UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN
INTRODUCCION
Es comn que la mayora de las personas piensen que la seguridad
est en relacin con el tamao de los elementos estructurales. Por eso
es tan comn que las personas vean un edificio, donde entre ms acero
y concreto, resistir mejor los fenmenos naturales.
Sin embargo respecto a las edificaciones, las tcnicas
constructivas ofrecern en el futuro edificios con elementos
estructurales ms ligeros y delgados, pero con una resistencia
sumamente mayor y a un costo bajo.
Una tecnologa que viene utilizndose algn tiempo atrs en los
pases de EEUU, Japn, Canad, Noruega y Francia son los concretos de
alta resistencia, aplicaciones en plataformas petroleras, puentes y
edificaciones de gran envergadura. Por contrario en el Per su uso
se limita a muy contados casos en los que figuran pequeas
aplicaciones mineras y algunas edificaciones (Kosmatka; Kerkhoff;
William. 2004).
La microslice son sub productos de las plantas de fundicin del
ferro-silicio, el cual se presenta en forma de polvo de muy alta
fineza, gracias a sus excelentes propiedades puzolnicas, incrementa
en forma significativa la resistencia a la compresin del
concreto.
Este incremento en la resistencia a la compresin, acompaado en
incrementos en las resistencias a la flexin y corte, as como el
mdulo de elasticidad del concreto, es debido a la reaccin puzolnica
de las microslices que, al reaccionar qumicamente con el hidrxido
de calcio, producto de la reaccin del cemento, contribuyen a
incrementar en forma importante el contenido de gel de la pasta y a
disminuir los poros capilares, lo cual permite ganancias
importantes en la resistencia entre 7, 28 y 90 das, siempre que se
mantengan adecuadas condiciones de curado.
La alta fineza de las microslices, del orden de los 200,000
cm2/gr., es su principal inconveniente en la medida que tiende a
secar la mezcla y obliga a emplear mayores contenidos de agua al
disminuir la trabajabilidad y aumentar la consistencia. Para evitar
esta adicin de agua, con todos los inconvenientes que ello
significa, se ha encontrado conveniente adicionar a la mezcla
superplastificantes de los tipos F o G de la Norma ASTM C - 494(.
Ellos, al fluidificar la mezcla facilitan su colocacin al mismo
tiempo contribuyen a una mejor hidratacin de la misma.
El trabajo de investigacin que se presenta, pretende
aplicaciones prcticas en la Ciudad de Hunuco, utilizando microslice
Silica Fume y el superplastificante EUCO 537( para determinar las
resistencias a la compresin que es posible alcanzar cuando se
incorpora cantidades adecuadamente dosificadas de ambos
materiales.
En nuestro experimento realizaremos tres grupos
experimentales:
El primer grupo viene a ser un concreto convencional con relacin
agua cemento mxima de 0.45 (grupo de control), el segundo, tercero
y cuarto grupo tienen adiciones de microslice al concreto
convencional, en porcentaje de 5%, 7.5% y 10% respectivamente, del
peso de cemento. Debido a la adicin de microslice se tendr una
demanda de agua muy alto para mantener la consistencia plstica, con
asentamientos de 3 a 4. Para evitar usar el agua, adicionaremos
superplastificante, el cual es recomendado cuando se hace uso de
microslice en la preparacin de concreto.
Se harn ensayos del concreto fresco as como asentamiento y peso
unitario del concreto, y para el concreto endurecido se realizar
ensayos de resistencia a la compresin (probetas de 6x12).
En los ensayos realizados para tener una consistencia plstica y
buena trabajabilidad del concreto, se adicion superplastificante de
3.85 kg, 1.93 kg y 3.94 kg en el segundo, tercero y cuarto grupo
experimental, obteniendo con estos valores un concreto trabajable,
en el segundo grupo se tuvo un asentamiento de 11.5 cm que es
ligeramente mayor.
En los ensayos de resistencia a la compresin promedio (fcr) se
lleg a obtener resultados de incremento de 22.97%, 27.41% y 38.63%
con respecto al grupo de control.
Concluidos stos, se efectu estudios de costos por unidad cbica
de concreto, llegando a tener costos ms caros con adicin de
microslice.
Se finaliz en conclusiones y recomendaciones.
CAPITULO I 1.1. TITULO MEJORAMIENTO DEL CONCRETO UTILIZANDO
MICROSILICE Y ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE1.2. ANTECEDENTES1.2.1.
ANTECEDENTES LOCALES
El uso de adiciones minerales en el concreto, no es una
tecnologa reciente, actualmente, el uso de adiciones minerales al
concreto y al cemento, se ha difundido mundialmente, estando en
boga el uso de materiales como la ceniza volante, fibras,
microslice.
Este incremento, del uso de estos materiales en el concreto se
debe principalmente a las mejoras de las propiedades de la misma,
tanto en estado fresco como en estado endurecido.
En nuestro medio, estos materiales y su aplicacin son poco
conocidos.
Habiendo realizado las investigaciones bibliogrficas con
respecto al presente trabajo de investigacin no se ha encontrado
investigaciones similares en la biblioteca central de la
Universidad Nacional Hermilio Valdizan.1.2.2. ANTECEDENTES
NACIONALES
GALINDO TAMBO, FELICIANA MARIA. En su tesis titulado la
microslice y su empleo en concreto de alta resistencia UNI, Lima
-1999.Tiene la siguiente conclusin: pag. 20,211.- Reduccin
significativa en la permeabilidad y modificaciones importantes en
la distribucin, porosidad total y tamao de los poros tanto de la
pasta como del concreto.
2.- Reduccin o eliminacin del contenido de hidrxido de calcio
lavable de la pasta de cemento.
3.- Incremento en la resistencia de las barras de mortero a
expansin destructiva con la consiguiente reduccin de las
expansiones destructivas lcali slice.4.- No se conoce
incompatibilidad de microslice con algn aditivo, ms bien con
algunos aditivos funcionan ms eficiente que con otros. Siempre es
necesario realizar pruebas en el laboratorio.
JIMENEZ GOMEZ, RUBEN DANTE. En su tesis titulado efectos de la
incorporacin del aditivo superplastificante sobre las propiedades
del concreto, utilizando el cemento tipo I, UNI, Lima - 2000.
Concluye:El aditivo superplastificante tipo F, tiene dos
aplicaciones diferentes:1.- Como super-fluidificante. Se dosifican
entre 0.5 al 1% del peso del cemento y segn la granulometra de los
agregados, cantidad y tipo de cemento. Se usa en: Colocacin de
concretos con ligera vibracin en lugares poco accesible o con gran
cuanta de acero. Rapidez en la colocacin de concreto bombeado. En
morteros y lechadas de inyecciones.
2.- Como super reductor de agua. Se dosifican entre 1 al 2% del
peso del cemento y segn la granulometra de los agregados, cantidad
y tipo de cemento. Se usa en:
Confiere al concreto altas resistencias iniciales y finales
debido a la fuerte reduccin de agua. Mejora la resistencia al
impacto y abrasin
Disminuye el calor de hidratacin.
Mejora la adherencia del concreto acero de refuerzo.
Posibilita el desencofrado en poco tiempo.
En sus ensayos llega a los siguientes resultados:
RESISTENCIA A LA COMPRESION A LOS 28 DIAS
Fuente: JIMENEZ GOMEZ, RUBEN DANTE tesis titulado efectos de la
incorporacin del aditivo superplastificante sobre las propiedades
del concreto, utilizando el cemento tipo I, UNI, Lima 2000.
PATRICIA VILCA ARANDA. En sus tesis titulado Obtencin de
concreto de alta resistencia UNI, Lima 2008 Concluye:- La
resistencia a la traccin por compresin diametral del concreto con
aditivo, a los 90 das de edad se incrementa en 12%, y en el
concreto con aditivo ms microslice se incrementa en 73%.- La
resistencia a la compresin del concreto se incrementa conforme
aumenta su edad:Concreto patrn a los 28das=100%(638.09 kg/cm2)
Concreto patrn ms aditivo (1.2%) a los 90das =127% (812.12
kg/cm2)
Concreto patrn ms aditivo (1.5%) mas microslice (15%) a los 180
das = 219% (1400.05 kg/cm2)
Fuente: PATRICIA VILCA ARANDA. En sus tesis titulado Obtencin de
concreto de alta resistencia UNI, Lima 2008
1.2.3. ANTECEDENTES INTERNACIONALES
ALBORNOZ, R. Y FARIAS, M. (2000) en su Tesis de Grado Titulado
Comportamiento de la resistencia del concreto con el uso de
aditivos Superplastificantes. En la ciudad de Valencia, realiz esta
investigacin con el propsito de analizar el comportamiento de la
resistencia del concreto con el uso de dos aditivos reductores de
agua de fcil obtencin en el mercado.
Donde Concluye lo siguiente: Dependiendo de la dosis y; tipo de
aditivo la resistencia a las 24 horas se incrementan entre un mnimo
del 14 por ciento y un mximo del 78 por ciento; a los 3 das entre
un 32 por ciento y un 45 por ciento; a los 23 das entre un 10 por
ciento y un 27 ciento. Llegndose a suponer que en el caso de
necesitar resistencias elevadas a edades temprana, el uso de
aditivos Superplastificantes es muy recomendable. En dicha
investigacin se utiliz la metodologa de observacin, recoleccin de
datos, entrevistas, anlisis de la informacin y revisin
bibliogrfica.
Recomendando en su trabajo realizar estudios del comportamiento
de las mezclas de concreta dosis superior de aditivos, pues es de
esperarse que llegando a una dosis determinada, la mezcla de
concreto se ve afectada desfavorablemente tanto en resistencia,
como en asentamiento, por el exceso de dosificacin.
REBECA PAZ AGUILAR MUNDACA VALDIVIA, en su Tesis de Grado
Titulado Determinacin de la influencia de las nanomolculas de slice
en el concreto frente a un factor que afecta su durabilidad, Chile
2007, Concluye:1.- Las muestras con mayor contenido de nanoslice
evidenciaron un comportamiento mejor en cuanto a que se vieron
menos afectadas o alteradas fsica y qumicamente por el agente
agresivo solucin de sulfato de sodio.
Es posible establecer que gran beneficio que aportara la mayor
adicin de nanoslice en cuanto a la durabilidad del concreto frente
a la accin de un agente qumicamente agresivo, es que obstaculiza y
restringe su ingreso, rellenando los espacios vacos
independientemente del tamao de estos (de la razn A/C), mejorando
la morfologa superficial del concreto y por ende la posibilidad de
que la solucin de sulfato penetre a travs de los mecanismos de
infiltracin y ataque al concreto.2.- En relacin Comparacin de
resultados con propiedades mecnicas y propiedades de
trabajabilidad:
Aunque las adiciones ptimas son distintas no son excluyentes
unas de otras, ya que en ningn caso se aprecia una desmejora en el
material por aumentos en la adicin de nanoslice sobre el ptimo,
sino que solo se consideran ineficientes. En la mayora de los casos
existe una tendencia donde: la razn A/C 0.65 necesita una cantidad
mayor o igual de nanoslice para alcanzar el ptimo, que A/C
0.55.
CARLOS EDUARDO MORATAYA CORDOVA, en su trabajo de graduacin
titulado Concreto de alta resistencia (experimentacin en
Guatemala), Universidad San Carlos de Guatemala 2005, Concluye:1.-
La resistencia alcanzada por los ensayos supera a los 9,000 PSI
(630kg/cm) a 28 das para los concretos con 12.5 sacos de cemento
con microslice y aditivos reductores de agua de alto rango y
plastificantes. Con relaciones de agua/cemento entre 0.28 a 0.36
para distintos tipos de arenas.
2.- El costo de este tipo de concreto es mucho mayor al de un
tradicional, debido a la presencia de microslices, aditivos y el
aumento en la cantidad de cemento; pero el beneficio en la
disminucin de tiempo en alcanzar resistencias altas, y en la
disminucin de grandes secciones estructurales y la durabilidad que
tiene, lo hace tambin una buena opcin a tomar en cuenta. 3.- Este
concreto no requiere de maquinaria especial para su realizacin,
pues se rige igual que el tradicional, solamente requiere mayor
control de calidad entre los materiales y el tiempo de
ejecucin.1.2.4. COMPENDIO (ESTRATO) REFERENTE AL TITULO QUE SE
INVESTIGA ([email protected] )
De acuerdo a Mindess. en 1988, las microslices incrementan la
resistencia del concreto fuertemente, principalmente debido a su
incremento de la resistencia por adherencia entre la pasta y las
partculas de agregado.
Como indic Sellevold en 1987 El incremento en la coherencia
(cohesividad) deber beneficiar la estructura en trminos de reducir
la segregacin y los bolsones de agua debajo de acero de refuerzo y
el agregado grueso. Monteiro y Metha en 1986 determinaron que la
presencia de la microslice reduce el espesor de la zona de
transicin entre la pasta y las partculas de agregado, dando lugar a
la reduccin de la exudacin.
La reaccin puzolnica brinda mejoras importante de la resistencia
en el tiempo en concreto endurecido, las partculas de microslice
incrementan el acomodo del material slido al llenar los espacios
entre los granos de cemento, de la misma manera como el cemento
llena los espacios entre las partculas de agregado fino, y stas
llenan los espacios entre las partculas de agregado grueso en el
concreto. Esta analoga se aplica nicamente cuando las fuerzas
superficiales entre partculas de cemento son despreciables, esto
es, cuando existe suficiente aditivo presente para compensar el
efecto de las fuerzas superficiales.
Grutzeck, Roy y Wolfe-Confer, en 1982, ha sugerido un modelo
-gel- de la hidratacin de los cementos microslice-cemento de
acuerdo a este modelo, la microslice contacta con el agua de
mezclado y forma un gel rico en slice, absorbiendo la mayora del
agua disponible. Entonces el gel se aglomera entre los granos del
cemento no hidratado, revistiendo los granos en el proceso. El
hidrxido de calcio reacciona con la superficie exterior de este gel
para formar C.S.H. Este gel se forma en los vacos del C.S.H
producido por la hidratacin del cemento, produciendo una estructura
muy densa.
Las microslices fueron ensayadas para ser usadas en el concreto
en la dcada de los 50 en Noruega. Se obtuvo buenos resultados en la
resistencia del concreto y posteriormente se determin que en su
exposicin a los sulfatos los concretos preparados incorporando
microslice eran tan resistentes como aquellos preparados utilizando
cemento resistente a los sulfatos.1.3. FORMULACION DEL PROBLEMA
Desde muchos aos atrs venimos utilizando el concreto
convencional para todo tipo de construcciones ya sea viales,
hidrulicas, edificaciones, etc. Los cuales podemos mencionar en las
diferentes aplicaciones, as como:
Cuando se desea ambientes amplios, usamos vigas de secciones
mayores, por lo que se tiene problema de mayor peso, as mismo se
tiene un incremento en el costo por la cantidad de concreto que
ingresarn en este elemento.
El desprendimiento de los pavimentos que son ocasionados por el
alto trnsito de los vehculos, los cuales generan cargas de impacto
que daan al pavimento.
La corrosin del acero por la baja impermeabilidad del concreto
en estructuras hidrulicas.
La destruccin del concreto expuesto a condiciones de suelo con
agentes agresivos qumicos.
A todo lo expuesto, planteamos o proponemos como una alternativa
de solucin, la utilizacin del microslice en la mezcla de concreto,
como propuesta para permitir reducir la seccin de los elementos
estructurales, utilizar ambientes amplios, y dar mayor resistencia
y durabilidad bajo determinadas condiciones de exposicin ambiental,
debido a sus propiedades fsicas y mecnicas.
1.4. DEFINICION DEL PROBLEMA
Qu proporcin de microslice es ideal para mejorar la resistencia
mecnica del concreto en nuestra zona de Hunuco?1.5.
JUSTIFICACIN
El presente trabajo de investigacin ampliar los conocimientos,
porque los resultados sern de utilidad para los estudiantes,
profesionales y aquellos que estn vinculados a la construccin,
fomentando el conocimiento de este material y su aplicacin en las
estructuras de concreto.
Los resultados nos permitirn conocer la resistencia mecnica a la
compresin, lo que nos permitir aplicar o formular estructuras con
menor seccin y ms durables en edificaciones, obras hidrulicas y
obras viales.a) IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION
Utilizando los avances tecnolgicos, realizando pruebas e
investigaciones que logren un adecuado diseo de mezcla en
diferentes proporciones y se comprueben sus excelentes propiedades
al estado fresco y endurecido, que en conjunto con los diseos
estructurales (grandes luces, condiciones de exposicin a suelos
agresivos, etc.) y adicin de minerales en la preparacin de concreto
se logran desarrollar construcciones sin necesidad de tener que
hacer refacciones a posteriori que generen mayor costo en la mano
de obra por imperfecciones en el acabado.
b) IMPACTO SOCIAL DE LA INVESTIGACION
Como ya mencionamos en los acpites anteriores en nuestra regin
venimos produciendo concreto convencional, por falta de informacin
de stos, por tal motivo el estudio de investigacin desarrollar
conceptos, aplicaciones, ventajas, desventajas, costos que permitan
optimizar tiempo, economa, materiales con aplicacin de microslice
en el concreto en las construcciones, teniendo en cuenta la
dificultad, tipo, condicin ambiental que se podran presentar.
c) APORTES DE LA INVESTIGACION
La investigacin permitir brindarles informacin sobre el
comportamiento de microslice en el concreto a todos los que estamos
inmersos en el campo de la Ingeniera civil.
Promueve a los alumnos de nuestra facultad a realizar estudios
de minerales que puedan mejorar la calidad del concreto.
Incrementar nuestro conocimiento en tema de concreto
mejorados.
Con la utilizacin de concretos de mayor resistencia a la
compresin se garantiza una mayor vida til a todo tipo de obras, ya
sean: viales, hidrulicas, edificaciones, etc; como tambin garantiza
menores costos de mantenimiento de las mismas.1.6. LIMITACIONES
En la regin de Hunuco, no contamos con laboratorios
especializados, que nos permitan realizar ensayos al cien por
ciento, slo contando con ensayos bsicos, por lo que se acudir a la
ciudad de Lima para realizar los ensayos de resistencia a compresin
de las probetas. Las Universidades Capitalinas cuentan con
laboratorios bien equipados para realizar ensayos del concreto al
100% (tiempo de fraguado, exudacin, contenido de aire, calor de
hidratacin, flexin y mdulo de elasticidad).
Nuestra investigacin est orientado a realizar ensayo de
resistencia a la compresin del concreto.
El costo de los ensayos del concreto se encarece debido al
transporte de los agregados (piedra chancada y arena) a la ciudad
de Lima.
El concreto con adicin de microslice mejora la durabilidad,
permeabilidad, que protege del ataque de agentes agresivos qumico;
estos no son materia de ensayos, pudiendo ser tema de otra
investigacin.
Falta de informacin bibliogrfica; no se cuenta con trabajos
desarrollados de este tipo por lo que ser el primero en nuestra
zona.
En nuestro medio la produccin de agregado grueso (piedra
chancada) es mnima y en tiempos cortos, por lo que no facilitan
realizar ensayos con diferentes canteras.
Apoyo de las empresas constructoras a hacer estudios de
investigacin.
En el plan de tesis se seal realizar ensayo de tiempo de
fraguado del concreto fresco, pero el Laboratorio de la Unheval no
cuenta con el instrumento (aparato de vicat), por lo que no se llev
acabo este ensayo.1.7. MARCO DE REFERENCIA1.7.1
UBICACIONDEPARTAMENTO : HUANUCOPROVINCIA
: HUANUCODISTRITO
: HUANUCO1.7.2 DATOS GEOGRAFICOS
El departamento de Hunuco est ubicado en la zona centro-oriental
del Per. Su topografa accidentada se caracteriza por presentar
regiones correspondientes a la sierra y selva. Limita por el norte
con los departamentos de La Libertad y San Martn; por el este con
Loreto, Ucayali y Pasco; por el sur, con Pasco; por el oeste con
Pasco, Lima y Ancash.
Tiene una extensin de 35 315 km2 y su poblacin supera los 600
000 habitantes.
Latitud sur: 8 21 47".
Longitud oeste: entre 76 18 56" y 77 18 52,5".
1.7.3 CLIMA
Su capital es Hunuco, que goza de un privilegiado clima templado
cuyo promedio anual es de 20C.
CAPITULO IIMARCO TEORICO
2.1. CONCEPTO Y APLICACIN DE LA MICROSILICE2.1.1.
INTRODUCCION
Los compuestos puzolnicos han sido empleados como conglomerado
desde la poca de los romanos en que se utiliz roca volcnica
mezclada con cal como material aglomerante en las construcciones,
algunas de las cuales, como el panten de Adriano o el Acueducto de
Segovia, han sobrevivido hasta la actualidad.
Las puzolanas, cuyo nombre proviene de los yacimientos de la
localidad de Puzzuoli cerca de Npoles en Italia, son materiales que
por s mismos no poseen propiedades conglomerantes pero que, en
presencia de cal y agua, forman compuestos insolubles y estables
con las caractersticas de gel.
Las puzolanas son materiales de alta fineza que tienen un alto
contenido de slice, adems de calcio y almina. Estos elementos
reaccionan, en presencia del agua, con el hidrxido de calcio
proveniente de la hidratacin del cemento formndose materiales
conglomerantes.
Las puzolanas pueden dividirse en naturales y artificiales,
siendo las primeras de origen volcnico o sedimentario. Entre las
puzolanas artificiales se encuentran las cenizas, las escorias de
alto horno finamente molidas, y las microslices. Estas ltimas son
un nuevo material puzolnico de gran desarrollo en la
actualidad.2.1.2. ALCANCE
Las microslices, se obtienen como un subproducto de la
fabricacin de ferro-silicio metlico, y se originan por la
condensacin de vapores de oxido de silicio. Las microslices son un
material que posee actividad puzolnica, lo que le permite ser
aplicado en el concreto como un material de adicin al
cementante.
Las microslices se emplean en la industria de la construccin
como materiales a ser utilizados conjuntamente como el cemento para
formar materiales cementantes debido a sus propiedades puzolnicas.
Su empleo conjuntamente con aditivos superplastificantes, que han
abierto nuevas posibilidades para el empleo de aquellas, permite su
uso como material cementante suplementario, especialmente para
producir concreto de muy alta resistencia.2.1.3. DEFINICION DE
MICROSILICE
La microslice es un subproducto que resulta de la reduccin del
cuarzo de alta pureza con carbn mineral en hornos de arco elctrico
durante la fabricacin de ferrosilicio y silicio metlico. Tan pronto
como los vapores de xido de slice toman contacto con el oxgeno de
la atmsfera en la parte fra del horno, el humo, con alto contenido
de dixido se silicio amorfo, se oxida y condensa en forma de
partculas esfricas de dimetro muy pequeo las cuales son colectadas
por filtracin de los gases que escapan de los hornos.
La microslice as obtenida presenta como caractersticas
fundamentales su alto contenido de slice, sus partculas de perfil
esfrico extremadamente finas, y su elevada superficie
especifica.
Compuesto a base de humo de slice es una puzolana que reacciona
qumicamente en el concreto para formar ms gel del silicato de
calcio para mejorar la resistencia y la impermeabilidad del
concreto, es un material que llena los vacos entre las partculas
del cemento obtenindose un concreto extremadamente denso e
impermeable.
La microslice se conoce con diversos nombres; como polvo de
dixido de silicio (silica dust): humo de dixido de silicio
condensado (condensed silica fume); y dixido de silicio pulverizado
(silica fume). En Estados Unidos se le conoce como microsilica o
silica fume. En el Per como microslice.
(www.construaprende.com)
El comit 116 del ACI define a la microslice como a una slice no
cristalina muy fina producida por hornos de arcos elctricos como un
sub producto de la fabricacin de silicio metlico o
ferro-silicio
2.1.4. PROPIEDADES FISICAS DEL MICROSILICEa. GENERALIDADES
Si bien existen diferentes composiciones qumicas, color y
contenido de carbn en las microslices, dependiendo del tipo de
produccin, ellas presentan determinadas caractersticas comunes
tales como material de tipo amorfo, dimetro promedio muy pequeo,
alto contenido de slice, condensacin por vapores de oxido de
silicio, etc. De estas propiedades nos ocuparemos a continuacin.b.
COLOR
La microslice vara de color gris claro a oscuro, dando una
lechada de color negro cuando se mezcla con agua.
c. DENSIDAD RELATIVA
La densidad relativa de la microslice tpica es de 2.20, valor
pequeo si se le compara con el 3.15 que corresponde a los cementos
Prtland normales. Empleada en pequeas proporciones en la mezcla la
dosificacin no necesita mayores ajustes; de lo contrario deben
efectuarse correcciones en el volumen absoluto.d. PESO UNITARIO
SUELTO
El peso unitario suelto de la microslice es del orden de 250 a
300 Kg/m3 valor comparable con el del cemento Prtland normal que es
de 1200 Kg/m3. sta diferencia de peso da lugar a que los silos de
cemento Prtland, puedan recibir nicamente el 25% de microslice
suelta.e. FINEZA
La microslice se caracteriza por ser un conjunto de partculas
vtreas muy finas, de perfil esfrico y dimetro muy pequeo, cuya
superficie especfica est en el orden de 200,000 cm/gr. Cuando es
medida empleando tcnicas de absorcin de nitrgeno.
La distribucin por tamaos de una microslice tpica indica
partculas con dimetros promedio de 0.1 micrmetros, el cual es
aproximadamente 100 veces menor que el de las partculas de cemento
promedio. Esta alta superficie especfica y el gran contenido de
dixido de slice amorfa proporcionan excepcionales propiedades
puzolnicas.
En el caso de las microslices no se puede utilizar los
procedimientos convencionales para determinar la fineza, emplendose
como sistema de medida fotografas obtenidas en el microscopio
electrnico o mediante rayos X. la superficie especifica no puede
ser medida mediante el aparato Blaine sino por cuantificacin de
absorcin de nitrgeno.2.1.5. COMPOSICION QUIMICA DEL MICROSILICE
Si bien la microslice es un sub producto, su composicin qumica
es muy constante, aunque puede tener algunos cambios dependiendo de
la aleacin de silicio que se est produciendo y la naturaleza de las
materias primas. As se sabe que la composicin qumica de los humos
de los hornos de ferrosilicio generalmente contendr ms hierro y
magnesio que la de los hornos que producen silicio metlico, ver la
Tabla 2.1.Tabla 2.1.- participacin en porcentaje de elementos que
componen al microslice
SiO290.0 - 96.0 %
AL2O30.5 - 3.0 %
Fe2O30.2 - 0.8 %
MgO0.5 - 1.5 %
CaO0.1 - 0.5 %
Na2O0.2 - 0.7 %
K2O0.4 - 1.0 %
C0.5 - 1.4 %
S0.1 - 0.4 %
Otros0.7 - 2.5 %
Fuente: Galindo Tambo, Feliciana Maria La microslice y su empleo
en concreto de alta resistencia Tesis UNI - Lima 1999.2.1.6.
PROPIEDADES PUZOLANICAS DEL MICROSILICE
Las microslices, debido a su fineza extremadamente alta y a su
contenido de slice, es un material puzolnico altamente
efectivo.
Las microslices reaccionan puzolnicamente con el hidrxido de
calcio durante la hidratacin del cemento para formar el compuesto
cementante estable conocido como silicato de calcio hidratado (CSH)
(Kosmatka; Kerkhof; William, 2004).
Si bien la microslice tiene propiedades puzolnicas debe
considerarse en su incorporacin como material cementante:
Incremento de impermeabilidad y resistencia a los sulfatos.
Su mayor demanda de agua debido a su alta fineza El mayor tiempo
de curado requerido, etc. 2.1.7. LA MICROSILICE COMO ADITIVO
Los aditivos a base de microslice se pueden emplear en morteros
o concretos. En morteros se emplea para obtener elevadas
resistencias mecnicas, impermeabilidad, y cohesin interna. En
concretos para obtener elevadas resistencias mecnicas,
impermeabilidad, durabilidad, resistencias a ataques qumicos,
etc.
Se ha encontrado que la mejor forma de empleo es combinndolas
con superplastificantes a fin de controlar los fuertes
requerimientos de agua que el producto en s puede presentar.
Los principales usos como aditivo son: concreto de alta
resistencia; revestimientos industriales sometidos a grandes
esfuerzos; lechadas o morteros para inyecciones; concreto o mortero
impermeables; concretos sometidos a fuerte abrasin; concretos o
morteros en ambientes agresivos; concreto colocado con encofrados
deslizantes; concreto bombeado; concreto colocado bajo agua;
concreto lanzado.2.1.8. METODOS DE EMPLEO DEL MICROSILICE EN EL
CONCRETO REMPLAZO PARCIAL DEL CEMENTO
En este primer caso, el ms comn, parte del contenido de cemento
es remplazado por microslice sin prdida de resistencia. Por
ejemplo, un kilo de microslice puede remplazar a tres o cuatro
kilos de cemento. Se deber tener en consideracin la diferencia de
pesos especficos, la mayor superficie especfica, y el incremento en
la demanda de agua.
Si se desea mantener invariable la relacin agua-material
cementante, deber emplearse aditivos superplastificantes a fin de
mantener el asentamiento requerido sin modificaciones en la relacin
agua-material cementante. Siempre debe recordarse que, en relacin
con los concretos sin ella, el empleo de microslices significa un
incremento en la resistencia en compresin, en edades mayores a 7
das y especialmente de 28 das. COMO ADITIVO
Pequeas cantidades de microslice, del orden de 5% al 10% en peso
del cemento, pueden ser aadidas a la mezcla de concreto para
impartirle determinadas propiedades. La prdida en el asentamiento
es compensada por la adicin de agua o un superplastificante, con el
consiguiente incremento en la resistencia en compresin.
Las microslices, con porcentaje de reemplazo del 25% en peso del
cemento, han sido empleadas exitosamente para producir concretos
con resistencias en compresin por encima de los 700 kg/cm2, con
baja permeabilidad y buena resistencia a los ataques.
Hay rangos de dosaje de las microslices, dependiendo de la
aplicacin que se va a dar a las mismas, las cuales pueden servir
como una gua para las mezclas iniciales de prueba.
Independientemente de la informacin que se tenga de trabajos
anteriores, siempre deben efectuarse mezclas de prueba antes de la
aceptacin de la mezcla.
Los siguientes valores son, a menudo, empleados como valores de
partida para la seleccin de las proporciones y corresponden a
porcentajes en peso del cemento.
Concretos normales
5 a 10
Concretos de alta resistencia8 a 15
Alta resistencia qumica
12 a 15
Concreto bajo agua
10 a 15
Para bombeo
2 a 5Estos valores fueron extrados de: Galindo Tambo, Feliciana
Maria La microslice y su empleo en concreto de alta resistencia
Tesis UNI - Lima 1999.2.1.9. PROPIEDADES DEL CONCRETO CON
MICROSILICE AL ESTADO FRESCO a. COLOR
El concreto con microslice, ya sea fresco o endurecido, tiene
una coloracin gris oscuro, mayor que la de los concretos
convencionales, que se acenta con el contenido del aditivo. Ello es
especialmente cierto para concretos que incorporan altos
porcentajes de microslice que tiene un contenido de carbn mayor que
el normal.b. TRABAJABILIDAD
El importante incremento en el rea superficial da un
correspondiente incremento en las fuerzas superficiales internas,
lo que origina un aumento en la cohesividad del concreto. Este
efecto es ventajoso pero igualmente da lugar a que el concreto sea
menos trabajable durante la colocacin, lo cual obliga un mayor
esfuerzo para su compactacin (Riva Lpez, 2008).
Las cuales deben ser usadas con plastificantes o
superplastificantes.c. COHESIVIDAD
El concreto con microslice es ms cohesivo, es menos susceptible
a procesos de segregacin que los concretos regulares, an en los
concretos fluidos. d. SEGREGACION Y EXUDACION
La presencia de microslice en el concreto tiene una alta
afinidad por el agua, dando por resultado que queda muy poca agua
libre en la mezcla para la exudacin. As el empleo de microslice en
la pasta permite reducir o eliminar la exudacin, posibilitando
obtener una adherencia entre la pasta y el agregado tan buena como
aquella que se consigue en los concretos de baja
permeabilidad.Debido a la reduccin de la exudacin en los concretos
con microslice, debe ponerse especial cuidado en proporcionar
rpidamente proteccin contra la prdida de humedad en el concreto
recin colocado a fin de prevenir el agrietamiento por contraccin
plstica (Riva Lpez, 2008).e. CONTRACCION POR SECADO
Es conocido que cuando el agua se evapora de la superficie del
concreto en una proporcin mayor que el concreto inferior, debido a
la accin de agentes externos como son la temperatura, viento,
humedad, etc. debido a ello la superficie ms seca succiona agua
creando fuertes fuerzas capilares que actan en el material tratando
de juntar las partculas. Si la resistencia a la traccin del
concreto es incapaz de resistir estas fuerzas, lo cual es usual en
el caso del concreto fresco, se formarn fisuras que van de la
superficie al interior del concreto. A este proceso lo conocemos
como contraccin plstica.
La capa de agua exudada puede proteger al concreto del secado
rpido. Como la microslice incorporada al concreto impide la
exudacin, la posibilidad de contraccin plstica est presente, siendo
recomendable, como ya se indic, un curado adecuado tanto en tiempo
como en calidad.f. CALOR DE HIDRATACION
La hidratacin del cemento es un proceso exotrmico liberador de
calor. La reaccin puzolnica entre microslice, el hidrxido de calcio
y el agua igualmente genera calor, pero cabe mencionar que la
microslice tiene menos calor de hidratacin que el cemento
(Kosmatka, 2004).
La liberacin de calor en el concreto es mayor conforme la
cantidad de microslice se incrementa, cuando es adicionado como
aditivo, mientras que cuando es remplazado parcialmente al cemento
debern desarrollar menos calor de hidratacin con respecto a los
concretos normales.2.1.10. PROPIEDADES DEL CONCRETO CON MICROSILICE
AL ESTADO ENDURECIDO a. RESISTENCIAS MECANICAS
La propiedad del concreto ms comn y determinable es su
resistencia. Hay tres razones principales para esto, primero, la
resistencia del concreto da una indicacin directa de su capacidad
para resistir cargas en aplicaciones estructurales, ya sean de
flexin, compresin, corte, o alguna combinacin de estos, en segundo
lugar, las pruebas de resistencia son relativamente fciles de
conducir y finalmente, correlaciones pueden ser desarrolladas
relacionando la resistencia del concreto con otras propiedades que
involucran pruebas mucho ms complicadas.
Si se mantiene constantes los contenidos de cemento y agua de la
unidad cbica de concreto, la adicin de microslice, aunque
inicialmente moderado, mantenindose igual o ligeramente mayor que
la de los concretos de control sin microslice, tiene su principal
contribucin al incremento significativo en la resistencia a la
compresin despus entre los 3 y 28 das, periodo en el que la reaccin
puzolnica comienza a actuar en temperaturas de curado normales.
Si ella es empleada como reemplazo parcial del cemento, es
posible reemplazar hasta el 20%, en volmenes absolutos, para
obtener resistencias similares a los 28 das. El porcentaje de
reemplazo depender de la calidad del concreto, tipo y contenido de
cemento, equipo de mezclado, etc. (sikacrete p).
La microslice, por razones indicadas contribuye en forma
importante a aumentar la resistencia a la compresin de la mezcla.
Con bajas relaciones agua-cemento, del orden 0.35 a 0.45 se
obtienen resistencias de 800 a 1000 Kg/cm2, con una matriz del
conglomerante tan resistente como el agregado. Si se emplea
agregados especialmente seleccionados y dosificaciones adecuadas,
pueden obtenerse resistencias del orden de hasta 1800 Kg/cm2 a los
90 das (http://construaprende.concreto-de-alto-desempeo).
A los 28 das, o edades mayores, la resistencia a la compresin de
concretos con microslice es mayor, y en la mayora de los casos
mucho mayor, que las muestras de control. La microslice acta mejor
en concretos con superplastificante y relacin agua cemento muy
bajas.b. RESISTENCIA A LA FLEXION Y TENSION
La interrelacin porcentual entre las resistencias en tensin,
flexin y compresin de un concreto con microslice es similar a la de
los concretos normales. As, un incremento en la resistencia en
compresin empleado microslice da un incremento proporcional en las
resistencias en flexin y tensin similar al de los concretos sin
microslice.
Ello significa que un concreto con microslice con una
resistencia en compresin del orden de 120 MP, podr tener una
resistencia en flexin del orden de 14.4 MP y una resistencia en
tensin del orden de 10 MP (Riva Lpez, 2008).c. PROTECCION CONTRA LA
CORROSION
El proceso de corrosin del acero de refuerzo se inicia cuando la
capa superficial protectora de este es destruda, siendo las causas
ms comunes la carbonatacin y la penetracin del concreto con
cloruros. Al incorporarse microslices, lo que posibilita una mayor
formacin de gel, se obtiene una menor estructura de poros capilares
y una mayor impermeabilidad. Por ello, en el proceso de corrosin
inicial, el concreto con microslice es ms resistente al ingreso de
cloruros, no teniendo la microslice influencia particular en la
carbonatacin.d. PERMEABILIDAD Y POROSIDAD
El empleo de microslice en las mezclas proporciona una porosidad
muy baja lo que se traduce en un aumento de la impermeabilidad.
Ello es debido a una disminucin en el nmero de los poros de
tamao mayor en el sistema pasta cemento-microslice, aunque la
porosidad total permanece la misma que en las pastas de cemento
puro. Las mejoras en otras propiedades mecnicas de los concretos
con microslice han sido tambin atribuidas a estos cambios en la
naturaleza de la porosidad y en la microsestructura del concreto
endurecido.
Ello permite que los concretos con microslice puedan ser
empleados en ambientes agresivos tales como alcantarillas, plantas
de tratamiento, obras de irrigacin, ambientes industriales,
estructuras marinas, as como elementos estructurales expuestos al
ataque de cloruros.
e. PROCESOS DE CONGELACION
El agua congelada en los poros capilares puede expandirse si no
encuentra vacos, pudiendo originar esfuerzos internos que pueden
destruir la pasta. Este problema se resuelve generalmente
incorporando aire a la mezcla. Cuando a la mezcla se incorpora
microslice mejora la resistencia de la pasta a la accin de las
heladas:
La estabilidad del concreto fresco proporciona una buena
distribucin de aire incorporado e impide la ruptura del sistema de
vacos durante el transporte y colocacin del concreto. La baja
permeabilidad del concreto impide el ingreso de agua al interior de
ste.
Se ha encontrado que es difcil incorporar aire a una mezcla con
microslice si no se utiliza un plastificante, el dosaje del agente
incorporador de aire necesario aumenta considerablemente con el
incremento de la cantidad de microslice empleada. Este aumento
puede deberse a la alta superficie especfica y a la presencia de
carbn en la microslice (Galindo, 1999).
En los concretos endurecidos, la presencia de microslice mejora
el factor de espaciamiento y la estabilidad de las burbujas, sin
variaciones en el contenido de aire. El procedimiento de curado y
su duracin tienen un efecto importante en estos resultados.
Los ensayos de largo plazo han mostrado una resistencia al
descascaramiento por sales de los concretos con aire incorporado a
los cuales se ha incorporado microslice, la cual es similar a la de
los concretos ordinarios.f. RESISTENCIA A LOS ATAQUES QUIMICOS
Desde que la microslice reduce la cantidad de hidrxido de calcio
soluble, el riesgo de lixiviacin o lavado del hidrxido de calcio
disminuye, y como, adicionalmente, se tiene baja permeabilidad se
retarda la llegada de sustancias perjudiciales al interior del
concreto. En consecuencia aquellos concretos en los que se ha
incorporado microslices tendrn una ms alta resistencia a los
ataques qumicos. 2.1.11. APLICACIONES DEL MICROSILICEa. EN
CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA
Se emplea la microslice, en combinacin con superplastificantes,
para producir concretos de muy alta resistencia, habindose
reportado resistencia en compresin del orden de 1200 Kg/cm2.
Siempre debe considerarse que estos valores corresponden a
aplicaciones muy especializadas.
Combinaciones adecuadas de relacin agua cementante del orden de
0.30 son cada da mayores y plantean nuevos desafos en cuanto al
cemento, el tamao mximo y granulometra del agregado, la calidad del
agua, y los ensayos para altas resistencias en compresin y
flexin.
Adicionalmente, estos concretos requieren secciones menores. No
se tiene informacin sobre su comportamiento estructural en zonas de
alta sismicidad, pero los modelos en computadora inclinan a pensar
que el comportamiento ser adecuado.
b. CORROSION POR ACCION DE CLORUROS
La resistencia a los cloruros est normalmente considerada en
trminos del cloruro que entra de la superficie del concreto.
Los estudios del efecto de cloruros que ingresan a la pasta de
cemento de composicin variada indican que hay un efecto muy
significativo cuando se reemplaza cemento por microslice,
especialmente en relaciones agua cemento altas, pero tambin ocurre
en los valores bajos.
Las microslices trabajan en diversas formas para reducir el
riesgo de corrosin. La mejora en las propiedades de permeabilidad
de los concretos con microslice permite reducir en forma importante
la penetracin de los cloruros en estructuras marinas y en aquellas
expuestas a sales descongelantes, sean estos provenientes del agua
de mar o de sales descongelantes. c. EN CONCRETO LANZADO
Se ha determinado que el proceso de concreto lanzado, o
torcreto, mejora empleando microslice. El aditivo ha sido empleado
por una o algunas de las siguientes razones:
(http://www.concrete.org/secured).
- El rebote se reduce en un factor de 3 5- La construccin de
capas en cada pasada puede incrementarse por encima de 200mm.
- Se puede emplear fibra.
- Se mejora la resistencia a la compresin.- El concreto es fcil
de bombear.
d. EN CONCRETO COLOCADO BAJO AGUA
En el caso de los concretos bajo agua, la cohesin interna del
concreto al cual se ha incorporado microslice proporciona una
importante reduccin en la tendencia al lavado del concreto.
Como el empleo de microslice aumenta la cohesividad del concreto
y reduce la segregacin, esto permite fluir con facilidad al
concreto por la tubera de bombeo teniendo un mayor alcance en la
colocacin del concreto bajo el agua con respecto al concreto
convencional. Ello mejora el llenado de los encofrados y limita el
riesgo de intrusin del agua.2.1.12. PROBLEMAS EN EL USO DE
MICROSILICE
a. EN LA MANIPULACION
Debido a su extrema fineza y baja densidad suelta, la microslice
puede presentar problemas en su manejo. Ellos, en alguna medida,
pueden superarse con sistemas apropiados de carga, transporte,
almacenamiento y dosificacin. Se han desarrollado procedimientos de
obra para emplear las microslices en su forma inicial no
compactada, paletizadas, compactadas o en la forma densificada, y
como lechada.
Todas y cada una de dichas formas de empleo tienen aspectos
positivos y negativos, los cuales afectan el comportamiento, manejo
del material, eficiencia, y velocidad de adicin de los productos.b.
RIESGOS PARA LA SALUD
Debe tenerse precauciones en su empleo dado que puede
presentarse algn riesgo en la salud de las personas que la
manipulan, debido a la inhalacin de microslices amorfas debido al
pequeo tamao de las partculas y su estructura no cristalina. Este
riesgo en parte se compensa debido a la fineza y naturaleza de la
microslice, aunque es recomendable que los trabajadores que manejen
microslices usen mscaras protectoras y que se empleen sistemas que
minimicen la generacin de polvo2.1.13. CONTROL DE CALIDAD EN LA
PRODUCCION DEL MICROSILICE
El control de calidad es extremadamente importante para
minimizar las variaciones en el producto final, debidas a cambios
en la fineza del material.
La fineza y el contenido de oxido de slice debern ser
comprobados por ensayo ya sea diariamente o semanalmente,
dependiendo del control del fabricante y del sistema de recoleccin
del polvo. No existiendo todava suficiente informacin no es posible
todava dar variaciones aceptables del valor de la fineza y
contenido de dixido de slice.
Algunas de las microslices empleadas en el concreto pueden ser
contaminadas con los humos de otros materiales fabricados en hornos
separados pero que tienen un eliminador de polvo comn. Esta
contaminacin puede dar por resultado bajos contenidos de slice,
altos niveles de carbn y la existencia de cromio, magnesio y
manganeso en grandes cantidades. Todava no hay informacin
suficiente para mximos y mnimos valores aceptables para dixido de
slice y carbn.2.1.14. COSTOS DE VENTA DEL PRODUCTO (
MICROSILICE)
Al aumentar la demanda, el precio se ha elevado siendo, en los
estados Unidos, dos a tres veces mayor que el del cemento Prtland.
En nuestro pas para ser empleado en la preparacin de concretos es
necesario importarla lo que encarece su precio y limita su empleo a
aplicaciones especiales.2.2. USO Y LIMITACIONES DE LOS
SUPERPLASTIFICANTES2.2.1. INTRODUCCIN
A partir de la dcada de los 70 se ha incrementado el empleo de
nuevos aditivos qumicos en diferentes campos de la industria de la
construccin. Algunos de estos aditivos estn siendo empleados para
incrementar significativamente el asentamiento sin adicionar ms
agua, o para reducir significativamente sta sin prdidas en el
asentamiento.
Adecuadamente categorizados como aditivos reductores de agua de
alto rango, estos productos conocidos como super reductores de agua
o superplastificantes deben cumplir con los requisitos de los tipos
F o G de la Norma ASTM C 494, o los de la Norma ASTM C 1017.
Estudios e informacin sobre las propiedades de los
superplastificantes y su empleo en el concreto se han publicado en
los Estados Unidos desde 1974. La literatura ha incluido trabajos
del American Concrete Institute; de la Prtland Cement Association;
y de la Cement and Concrete Association.
En los aos iniciales el empleo de los superplastificantes fue
limitado debido a modificaciones, en algunos casos muy importantes,
en el asentamiento de las mezclas. Igualmente, se reporto menores
resistencias a los procesos de congelacin y deshielo y
descascaramiento posterior a la aplicacin de aditivos
descongelantes.
Experiencias posteriores demostraron que los concretos en los
cuales se haba empleado superplastificantes eran, por lo menos, tan
durables como los concretos sin l, cuando se meda el comportamiento
bajo condiciones de obra. Sin embargo, la prdida en el asentamiento
fue un problema durante un tiempo, obligando al desarrollo de
nuevos productos que permitieran incrementar la eficiencia, mejorar
la cohesividad, y mantener la trabajabilidad durante periodos lo
suficientemente necesario como para permitir una adecuada colocacin
(Jimnez Gmez, 2000).
Ello di por resultado el desarrollo de nuevos
superplastificantes, los cuales imparten una ms larga vida de
trabajo al concreto. Ello permiti aadir el superplastificante en la
planta de dosificacin, en lugar de la obra, reduciendo el desgaste
de los camiones mezcladores y permitiendo el empleo de equipos ms
sencillos.2.2.2. ESPECIFICACIONES PARA EL EMPLEO DE
SUPERPLASTIFICANTES
Cuando el aditivo es empleado para producir concretos con
asentamiento convencional y reduccin en el contenido de agua, se
hace referencia nicamente a la Norma ASTM C494.
ASTM C 494 describe dos tipo: el tipo F, el cual se emplea
cuando se desea reducciones importantes en el contenido de agua en
tiempo normal de fraguado; y el tipo G, empleado cuando se
requieren reducciones importantes en el contenido de agua
conjuntamente con retardos en el tiempo de fraguado.
Cuando se desea concretos de alto asentamiento y gran capacidad
de flujo, el superplastificante se especifica para que cumpla con
las recomendaciones de la Norma ASTM C 1017 Standard Specification
For Chemical Admixtures for use in Producing Flowing Concrete. El
concreto que fluye es definido por el ASTM como concreto que se
caracteriza por un asentamiento mayor de 7.5 (190mm) aunque
mantiene una naturaleza cohesiva
Dos tipos de aditivos estn incluidos en la Norma ASTM C 1017. El
tipo 1 es adecuado para producir concretos fluidos que tienen un
tiempo de fraguado normal. El tipo 2 es apropiado para producir
concretos fluidos que tienen un retardo en el tiempo de fraguado.
Dada la posibilidad de emplear cualquiera de los cuatro tipos de
superplastificantes mencionados, el Comit 212 del American Concrete
Institute recomienda que la informacin proporcionada por el
fabricante sea revisada por el contratista antes de emplear el
aditivo. Igualmente, se recomienda solicitar del vendedor del
producto toda la informacin que permita al proyectista definir
claramente a cual de los cuatro tipos posibles pertenece el aditivo
que se esta ofertando.2.2.3. USO DE LOS SUPERPLASTIFICANTESa.
CONDICION GENERAL
Los superplastificantes pueden ser empleados en el concreto por
una o algunas de las siguientes causas: Incremento en el
asentamiento de concreto
Incremento en la resistencia por disminucin del contenido de
agua y de la relacin agua-material cementante; o para disminucin
del agua y del contenido de cemento, rededuciendo as la temperatura
y los cambios de volumen.
Estos resultados, pueden ser obtenidos en una amplia variedad de
mezclas de concreto, tanto en aquellas que corresponden al tipo
convencional de concreto. Igualmente, tienen uso adecuado en las
lechadas utilizadas para inyecciones, as como en los concretos
preempacados empleados para reparacin y rehabilitacin.b. INCREMENTO
EN EL ASENTAMIENTO DEL CONCRETO
El asentamiento del concreto se incrementa cuando se adiciona
superplastificante a la mezcla y no se introducen modificaciones en
las proporciones de sta. El asentamiento puede incrementarse, ya
sea moderada o fuertemente, dependiendo del comportamiento que se
desea para el concreto.
Cuando el asentamiento es muy alto, como en el caso de los
concretos fluidos, la mezcla puede tender a segregar o exudar,
aunque la presencia de los superplastificantes contribuir a
disminuir esa tendencia. En tales casos es muy importante que los
finos sean cuidadosamente proporcionados, debiendo asegurarse que
ellos son aadidos en la cantidad seleccionada y con la granulometra
adecuada para el agregado grueso disponible.
Los concretos fluidos de alto asentamiento pueden ser
ventajosamente empleados en la industria de premezclado,
prefabricado y pretensado. La habilidad del concreto para fluir
fcilmente lo hace conveniente en aquellas aplicaciones que
involucran reas de gran congestin de acero, o encofrados de formas
especiales o tratamientos en los que los elementos embebidos
dificultan la colocacin del concreto.
Las caractersticas de fluidez son tambin ventajosas para el
llenado de encofrados profundos, en los que el concreto fluido
puede lograr un contacto ntimo con el acero de refuerzo o el
pretensado. Los concretos premezclados fluidos son empleados en
cimentaciones y elementos planos, en los que pueden mejorar la
velocidad y rendimiento de colocacin.
En general, los concretos fluidos pueden reducir
significativamente los costos de las operaciones de colocacin,
consolidacin y acabado.
En la industria de los elementos de concreto pretensado
prefabricado, las unidades prefabricadas tienen a menudo detalles
arquitectnicos los cuales requieren el empleo de concretos de alto
asentamiento. Pero el concreto deber igualmente ganar resistencia
rpidamente para lograr las formas deseadas y un pronto desencofrado
para nueva utilizacin.c. DISMINUCION DE LA RELACION AGUA
CEMENTANTE
Como los superplastificantes pueden ser empleados para reducir
el contenido de agua del concreto, igualmente pueden disminuir la
relacin agua cementante e incrementar la resistencia. Los concretos
de alta resistencia son empleados en diversas aplicaciones, entre
ellas edificaciones comerciales de gran altura, vigas y losas
pretensadas de alta resistencia, estructuras resistentes al
impacto, y estructuras marinas (Asocem, 1993).
Una baja relacin agua cementante es tambin conveniente en
concretos especiales tales como (a) mezclas de concreto densas, de
baja permeabilidad, que tienen alto contenido de cemento y baja
relacin agua cementante empleadas usualmente en losas de puentes;
(b) concretos en los que se adiciona microslice; (c) diversas
lechadas y concretos pre-empacados, empleados en reparaciones y
rehabilitacin.d. DISMINUCION DEL AGUA Y CEMENTO
Los superplastificantes, aditivos reductores de agua de alto
rango, pueden ser empleados para reducir, tanto el contenido de
agua como el de cemento de la mezcla, permitiendo el empleo de
menor cantidad de cemento sin reduccin de la resistencia. La
disminucin en el costo de la unidad cbica de concreto resultante de
la reduccin en el contenido de cemento depende de los precios
relativos de ste y el superplastificante. En la mayora de los
casos, los beneficios econmicos directos son menores, aunque los
beneficios indirectos pueden ser significativos.
Por ejemplo, en un caso dado puede ser necesario concretos con
menor calor de hidratacin, o mas baja contraccin por secado, pero
sin cambios en el asentamiento o en la relacin agua cementante, es
decir, sin modificaciones en la resistencia. Tales concretos son
deseables para construcciones masivas debido a su reducida
tendencia al agrietamiento cuando enfran y secan (Enrique Carbajal,
Lima).2.2.4. EFECTOS DEL SUPERPLASTIFICANTE SOBRE EL CONCRETO
FRESCO a. GENERALIDADES
Los concretos a los cuales se ha adicionado superplastificantes
pueden requerir procedimientos diferentes, usualmente no empleados
en concretos convencionales. Por ejemplo, un concreto fluido,
cuando es colocado rpidamente, puede incrementar la presin sobre
los encofrados. Otros problemas en obra pueden ser prdida de
asentamiento, fraguado lento, o segregacin y exudacin. Una
identificacin previa de la posibilidad que se presenten estos
problemas se logra empleando mezclas de prueba en obra las cuales
reflejaran las condiciones de trabajo con ms seguridad que los
ensayos de laboratorio (Manual de Laboratorio de la UNI).b.
ASENTAMIENTO
La velocidad y magnitud de prdida de asentamiento en concretos a
los cuales se les ha incorporado superplastificante pueden ser
afectadas por el tipo de stos, el dosaje empleado, el empleo
simultaneo de aditivos de los tipos A, B o D de la Norma ASTM C
494, el tipo y marca de cemento, la clase de concreto y la
temperatura de ste.
Es evidente que los factores mencionados no son los nicos que
podran intervenir en posibles modificaciones del asentamiento, pero
son aquellos que pueden ser controlados por el usuario. La
temperatura ambiente no puede ser controlada, pero ella puede tener
efecto muy importante sobre el comportamiento de los
superplastificantes. Es comn escuchar que todos los
superplastificantes aumentan rpidamente la trabajabilidad del
concreto; como ya se indic, ello no es enteramente cierto.
Tanto la Norma ASTM C 494 como la Norma ASTM C 1017 hacen mencin
a prdidas de asentamiento, pero ninguna de ellas indica que ensayos
deberan realizarse para determinar las caractersticas de dicha
prdida.
Cuando los superplastificantes son aadidos en obra, el concreto
presenta una prdida de asentamiento moderada a rpida y
caractersticas de tiempo de fraguado inicial normal o retardado.
Los productos especiales que se adicionan en la planta dosificadora
pueden extender la retencin del asentamiento en el concreto, as
como las caractersticas de fragua inicial normal o retardo de la
misma. La diferencia en el comportamiento no indica que un producto
es mejor que el otro, sino que ciertos productos pueden ser ms
apropiados en determinadas condiciones que en otras.
Generalmente, cuanto ms alto es el dosaje de superplastificante
en el concreto ms lenta es la velocidad de prdida de asentamiento.
Sin embargo, siempre debe tenerse en cuenta que cada producto tiene
un rango de operacin ms all de cual otras propiedades del concreto
pueden ser afectadas. Si la magnitud del dosaje se incrementa ms
all de este rango, como un procedimiento para controlar la
velocidad de prdida de asentamiento, el resultado puede incluir
cambios en las caractersticas del fraguado inicial, segregacin y
exudacin. Siempre que se emplea superplastificantes en las mezclas
de concreto debe tenerse en consideracin las recomendaciones del
fabricante (Acua Valencia, 1997).
La temperatura del concreto es otro factor importante que debe
ser considerado cuando se emplea superplastificantes, como en todos
los concretos, cuanto ms alta es la temperatura de estos mas rpida
es la prdida de asentamiento. Esta reaccin puede ser minimizada en
diferentes formas. Un camino es elegir un superplastificante que
cumpla con las especificaciones del tipo G de la Norma ASTM C 494 o
aadir un retardador de los grupos B o D de la Norma ASTM C 494 al
concreto en adicin al superplastificante. El efecto retardante as
obtenido puede ser beneficioso para reducir la rpida prdida de
asentamiento. Igualmente, puede aadirse en la planta dosificadora
un producto especficamente formulado para minimizar las prdidas de
asentamiento. El seguimiento de los procedimientos indicados en la
recomendacin ACI 305 igualmente contribuir a reducir las prdidas de
asentamiento debidas a las altas temperaturas.c. TIEMPO DE
FRAGUADO
La Norma ASTM C 494 especifica los criterios de comportamiento
mnimos requeridos para aditivos qumicos. Uno de dichos criterios es
el tiempo inicial de fraguado. La Norma ASTM requiere que los
concretos que contienen aditivos superplastificantes del tipo F
alcancen el tiempo de fragua inicial no ms de una hora o una y
media hora despus que los concretos de referencia que tienen
asentamiento, contenido de aire y temperatura similares.
Los concretos en los cuales se ha empleado el superplastificante
retardador tipo G de la Norma ASTM 494 debern alcanzar un tiempo de
fraguado inicial por lo menos de una hora despus, pero no ms de
tres horas y media despus, que el tiempo de fraguado inicial del
concreto de referencia.
La especificacin indica que los criterios de ambos prrafos
debern ser cumplidos nicamente en un dosaje determinado.
Muchos fabricantes de superplastificantes recomiendan un dosaje
determinado para su producto. Sin embargo, si se sigue estas
recomendaciones, el producto no necesariamente cumplir con los
requisitos de los tipos F o G de la Norma ASTM C 494.
Ello es especialmente debido al tiempo de fragua inicial,
aprecindose en muchos casos que cuanto ms alto es el dosaje de
superplastificante mayor es el retardo en el fraguado. Es necesario
que el fabricante proporcione un rango aceptable de dosaje, debido
a que el producto es empleado en variedad de situaciones y
condiciones de clima (Instituto Mexicano del Cemento y del
Concreto).d. INCORPORACION DE AIRE
Se han efectuado numerosas investigaciones orientadas a estudiar
la influencia de los superplastificantes en los concretos con aire
incorporado que son especialmente empleados para poder resistir los
procesos de congelacin y deshielo, as como la accin destructiva de
las sales descongelantes.
Los ensayos han demostrado que el sistema de burbujas es
alterado por la adicin de superplastificantes. En general, el
esparcimiento de las burbujas es mayor que los valores recomendados
por el ACI 201.2R. Este esparcimiento es causado por un incremento
en el tamao promedio de las burbujas y por una disminucin en la
superficie especfica, si se los compara con un concreto con aire
incorporado sin superplastificante.
De manera que los concretos con superplastificantes requieren
mayores dosajes de un agente incorporador de aire con respecto a un
concreto sin superplastificante.
En concretos fluidos los superplastificantes facilitan la
liberacin de aire, normalmente del 1% al 3% de aire est siendo
perdido. Los dosajes repetidos acentan el efecto.
e. SEGREGACION
La segregacin en el concreto es la separacin de los componentes
de la mezcla resultante de diferencias en el tamao o la densidad de
las partculas. La segregacin normalmente no ocurre en concretos con
superplastificantes cuando ste se emplea como un reductor de
agua.
Sin embargo, cuando el superplastificante es empleado para
producir concretos fluidos, se deber presentar segregacin si no se
toman las precauciones adecuadas. Adicionalmente, procedimientos
inadecuados de proporcionamiento o mezclado pueden ambos dar por
resultado exceso de fluidez o segregacin localizadas.
Las deficiencias en la seleccin de las proporciones no debern
aparecer en concretos de relativamente bajo asentamiento. Sin
embargo, el alto asentamiento de los concretos fluidos acenta esas
deficiencias y puede causar segregacin durante el manejo.
Una forma de asegurar un proporcionamiento adecuado es
incrementar las partculas menores de los agregados fino y grueso.
Bajo condiciones ideales el agregado grueso est suspendido en un
mortero cohesivo que no permite la segregacin, aunque si se
adiciona ms aditivo o agua se puede reducir peligrosamente esta
cohesividad.
Las caractersticas de fcil acomodo de los concretos fluidos han
hecho pensar equivocadamente que tales concretos no requieren
vibracin. De hecho, los concretos fluidos debern ser adecuadamente
consolidados, con o sin vibracin. Infortunadamente, muchos
concretos de losas, incluyendo a aquellos construidos empleando
concretos fluidos, reciben muy poca o ninguna vibracin.f.
EXUDACION
La exudacin es el proceso por el cual los slidos tienden a
asentarse en el concreto fresco, permitiendo que una parte del agua
de la mezcla se eleve a la superficie.
En aquellos en los que los superplastificantes son empleados
como reductores de agua, la exudacin disminuye debido al bajo
contenido de agua de la mezcla. Este efecto ha sido verificado para
concretos preparados con cemento tipo I, II y V.
La exudacin puede ser reducida empleando las mismas medidas
indicadas para la segregacin. Adicionalmente, la exudacin puede ser
reducida limitando el tipo de aditivos empleados en concretos
preparados con superplastificantes. Por ejemplo, el acido
hidroxilar carboxilo tiende a incrementar, en grado variable, la
tendencia a la exudacin de concretos que contienen
superplastificantes.
Es recomendable preparar muestras bajo condiciones de obra a fin
de determinar los materiales y proporciones que permitirn obtener
una mezcla que tenga los menores volmenes de segregacin y exudacin,
y que al mismo tiempo, permita obtener la trabajabilidad necesaria
para cumplir con los requisitos de colocacin.
g. FACILIDAD DE BOMBEO
El bombeo es un procedimiento de colocacin del concreto que cada
vez se hace ms comn en obra. En l, la prdida de una pequea cantidad
de asentamiento mientras discurre el concreto por la tubera es algo
normal. Cuando ocurre una prdida excesiva, las causas pueden
deberse a muy diversos factores que incluyen el proporcionamiento,
porosidad del agregado, prdida de aire atrapado, degradacin de los
agregados, condiciones de clima, e inadecuado equipo de bombeo.
Cuando el procedimiento de colocacin del concreto por bombeo
comienza a ser un problema no se considera una solucin aceptable el
aadir agua al concreto. Adems de bajar la calidad del concreto, la
adicin de agua diluye el mortero, pudiendo dar lugar a que la
presin de bombeo separe el agregado grueso del mortero y que se
obstruya la tubera.
En el pasado se han empleado con xito las siguientes soluciones
para resolver los problemas de dificultad de bombeo:
Modificar las proporciones de la mezcla, dando especial atencin
a los contenidos de cemento y agregado fino, as como al empleo de
aditivos minerales tales como la ceniza. El empleo de bombas ms
grandes y potentes. Bombear de una bomba a otra antes de llegar al
punto final de colocacin.
La adicin de un superplastificante puede significar una
alternativa econmica a las anteriores opciones, dado que significa
disminuir los requisitos de la presin de bombeo e incrementar la
eficiencia de la bomba. Las investigaciones de obra han demostrado
que la adicin de un superplastificante reduce la presin de bombeo
del 20% al 25% para concretos de peso normal, y de 10% a 20% para
concretos livianos (Jimnez Gmez Rubn, 2000).2.2.5. EFECTOS DEL
SUPERPLASTIFICANTE SOBRE EL CONCRETO ENDURECIDOa. RESISTENCIA A LA
COMPRESION
Los principales efectos del superplastificante sobre la
resistencia en compresin del concreto se derivan de su efecto sobre
la relacin agua cementante. Cuando se emplea un superplastificante
para disminuir los requerimientos de agua, en los mismos
asentamientos y contenido de material cementante, la resultante
disminucin en la relacin agua cementante deber significar un
incremento en la resistencia en compresin en todas las edades.
Si se compara mezclas con la misma relacin, agua cementante,
aquellas que contienen superplastificante presentan a los 28 das un
ligero incremento en la resistencia debido al efecto dispersante
del cemento. En las edades iniciales, este incremento en la
resistencia representa un porcentaje significativo de la
resistencia total.
Los usuarios de los superplastificantes debern primeramente
calcular la relacin agua cementante y a continuacin, estimar la
resistencia del concreto empleando las tablas del comit ACI 211.
Esta estimacin deber ser conservadora debido al efecto de dispersin
del cemento ya mencionado.
Se recomienda desarrollar informacin sobre la relacin agua
cementante contra resistencia para los materiales empleados en cada
obra. La misma informacin puede ser empleada para determinar la
influencia del aditivo superplastificante sobre los cambios en la
resistencia del concreto que se producen en las primeras
edades.
Los cambios en la resistencia inicial resultantes del empleo de
superplastificantes no debern ser mayores en los concretos fluidos
a menos que se emplee un aditivo reductor o acelerante, previamente
indicado en las especificaciones. Cuando se emplea un
superplastificante para incrementar la resistencia por reduccin de
la relacin agua cementante, el efecto sobre la resistencia inicial
puede ser positivo.
Debido a su efectividad en la reduccin de la relacin agua
cementante los superplastificantes son adecuados para producir
concretos con resistencias en compresin mayores de 400 Kg/cm2 a los
28 das; y son esenciales para alcanzar a los 28 das resistencias en
compresin del orden de 600 Kg/cm2 bajo condiciones de obra.b.
RESISTENCIA A LA TENSION
Los aditivos superplastificantes debern afectar a la resistencia
a la tensin del concreto de la misma manera que actan sobre la
resistencia en compresin. Los mtodos empleados para determinar la
resistencia a la tensin son los mismos que se emplean en los
concreto sin aditivo.c. MODULO DE ELASTICIDAD
Los aditivos superplastificantes al incrementar, la resistencia
en compresin, tienen efecto sobre el mdulo de elasticidad del
concreto, el cual aumenta. Los procedimientos para determinar el
mdulo de elasticidad de los concretos con superplastificantes son
los mismos que se emplean para los concretos sin l.d. ADHERENCIA AL
ACERO DE REFUERZO
Los estudios de laboratorio no han dado ninguna informacin que
indique que el empleo de concreto fluido tiene algn efecto negativo
sobre su adherencia al acero de refuerzo. La resistencia por
adherencia de los concretos fluidos al acero de refuerzo depende de
la resistencia del concreto, grado de consolidacin, exudacin y
segregacin, y el tiempo de fraguado.
Puede afirmarse que la incorporacin de un aditivo
superplastificante al concreto mejora la adherencia entre el acero
y el concreto, tanto para concretos normales como para
livianos.
Por ejemplo, la adicin de un aditivo superplastificante a un
concreto normal incrementa la resistencia por adherencia a los 7
das de 12 a 35 Kg/cm2 para barras lisas; y de 150 a 275 Kg/cm2 para
barras corrugadas. Similar comportamiento se ha observado para los
concretos livianos (Enrique Pasquel, 1992).e. ELEVACION DE
TEMPERATURA
La elevacin de temperatura en concretos fluidos debida al calor
de hidratacin no es significativamente afectada por la adicin de un
superplastificante del tipo F, a menos que la cantidad o composicin
del ligante sea cambiada. Puede haber un pequeo cambio cuando se
alcanza los mayores valores en la temperatura del concreto debido a
hidratacin, pero estas diferencias por lo general son
despreciables.
Cuando se emplea superplastificante para lograr reduccin en el
contenido de agua de la mezcla, puede presentarse algn incremento
en la elevacin de temperatura debido al menor contenido de
agua.
f. CONTRACCION Y ESCURRIMIENTO PLASTICO
Alguna informacin de laboratorios confirman que el empleo de
superplastificantes puede incrementar la contraccin por secado del
concreto, para una relacin agua cemento y contenido de cemento
dado, pero este efecto no ha sido definitivamente confirmado.
De lo anterior puede concluirse que la contraccin por secado de
los concretos fluidos deber ser similar o ligeramente mayor que, la
de las mismas mezclas de concreto sin el superplastificante. Si hay
una reduccin simultnea en el contenido del cemento y la relacin
agua cementante, cuando se aade el aditivo superplastificante la
contraccin por secado puede reducirse.Aunque se han hecho pocos
estudios sobre las caractersticas de escurrimiento plstico, es de
esperar que la adicin de superplastificantes al concreto deber
afectar a ste en la misma forma que afecta a la contraccin (Galindo
Tambo Feliciano, 1999).
En consenso es que los concretos con superplastificante tienen
aproximadamente el mismo escurrimiento plstico que los concretos de
referencia.
g. RESISTENCIA A LAS HELADAS
En concretos que contienen superplastificantes generalmente el
valor del factor de espaciamiento puede ser excedido dependiendo
del volumen de aditivo. El incremento del factor de espaciamiento
puede deberse a la prdida de burbujas durante el mezclado y
compactacin, as como a la unin de ellas.Siempre que la relacin agua
cementante y el sistema de burbujas de aire sean los mismos, los
concretos que contienen superplastificantes presentan el mismo
grado de resistencia a la heladas y a las sales descongestionantes
que los concretos bien consolidados que no contienen el
aditivo.
La secuencia adecuada debe ser establecida por adicin del
aditivo incorporador de aire con relacin a los otros materiales
constituyentes de la mezcla, a fin de evitar una excesiva prdida de
aire incorporado durante el mezclado o colocacin.
Los superplastificantes parecen eliminar burbujas de aire
grandes e incrementar el volumen de poros del tamao crtico
requerido para resistencias a la congelacin (Riva Lopez Enrique,
2008).h. DURABILIDAD
Cuando los aditivos superplastificantes son empleados para
producir concretos de altas resistencias, la relacin agua
cementante empleadas son bajas, y estos disminuyen la permeabilidad
del concreto. La menor permeabilidad y la ms alta resistencia
debern mejorar propiedades del concreto tales como su resistencia a
los sulfatos y resistencia a la abrasin.2.3. MATERIALES QUE
INTERVIENEN EN EL CONCRETO2.3.1. DEFINICION DE CONCRETO
El concreto es bsicamente una mezcla de dos componentes:
Agregado y pasta. La pasta, compuesta de cemento Prtland y agua,
une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar
una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la
reaccin qumica entre el cemento y el agua.
Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen
total del concreto. Los agregados constituyen aproximadamente el 60
al 75 % del volumen total del concreto, su seleccin es importante.
La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la
pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partcula de
agregado est completamente cubierta con pasta y tambin todos los
espacios entre partculas de agregado. Para cualquier conjunto
especfico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de
concreto endurecido est determinada por la cantidad de agua
utilizada en la relacin con la cantidad de cemento. A continuacin
se presenta algunas ventajas que se obtienen al reducir el
contenido de agua:
Se incrementa la resistencia a la compresin y a la flexin.
Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y
menor absorcin. Se incrementa la resistencia al intemperismo. Se
logra una mejor unin entre capas sucesivas y entre el concreto y el
refuerzo.
Entre menos agua se utilice, se tendr una mejor calidad de
concreto la condicin que se pueda consolidar adecuadamente. Menores
cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas ms rgidas. Por
lo tanto, la consolidacin del concreto por vibracin permite una
mejora en la calidad del concreto y en la economa. Las propiedades
del concreto en estado fresco (plstico) y endurecido, se puede
modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma
lquida, durante su dosificacin. Despus de un proporcionamiento
adecuado, as como, dosificacin, mezclado, colocacin, consolidacin,
acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un
material de construccin resistente, no combustible, durable,
resistencia al desgaste y prcticamente impermeable que requiere
poco o nulo mantenimiento. El concreto tambin es un excelente
material de construccin porque puede moldearse en una gran variedad
de formas, colores y texturizados para ser usado en un nmero
ilimitado de aplicaciones (www.asocem.org.pe).2.3.2. CEMENTO
PORTLAND
El cemento es un aglomerante hidrfilo, resultante de la
calcinacin de rocas calizas, areniscas y arcillas, de manera de
obtener un polvo muy fino que en presencia de agua endurece
adquiriendo propiedades resistentes y adherentes.
El cemento Prtland, es un cemento hidrulico producido mediante
la pulverizacin del clinker Prtland, compuesto esencialmente de
silicatos de calcio hidrulicos y que contiene generalmente una o ms
de las formas de sulfato de calcio, como una adicin durante la
molienda.
Cemento Prtland = Clinker Prtland + Yeso
El Clinker Prtland.-
Es un producto semiacabado de forma de piedras negruzcas de
tamaos de aproximadamente, obtenido de la calcinacin de una mezcla
de materiales calcreos y arcillosos en proporciones convenientes,
hasta llegar a una fusin incipiente (Clinkerizacin) a 1450 C. Est
compuesto qumicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de
calcio, ferro aluminatos de calcio y otros en pequeas cantidades,
los cuales se forman por la combinacin del xido de Calcio (CaO) con
los otros xidos: dixido de silicio (SiO2 ) , xido de aluminio (Al2
O3 ) y xido frrico (Fe2 O3 ).
El Clnker Prtland se enfra rpidamente y se almacena en canchas
al aire libre.
El cemento Prtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al
mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plstica y moldeable
que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y
durabilidad.2.3.3. TIPOS DE CEMENTO PRTLAND
La clasificacin y nomenclatura de los cementos Prtland de
acuerdo a sus cualidades y usos son:
Tipo I: De uso general, donde no se requieren propiedades
especiales.
Tipo II: De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor
de hidratacin. Para emplearse en estructuras con ambientes
agresivos y/o en vaciados masivos.
Tipo III: Desarrollo rpido de resistencia con elevado calor de
hidratacin. Para uso en clima fro en los casos en que se necesita
adelantar la puesta en servicio de las estructuras.
Tipo IV: De bajo calor de hidratacin. Para concreto masivo.
Tipo V: Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes muy
agresivos (Abanto Castillo Flavio, 1999).
Cuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el
sufijo A (Tipo IA) significa que son cementos a los que se les ha
aadido incorporadores de aire en su composicin, manteniendo las
propiedades originales.
En el Per se fabrican los cementos Prtland tipos I, II, y V,
estos cementos Prtland deben cumplir con los requisitos indicados
en la NTP 334.039-2002, (ASTM C 150-02)
Tambin se encuentran en el mercado nacional otros tipos de
cementos, tales como los cementos Prtland adicionados, u otros como
los cementos blancos a base de clinker Prtland.2.3.4. COMPOSICIN
QUMICA DEL CEMENTO PRTLANDa) Componentes principales
Los componentes qumicos principales de las materias primas para
la fabricacin del cemento son:
Cal (Oxido de Calcio) CaO
Slice (Anhdrido Silcico) SiO2 Almina (Oxido de Aluminio) Al2O3
Oxido Frrico Fe2O3
Estos componentes, aportados por la materia prima caliza y
arcillosa, reaccionan entre s en el horno formando una serie de
productos ms complejos, denominados compuestos principales (Steven
Kosmatka; Kerkhoff; William, 2004).b) Compuestos
Durante el proceso de fusin de la materia prima que ha de dar
origen al clinker se forman los siguientes compuestos:
b.1) Principales Silicato Triclcico 3SCaO.SiO2 = C3S: El ms rico
en cal que es posible obtener, se compone de 73.7% de cal y 26.3%
de cido silcico.
Silicato Biclcico 2CaO.Si02 = C2S: Se compone de 65.1% de cal y
de 34.9% de cido silcico. Aluminato Triclcico 3CaO.Al203 = C3A: Se
compone de 62.3% de cal y 37.7% de alumina.
Ferroaluminato Tetraclcico 4CaO.Al2O3.Fe203 = C4AF: Se compone
de 46.1% de cal, de 21% de alumina y de 32.9% de oxido de
fierro.b.2) Secundarios
Oxido de Cal Libre
Oxido de Magnesio MgO
xidos de Potasio y Sodio K2O, Na2O
xidos de Manganeso y Titanio Mn2O3, TiO2
Cantidades pequeas de otros xidos
Los cuatro primeros compuestos mencionados (silicatos y
aluminatos) son los denominados compuestos principales, del clinker
suponen el 90% al 95% del total. El porcentaje restante corresponde
a los llamados compuestos secundarios.
Los compuestos principales necesariamente no son los ms
trascendentes, pues algunos de los compuestos secundarios tienen
mucha importancia para ciertas condiciones de uso de los
cementos.
c) Productos secundarios complementarios
El grupo de los componentes secundarios complementarios
incluye:
Prdida por Calcinacin PC
Residuo Insoluble RI
Anhdrido Sulfrico SO32.3.5. PROPIEDADES FSICAS
a. Peso especfico
El peso especfico del cemento corresponde al material al estado
compacto. Su valor suele variar, para los cementos Prtland
normales, entre 3.0 y 3.2. Las normas norteamericanas consideran un
valor promedio de 3.15 y las normas alemanas e inglesas un valor
promedio de 3.12. Su determinacin es particularmente necesaria en
relacin con el control y diseo de las mezclas de concreto. Para su
determinacin se sigue las recomendaciones de la NTP 334.005-2001.b.
Fineza y Superficie especfica
La fineza de un cemento es funcin del grado de molienda del
mismo y se expresa por su superficie especfica, la cual es definida
como el rea superficial total, expresada en centmetros cuadrados,
de todas las partculas contenidas en un gramo de cemento. Se asume
que todas las partculas tienen un perfil esfrico.
Debido a su pequeo tamao, las partculas finas de cemento son
difcilmente separables por fracciones empleando tamices, habiendo
sido necesario desarrollar mtodos de ensayo especiales para medir
la aproximacin cuantitativa de su distribucin por tamaos. Los dos
aparatos especialmente desarrollados para medir la fineza de los
cementos, de acuerdo a la Norma ASTM, son el Turbidmetro Wagner,
(NTP 334.072-2001) y el aparato Blaine; determinacin de la finura
expresada por la superficie especfica como podemos ver en la tabla
2.2, (NTP 334.002-2003), este ltimo es el de uso comn, que en
algunos casos es complementado con el ensayo para determinar la
finura por tamizado hmedo con tamiz normalizado de 45 m (N 325),
NTP 334.045-1998.Tabla 2.2.-fineza de los diferentes tipos de
cemento
Tipo de cementoFinura de Blaine m2 / Kg
I370
II370
III540
IV380
V380
c. Contenido de aire
La presencia de cantidades excesivas de aire en el cemento puede
ser un factor que contribuya a reducir la resistencia de los
concretos preparados con ste. El ensayo de contenido de aire da un
ndice indirecto de la fineza y grado de molienda del cemento. El
ensayo se realiza de acuerdo a la NTP 334.048-2003.d. Fraguado
El trmino fraguado se refiere al cambio del estado fluido al
estado slido. Se dice que la pasta de cemento Prtland ha fraguado
cuando esta lo suficientemente rgida como para soportar una presin
arbitraria definida.
El tiempo de fraguado se divide en dos partes: el comienzo y el
fin de la fragua, conocidos como la fragua inicial y la fragua
final. Cuando la pasta de cemento Prtland ha logrado la fragua
final, empieza un nuevo perodo de incremento de su rigidez y
resistencia denominado endurecimiento.
El porcentaje de agua que se mezcla con el cemento tiene gran
importancia sobre el tiempo de fraguado. Esta cantidad de agua se
determina para cada tipo de cemento mediante el ensayo de
consistencia normal.
El tiempo de fragua de las pastas de cemento, a las que se ha
dado consistencia normal, se mide por la capacidad que tenga la
pasta de soportar el peso de una varilla o aguja determinada. Para
determinar el tiempo de fraguado se siguen las siguientes
normas:
Fraguado Vicat, de acuerdo a la NTP 334.006-2003.
Fraguado Gillmore, de acuerdo a la NTP 334.056-2002.
e. Resistencia mecnica
La resistencia mecnica del cemento endurecido es la propiedad
fsica que define la capacidad del mismo para soportar esfuerzos sin
fallar y normalmente se emplea como uno de los criterios de
aceptacin por ser la ms requerida desde el punto de vista
estructural. El valor de la resistencia a los 28 das se considera
como la resistencia del cemento.
La resistencia de un cemento se determina por ensayos de
compresin y traccin en morteros preparados con dicho cemento y
arena estndar. Los ensayos de resistencia a la compresin de cubos
de mortero de cemento Prtland de 50 mm de lado se efectan de
acuerdo a la NTP 334.051-1998.
f. Estabilidad de volumen
Se define como estabilidad de volumen de un cemento a la
capacidad de ste para mantener un volumen constante una vez
fraguado. Se considera que un cemento es poco estable cuando tiende
a sufrir un proceso de expansin lentamente y por un largo perodo de
tiempo. El efecto de un cemento poco estable puede no ser apreciado
durante meses, pero a la larga es capaz de originar fuertes
agrietamientos en el concreto y an fallas eventuales.
La falta de estabilidad de volumen es debida a la presencia de
yeso o a un exceso de cal libre o magnesio, los cuales tienden a
hidratarse y expandir.
La estabilidad de volumen de los cementos se determina mediante
el ensayo de expansin en autoclave, que se encuentra normalizada
bajo la NTP 334.004-1999.
g. Calor de hidratacin
El fraguado y endurecimiento de la pasta es un proceso qumico
por lo que, durante las reacciones que tienen lugar entre los
compuestos del cemento y el agua, la hidratacin del cemento es
acompaada por liberacin de una cantidad de calor, la cual depende
principalmente de la composicin qumica y de la fineza del
cemento.
De lo expuesto puede definirse al calor de hidratacin como la
cantidad de calor, expresada en caloras por gramo de cemento no
hidratado, desarrollada por hidratacin completa a una temperatura
determinada.
El calor de hidratacin de los cementos normales es de 85 a 100
cal/gr., por lo que en las condiciones normales de construccin el
calor se disipa rpidamente por radiacin, siendo los cambios de
temperatura dentro de la estructura relativamente pequeos y
probablemente de pocas consecuencias. Para determinar el calor de
hidratacin de los cementos se emplea el mtodo indicado en la NTP
334.064-1999.
2.3.6. AGREGADOS
A continuacin algunas definiciones de agregado:
Agregado para Concreto: Es un conjunto de partculas, de origen
natural o artificial, que pueden ser tratadas o elaboradas y cuyas
dimensiones estn comprendidas entre los lmites fijados por la NTP
400.037-2002. Agregado fino: Es el agregado proveniente de la
desintegracin natural o artificial, que pasa el tamiz normalizado
9,5 mm (3/8 pulg.) y que cumple con los lmites establecidos en la
NTP 400.037-2002. (ver anexo 2.01). Agregado grueso: Es el agregado
retenido en el tamiz normalizado 4,75 mm (No. 4) proveniente de la
desintegracin natural o artificial de la roca, y que cumple con los
lmites establecidos en la NTP 400.037-2002. (ver anexo 2.02)2.3.6.1
Tamao mximoEs el que corresponde al menor tamiz por el que pasa
toda la muestra de agregado grueso.
2.3.6.2 Tamao mximo nominal Es el que corresponde al menor tamiz
de la serie utilizada que produce el primer retenido.2.3.6.3 Mdulo
de finezaCriterio Establecido en 1925 por Duff Abrams a partir de
las granulometras del material se puede intuir una fineza promedio
del material utilizando la siguiente
expresin:MF=%Acum.Ret.(11/2,3/4,3/8,N4,N8,N16,N30,N50yN100)/1002.3.6.4
Caractersticas fsicas
En general son primordiales en los agregados las caractersticas
de densidad, resistencia, porosidad, y la distribucin volumtrica de
las partculas, que se acostumbra denominar granulometra o gradacin.
Asociadas a estas caractersticas se encuentran una serie de ensayos
o pruebas estndar que miden estas propiedades para compararlas con
valores de referencia establecidos o para emplearlas en el diseo de
mezclas.
Es importante para evaluar estos requerimientos el tener claros
los conceptos relativos a las siguientes caractersticas fsicas de
los agregados y sus expresiones numricas.
Fig. 2.1 Estados de saturacin del agregado.
(Flavio Abanto Tecnologa del Concreto)
a) Condiciones de saturacin
En la Fig.2.1 se han esquematizado las condiciones de saturacin
de una partcula ideal de agregado, partiendo de la condicin seca
hasta cuando tiene humedad superficial, pudindose asimilar
visualmente los conceptos de saturacin en sus diferentes
etapas.
b) Peso especfico
Aplicado a agregados el concepto de peso especfico se refiere a
la densidad de las partculas individuales y no a la masa del
agregado como un todo. Pudindose definirse como el cociente de
dividir el peso de las partculas entre el volumen de las mismas sin
considerar los vacos entre ellas. Las NTP 400.021-1979 y
400.022-1979 establecen el procedimiento estandarizado para su
determinacin en laboratorio, distinguindose tres maneras de
expresarlo en funcin de las condiciones de saturacin. Peso
especifico de masa seca; el cual es definido por la norma ASTM C
127 como la relacin, a una temperatura estable, de la masa en el
aire de un volumen unitario de material permeable (incluyendo los
poros permeables e impermeables naturales del material) a la masa
en el aire de la misma densidad, de un volumen igual de agua
destilada libre de gas.
Peso especifico de masa saturado superficialmente seco; el cual
es definido como el mismo que el peso especfico de masa seca,
excepto que esta incluye el agua en los poros permeables.
Peso especfico aparente; el cual est definido como la relacin, a
una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen
unitario de un material, a la masa en el aire de igual densidad de
un volumen igual de agua destilada libre de gas. Si el material es
un slido, el volumen es aquel de la porcin impermeable.
Hay que tomar en cuenta que las expresiones de la norma son
adimensionales, luego hay que multiplicarlas por la densidad del
agua en las unidades que se deseen para obtener el parmetro a usar
en los clculos. Su valor para agregados normales oscila entre 2,500
y 2,750 kg/m3.
c) Peso unitario
Es el cociente de dividir el peso de las partculas entre el
volumen total incluyendo los vacos. Al incluir los espacios entre
partculas, est influenciado por la manera en que se acomodan estas,
lo que lo convierte en un parmetro hasta cierto punto relativo.
La NTP 400.017-1977, define el mtodo estndar para determinar, ya
sea el peso unitario seco compactado o suelto seco. El valor
obtenido, es el que se emplea en algunos mtodos de diseo de mezclas
para estimar las proporciones y tambin para hacer conversiones de
dosificaciones en peso a dosificaciones en volumen. El valor del
peso unitario para agregados normales oscila entre 1,500 y 1,700
kg/m3.
d) Porcentaje de vacos
Es la medida del volumen expresado en porcentaje de los espacios
entre las partculas de agregados. Depende tambin del acomodo entre
partculas, por lo que su valor es relativo como en el caso del peso
unitario. La misma NTP 400.017-1977, indicada anteriormente
establece la frmula para calcularlo, empleando los valores de peso
especifico y peso unitario estndar.
Donde: