Puzolanas Naturales en el Concreto: La durabilidad de las estructuras de concreto se ve afectada por la corrosión de las barras de acero, que es una preocupación importante para los departamentos de construcción de todo el mundo. Para extender la durabilidad, se ha propuesto utilizar materiales de cemento complementarios. Además, se ha visto que el uso de estos materiales reduce el coste de producción del hormigón y puede controlar la emisión de gases que provocan el efecto invernadero. En México, existen regiones volcánicas donde se pueden obtener estos materiales.
Las Puzolanas Naturales en el Concreto
En principio, la durabilidad de estos El hormigón le da al acero protección química y física para garantizar la seguridad de la estructura. Anticorrosión. Varios trabajos muestran cómo se produce la reacción de hidratación de este compuesto. El cemento produce una solución intersticial con un pH alto , que puede producir condiciones óptimas.
Las Puzolanas Naturales en el Concreto: También se puede utilizar como capa física. Prevenir o empedir de manera protectora la entrada de agentes corrosivos, que pueden despasivar el acero y causar la corrosión.
Sin embargo, debido a que el hormigón es un material poroso, solo puede aislar el acero de sustancias agresivas en el entorno externo de manera imperfecta. Esta barrera física depende en gran medida de La calidad del hormigón y su compactación (compactación, acabado y curado) durante el procesamiento. depuración.
El rol de las Puzolanas Naturales en el Concreto Reforzado
Solo en los EE. UU., El daño causado por la corrosión causada por cloruros produce las enormes pérdidas económicas anuales permiten superar los 276 000 millones de dólares . Debido por esta razón, existe una necesidad creciente de mejorar la durabilidad de las estructuras de concreto armado.
La reducción de los costes de producción ha llevado al uso de formulaciones de hormigón. El porcentaje de sustitución de cemento en materiales de cemento suplementarios es diferente. Bajo su influencia Morfología, composición química y mineralógica y tamaño de partícula, algunos materiales muestran una evidente actividad puzolánica.
Producir materiales con propiedades adhesivas. Estos materiales se pueden utilizar como Agregue o reemplace parcialmente el cemento Portland de acuerdo con el desempeño y los efectos esperados Sobre el hormigón.
Conceptos básicos naturales del pozzolan
Un Puzzolan es un material silícito que posee poco valor cementitivo por sí mismo. Sin embargo, si se divide finamente en presencia de humedad, reaccionará con hidróxido de calcio para formar hidrato de silicato de calcio y otros compuestos cementosos. Se puede utilizar como sustituto del cemento en mezclas de hormigón.
Los pozzolans naturales más comunes utilizados en aplicaciones de hormigón hoy en día incluyen arcilla calcinada, esquisto calcinado y metakaolina. Otros tipos de pozzolanos naturales que se utilizan menos en aplicaciones modernas incluyen ceniza volcánica, vidrio volcánico (pumicita y obsidiana) y ceniza de cáscara de arroz, entre otros.
Los pozzolans naturales provienen de depósitos minerales y volcánicos naturales. Algunos minerales como arcilla o esquisto requieren tratamiento térmico para transformarlos en pozzolans, mientras que otros como la ceniza volcánica exhiben un comportamiento pozzolanico con un procesamiento mínimo.
Calcinado versus Crudo
El proceso de convertir arcilla o esquisto en arcilla calcinada, metakaolina o esquisto calcinado implica aplicar calor significativo al material. El proceso provoca reacciones que incorporan oxígeno en la estructura del material, alterando eficazmente su composición y comportamiento, y transformando el material en un pozzolan.
Después del proceso de calcinación, el material calcinado puede procesarse aún más antes de ser finalmente molido en un polvo fino adecuado para su uso como material cementoso suplementario. Metakaolina se considera un tipo único de arcilla calcinada.
Metakaolina se produce mediante el uso de un proceso de calcinación de mayor temperatura específicamente en arcilla de caolina antes de ser más fino que la arcilla calcinada tradicional. La alta finura material junto con el proceso de calcinación diferente resulta en metakaolina exhibiendo comportamientos diferentes de las arcillas calcinadas ordinarias.
Algunos materiales, como la ceniza volcánica, pueden exhibir un comportamiento pozzolanico en su forma cruda sin calcinación o procesamiento extensivo. Estos a veces se conocen como verdaderos pozzolans naturales.
En la planta
Como SCM, los pozzolans naturales se utilizan típicamente como un reemplazo parcial para el cemento portland ordinario o como una sustitución por ceniza de mosca. Las tasas de reemplazo o dosificación varían dependiendo del pozzolan y las características y comportamientos de hormigón deseados.
«Para los verdaderos pozzolans naturales (no calcinados), las tasas de reemplazo tienden a reflejar los niveles de reemplazo de cenizas volantes», dijo Ken McPhalen, gerente de servicios técnicos de Advanced Cement Technologies.
«En promedio, usted está mirando en cualquier lugar de 20% a 30% reemplazo de cemento en peso. Para la metakaolina, es mucho menor, alrededor del 8% al 10% para la mayoría de las aplicaciones de alto rendimiento.
«Los niveles de dosificación podrían aumentar en esas situaciones cuando estás abordando un desafío específico, como mitigar la reactividad alcalina-sílice.»
Reacciones pozzolanicas
Puzolanas Naturales en el Concreto: Al igual que otros pozzolans, los pozzolans naturales reaccionan con agua e hidróxido de calcio para producir hidrato de silicato de calcio. Ch y CSH son productos de reacciones de hidratación del cemento portland.
Sin embargo, ch es poroso y aporta poca fuerza a la pasta de cemento, mientras que CSH es más denso y sirve como el principal agente de construcción de resistencia como curaciones de hormigón.
La reactividad y el comportamiento de cualquier SCM variarán dependiendo del material padre y la composición final de la SCM procesada, así como la tasa de dosificación, materiales constituyentes, curado y otros parámetros.
Generalmente, la reactividad pozzolanic está influenciada por el tamaño de las partículas, la composición del material y la temperatura. A medida que disminuye el tamaño de las partículas, el área total de la superficie de las partículas aumenta y permite que las reacciones ocurran más rápido.
La composición, y específicamente el contenido de vidrio y calcio, también afectará a la reactividad. Los pozzolanos tienden a reaccionar más rápido cuando se utilizan junto con un cemento portland de alta alcalina, o con un aumento de la temperatura.
Propiedades físicas
La arcilla calcinada y el esquisto calcinado se utilizan a menudo en aplicaciones de hormigón de uso general. Estos pozzolans naturales varían en tamaño. Sin embargo, aproximadamente 2/3 de las partículas deben ser menores que 45 micrómetros, de acuerdo con ASTM C618.
Metakaolina, por otro lado, se emplea a menudo en aplicaciones especiales donde se necesita muy baja permeabilidad o alta resistencia. En promedio, las partículas de metakaolina exhiben diámetros que van de 1 a 3 micrómetros.
Efectos sobre el Concreto fresco
Arcilla calcinada y esquisto calcinado tienden a tener efectos similares en muchas propiedades de hormigón fresco. Ambos materiales generalmente no tienen ningún impacto en la demanda de agua, pero ambos tienen una tendencia a aumentar la capacidad de trabajo.
A diferencia de la metakaolina, la arcilla calcinada y el esquisto generalmente no muestran ningún impacto significativo en el contenido de aire. Además, la arcilla calcinada y el esquisto tienen poco efecto en el sangrado y la segregación porque las partículas son, en promedio, ligeramente más grandes que los granos de cemento portland.
Partículas significativamente más finas, como con humo de sílice o metakaolina, reducen la tasa de sangrado y la capacidad de sangrado. La arcilla calcinada y el esquisto tienen poco o ningún efecto en el tiempo de ajuste.
Efectos sobre el Concreto endurecido
La arcilla calcinada, el esquisto calcinado y la metakaolina pueden mejorar la durabilidad del hormigón. Específicamente, pozzolans naturales son conocidos por aumentar la resistencia a la corrosión y resistencia al sulfato, disminuir la permeabilidad y absorción, y reducir la reactividad alcalina-sílice.
Estos beneficios se atribuyen en gran medida al comportamiento pozzolanico de los materiales, que disminuye la permeabilidad del hormigón y aumenta la densidad y la fuerza al consumir CH y producir CSH. Al igual que las cenizas volantes, el cemento de escoria y el humo de sílice, los pozzolans naturales también contribuyen a una mayor ganancia de fuerza a largo plazo.
Otras características relacionadas con la durabilidad del hormigón como la resistencia al impacto y la resistencia a la abrasión no se ven afectadas por el uso de pozzolans naturales u otros SCMs. Estos atributos están relacionados con la resistencia compresiva del hormigón, así como con las características agregadas.
Además, los pozzolans naturales no muestran ningún impacto significativo en la durabilidad del congelamiento-deshielo, que depende en gran medida de la relación material cementosa de agua y el sistema de vacío de aire del hormigón, así como de la resistencia compresiva y las características agregadas del hormigón.