100 nm - Fotografía electrónica SEM de nanosílice desecada.


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� Acelera la hidratación, actuando como centros de cristalización.

� Rellena huecos disminuyendo la porosidad del hormigón y por tanto mejora la

durabilidad del hormigón.

� Evita la enfermedad de la silicosis en comparación con el humo de sílice.

� Cuida el medioambiente, y evita la contaminación por partículas.

3 EFECTOS DE LA NANOSÍLICE EN LA MATRIZ DE HORMIGÓN

Efectos químicos y físicos.

3.1 Efectos químicos:

Las reacciones químicas de hidratación de los compuestos del cemento, son las

responsables de los procesos de fraguado y adquisición de resistencias de los materiales

base cemento. Los compuestos hidratados mayoritarios resultantes son los siguientes:

� Gel C-S-H: constituye entre un 50-60 % del volumen del total de la pasta de

cemento hidratada y aporta al material endurecido una matriz que conecta y une

los áridos.

� La portlandita Ca (OH)2: constituye entre el 20-25 % del volumen de la pasta de

cemento hidratada. Al contrario que el gel CSH, tiene una estequiometría

definida y es un compuesto cristalino, tendiendo a formar grandes cristales de

simetría hexagonal o prismática. En función del espacio disponible para su

formación, temperatura e impurezas del sistema. En comparación con el gel

CSH apenas contribuye a crear resistencia, debido a que su carácter enlazante es

mínimo. Esto es debido al mayor tamaño de sus cristales, que condiciona que

tenga una menor superficie específica.

La nanosílice reacciona con la portlandita libre (actividad puzolánica) generada en la

hidratación del cemento para formar más gel C-S-H.


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Por lo tanto, al aumentar la producción de gel C-S-H, aumentan las resistencias

mecánicas. Al disminuir la cantidad de Portlandita mejora la durabilidad del

hormigón, ya que ésta puede reaccionar con agentes químicos externos.

La reactividad de la nanosílice está directamente relacionada con el tamaño de

partícula. Además, la reacción puzolánica entre la portlandita y el gel C-S-H continúa

lentamente durante un prolongado periodo de tiempo. Por lo que las resistencias

mecánicas siguen aumentando a edades avanzadas, más de 28 días.

3.2 Efectos físicos:

Debido a que se genera más gel C-S-H, las cadenas de silicatos han aumentado de

tamaño, rellenando huecos y aumentando consecuentemente las resistencias. Éste efecto

es mayor a primeras edades debido a que la reacción es más enérgica por haber más

cantidad de portlandita a edades tempranas, se forma mayor cantidad de gel.

Al aumentar la cantidad de finos mediante la adición de nanosílice también se mejora la

reología de la mezcla al presentar una menor oposición al fluir, se produce una mezcla

más homogénea. Lo cual se traduce en mayor compacidad y durabilidad frente a

ataques químicos.

Portlandita Ca(OH)2

Gel C-S-H


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- Distribución de partículas homogénea y

compacta.


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4 FICHA TÉCNICA ADITIVO GAIA NANOSÍLICE


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5 ENSAYOS REALIZADOS EN MAYO: CARACTERIZACIÓN DOSIFICACIÓN

HORMIGÓN CON NANOSÍLICE.

5.1 OBJETIVO

El objetivo de los siguientes ensayos es, obtener un hormigón de consistencia baja (6 ± 2

cm de consistencia) pero a la vez trabajable durante un periodo de tiempo de 1 hora

aproximadamente, ya que se aplicará a una estructura en forma de cúpula. La zona de

arranque de la cúpula tiene una inclinación de 30 ° con un espesor de 40 cm y a los 5 m,

el ángulo de inclinación es de 27° y espesor 20 cm. Para ello, se realizaron ensayos

preliminares en matriz de hormigón con un aditivo que contiene nanosílice de las

características apropiadas en su composición para mejorar la reología y compensar la

reducción de la cantidad de cemento, ya que dicho aditivo aumenta las resistencias

mecánicas sobre todo a edades tempranas.

5.2 PROTOCOLO DE ENSAYOS

Para los ensayos de caracterización de la dosificación del hormigón con nanosílice, se

fabricaron en planta 6 amasadas de 4 m3 cada una.

A pie de obra, se tomaron muestras de hormigón de cada amasada al inicio de la

descarga, a un cuarto y a los tres cuartos para realizar los ensayos de caracterización de

la dosificación prueba.

Con cada muestra de hormigón fresco se llevaron a cabo los siguientes análisis de

caracterización: consistencia del hormigón con el cono de Abrams (según UNE

83313:90), contenido de aire ocluido (según UNE 83315:96), densidad (según UNE

833117:91) y contenido de árido grueso (según UNE 7295:76). Además en cada análisis

se toma la medida de la humedad, temperatura ambiente y temperatura del hormigón.

También se fabricaron 90 probetas cilíndricas de 15 X 30 cm para medir roturas a

compresión, durabilidad y homogeneidad del hormigón.


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Tabla resumen del protocolo de trabajo de los ensayos de caracterización del hormigón.

5.3 DOSIFICACIÓN HORMIGÓN:

La dosificación de hormigón con nanosílice que se caracterizó fue la siguiente:

DOSIFICACIÓN HNS

m3

Agua aditivos (l) 4,27

Agua añadida (l) 139,00

Agua total (kg) 143,27

A/c 0,41

CEM I 52,5 N/SR (kg) 350

Arena de huelva 0-4 (kg) 491

Arena de Excavo 0-4 (kg) 431

Árido de Excavo 4/12 (kg) 393

Árido de Excavo 12/25 (kg) 688

Polifuncional MELCRET PF 30 (%) 0,62

Polifuncional MELCRET PF 30 (kg) 2,17

Nanosílice (%) 1

Nanosílice (kg) 3,5

% Finos árido ≤ 0,063 mm 3,15

Densidad hormigón teórica (kg/m3) 2565,20


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5.4 ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN. HORMIGÓN FRESCO

Los ensayos realizados en hormigón fresco fueron: medida de la consistencia, aire

ocluido, densidad y peso granulométrico.

5.4.1 Análisis de la consistencia:

Se analizó la consistencia de los 6 hormigones prueba al inicio, a un cuarto y a tres

cuartos de la descarga del camión hormigonera.

ENSAYSO HORMIGÓN FRESCO

1ª descarga 2ª descarga 3ª descarga

P1 6 6 5

P2 5 5 5

P3 6 6 5

P4 6 6 6

P5 6 6 7

Cono de Abrams (cm)

P6 5 5 5

Mantenimiento de la consistencia

0

2

4

6

8

0 10 20 30 40 50

Minutos

cm

P1_1 P2_1 P3_1 P4_1 P5_1 P6_1

Representación gráfica del mantenimiento de la consistencia en el tiempo.

Prueba 1:


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1ª Descarga. Cono Abrams 6 cm. 2ª Descarga. Cono Abrams 6 cm.

3ª Descarga. Cono Abrams 5 cm.

Prueba 2:

1ª Descarga. Cono Abrams 5 cm. 2ª Descarga. Cono Abrams 5 cm


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Prueba 3:



Prueba 4:


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Prueba 5:



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Prueba 6:


Conclusión

La consistencia del hormigón en todos los ensayos realizados se mantuvo en un valor

de 6 ± 1 cm. El tiempo transcurrido desde la fabricación del hormigón hasta la

realización del último ensayo de la consistencia en cada prueba, fue de 45 a 69 minutos.

5.4.2 Análisis del contenido del aire ocluido:

Se analizó el aire ocluido de los 6 hormigones prueba al inicio, a un cuarto y a tres

cuartos de la descarga del camión hormigonera.


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ENSAYO HORMIGÓN FRESCO. AIRE OCLUIDO 1ª descarga 2ª descarga 3ª descarga

P1 1,9 2,2 2,2

P2 1,6 1,9 1,9

P3 1,9 2,1 1,9

P4 1,8 1,8 1,8

P5 2 1,9 2,2

Aire ocluido (% del

volumen del hormigón).

P6 1,9 1,8 1,8

Conclusión

El aire ocluido del hormigón se mantuvo en un valor de 2 ± 0,2 %, excepto en un caso

que se obtuvo un valor de 1,6 %.

5.4.3 Análisis de la densidad:

Se analizó la densidad de los 6 hormigones prueba al inicio, a un cuarto y a tres cuartos

de la descarga del camión hormigonera.

ENSAYO HORMIGÓN FRESCO. DENSIDAD HORMIGÓN


P1 2420 2410 2408

P2 2431 2419 2435

P3 2423 2414 2416

P4 2412 2417 2419

P5 2414 2410 2411

Densidad (kg/m3)

P6 2421 2424 2415

Conclusión

La densidad promedio del hormigón fresco de todas las pruebas realizadas fue de

2417,72 Kg/m3.


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5.4.4 Análisis del contenido de árido grueso y módulo granulométrico del árido:

Para el análisis del contenido de árido grueso y módulo granulométrico, se tomaron las

medidas del peso de hormigón de las 6 pruebas hormigón al inicio, a un cuarto y a tres

cuartos de la descarga del hormigón.

ENSAYO HORMIGÓN FRESCO.

Contenido árido grueso y módulo granulométrico.


P1 2557 2361 2641

P2 2556 2514 2560

P3 2555 2512 2507

P4 2600 2522 2516

P5 2516 2553 2526

Peso muestra hormigón (kg)

P6 2531 2560 2551

5.5 ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN. HORMIGÓN ENDURECIDO

Las probetas cilíndricas se fabricaron para analizar las resistencias de la rotura a

compresión a 2, 14 y 28 días, durabilidad del hormigón a través de los ensayos de

penetración del agua, porosidad y capilaridad. Además para analizar la homogeneidad

de la matriz del hormigón de cada amasada, se hicieron probetas al inicio, a un cuarto y

a tres cuartos de la descarga del camión hormigonera, el análisis se realiza a los 7 días

de edad.

En la fabricación de probetas, se observa un buen comportamiento del hormigón frente al vibrado.

5.5.1 Resultados resistencias a compresión:


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ENSAYOS HORMIGÓN ENDURECIDO

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

DÍAS 2 días 14 días 28 días

P1 39,55 50 54,3

P2 37,65 49,05 55,6

P3 37 48,75 52,8

P4 36,3 50,35 54,3

P5 39,2 53,25 53,1

P6 37,55 48,85 58,00

A los 28 días de edad, se alcanzaron entre 52 y 58 MPa.

5.5.2 Resultados durabilidad del hormigón:


DURABILIDAD

Penetración de agua Porosidad Capilaridad

P1

P2

P3

P4

P5

P6

5.5.3 Resultados de homogeneidad del hormigón:


HOMOGENEIDAD. Resistencia a compresión (MPa)

7 días 1ª descarga 2ª descarga 3ª descarga

P1 45,55 46,65 44,95

P2 46,75 45,15 46,4

P3 44,8 44,8 45,6

P4 45,05 44,7 44,55

P5 45,1 44,8 46,6

P6 45,2 46,7 47,35

5.5.4 Condiciones de humedad y temperatura

Las condiciones de humedad y temperatura que se dieron durante la realización de los

ensayos de caracterización del hormigón, fueron las siguientes:


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ENSAYSO HORMIGÓN FRESCO


P1 42 42 42

P2 36 32 27

P3 25 25 26

P4 32 29 28

P5 37 39 37

Humedad (%)

P6 27 30 31

P1 22 22 22

P2 23 25,3 27,1

P3 28,5 28,6 28,2

P4 29,2 30,1 31,7

P5 29,4 29,1 29,3

Tª ambiente (°C)

P6 32,8 31,6 32

P1 25 25 26

P2 26 27 28

P3 28 29 29

P4 29 30 30

P5 30 30 30

Tª hormigón (°C)

P6 30 30 30

5.6 HORMIGÓN VERTIDO EN MOCKUP

La estructura mock-up posee de forma horizontal una malla de tipo de nervomental

para obtener una junta.

Parte del hormigón de cada camión se vertió en la estructura mockup. La primera mitad

se llenó con el hormigón de la prueba 1,2 y 3. Su puesta en obra fue satisfactoria ya que

se mantuvo la consistencia del hormigón en el tiempo.

Malla nervometal


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Vibrado hormigón con nanosílice.

Transcurridas aproximadamente 4 horas, se llevó a cabo el vertido de la segunda mitad

de la estructura mockup con el hormigón de la prueba 6.

5.6.1 Acabado final superficial:

A las 24 horas de fraguado del hormigón se analizó el acabado final superficial y en

general, se observó un buen acabado final. No obstante, se vieron pequeñas fisuras en

algunas zonas donde no se aplicó con rapidez el líquido de curado, posiblemente se

produjeron por las altas temperaturas de trabajo.

Acabado superficial final del hormigón con nanosílice.

5.6.2 Testigos hormigón con malla nervometal:

A las 24 horas de fraguado se extrajeron 2 testigos de hormigón de la zona de la junta

para analizar la unión en dicha zona:


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Ejecución de la toma de testigos del hormigón con malla nervomatal.

La apreciación es buena, pero aparece una coquera al final de uno de los testigos debido

a que en la ejecución no se vibró bien el hormigón en esa zona de la junta.

Testigos de hormigón con malla nervometal.

6 CONCLUSIÓN FINAL

Todos los resultados obtenidos hasta la fecha de los ensayos realizados al hormigón con

nanosílice, cumplen con las especificaciones generales del proyecto. Posee la reología,

consistencia y trabajabilidad óptima para la puesta en obra y un buen acabado

superficial final.

7 ANEXOS

7.1 ANEXO 1:

Acta de los resultados de los ensayos de homogeneidad: resistencias a 7 días de edad.


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7.2 ANEXO 2:

Acta de los resultados de los ensayos de resistencia a compresión a 2, 14 y 28 días.


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