Título de la presentación1

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD.

Bogotá, 28 de Octubre de 2013

Diego Velandia ManchegoAna Cristina Gómez Álvarez

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD2

CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN

• Línea del tiempo• Generación de CO2

• Evolución del material cementante

2. HVFA• Concepto de HVFA.• Curvas de diseño.• Realidades HVFA.

3. GEOPOLÍMEROS• Concepto de geopolímeros.• Materiales y activación química.

• Desafíos.

4. UOGC• Resistencia.• Caracterización del material.• Desarrollo de resistencias.• Ensayos de durabilidad• Conclusiones.

INTRODUCCIÓN

Título de la presentación4

Título de la presentación5

Línea del tiempo

6

3000 AC

300 AC -476

1824

1836

1889

1891

1903 1913

1908

1930

1936 1967

1970

1992

1980

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

Generación de CO2

Mehta, P K, Sustainability of the Concrete Industry – Critical Issues, ACI Strategic Development Committee's "Concrete Summit on Sustainable Development", March 29, 2007, Washington DC

7

EVOLUCIÓN DEL MATERIAL

8

Cemento portland 100%

Mezclas binarias

Mezclas ternarias

HVFA

Concreto con alto contenido

de ceniza volante

UOGCCemento +

HVFA + Activadores

Geopolimeros

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

HVFA

CONCEPTO HVFA

10

HVFA

Mínimasustitución de contenido de

cenizavolante del

50%

Máximocontenido

de cemento200 kg/m3

La ceniza cumple ASTM C

618

Bajasrelaciones

aguamaterial

cementante

Superplastificantees necesario para

asentamientossuperiores a 150 mm y relaciones

de 0.3

Máximocontenidode agua

130 kg/m3

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Título de la presentación11

USO DE CENIZA

12

FuenteFreeman, E. Gao, Y. Hurt, R. Suuberg, E. Interaction of Carbon-Containing Fly Ash withComercial Air-Entraining Admixtures for Concrete. 1997.

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Título de la presentación13

ADITIVOS

14

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%18%20%22%24%26%28%30%32%34%36%

0.00% 0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% 0.55% 0.60% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90%

Porc

enta

je d

e re

ducc

ión

[%]

Dosificación [%]

Curva de sensibilidad Plastificante y Superplastificante

0% Ceniza 18% Ceniza 30% Ceniza 50% Ceniza

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REALIDADES DEL HVFA

15

Demanda de agua

Trabajabilidad

Exudación

Tiempo de fraguado

Aire Incluido

Calor de Hidratación

Resistencias a 3

Resistencias a 7

Resistencias a 28

Resistencias a 56

Resistencias a 90

Permeabilidad

Ingreso de cloruros

RAA Resistencia Sulfatos

Resistencia a la Abrasión

Contraccion

Carbonatación

0 1 2 3 4 5 6Testigo (100% PC)Disminuye Aumenta

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GEOPOLÍMEROS

CONCEPTO DE GEOPOLÍMEROS

17

Geopolimeros / Concretos

100% de material

cementantesuplementario

Curado a altas

temperaturas

Los materiales suplementarios

utilizados requieren

cierta finura, sílice, aluminio,

inquemado

NaOH, KOH, Na2SiO3, K2SiO3

Material sintético

compuesto por aluminosilicato

s: reacción entre

aluminosilicatos y alcalis

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REQUERIMIENTOS DEL MATERIAL

Fineness of Fly ash and the effect on mortar strength BS3892 Part 1 mortar prism test – using five differering flyash sources

18

Inquemado < 5%

Fe2O3 y CaO ≤ 10%

SiO2 reactiva > 40%

Tamaño de partícula < 45 mm: 80%-90%

Contenido vitreo > 50%

35

40

45

50

55

60St

reng

th (M

Pa)

Fineness (% Retained 45 micron sieve)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

ACTIVACIÓN QUÍMICA

19

FuenteMicrostructure Development of Alkali-activated fly ash cement: a descriptivemodel. Cement and Concrete Research.2005

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Resistencias - Curado

20

A and B) Different solution 1) Air Curing, 85°C, 2) Water Curing, 85°C

Alkali activation of fly ashes. Part 1: Effect of curing conditionson the carbonation of the reaction products. Fuel 84

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DURABILIDAD GEOPOLÍMEROS

Alkali-aggregate reaction in activated fly ash systems Cement and Concrete Research. 200721

100% OPC 100% FA

ATAQUE POR ÁCIDOS

Durability of alkali - activated fly ash cementitious materials . Advances in Geopolymer Science and Technology (42)

22

DESAFIOS

23

•Entendimiento de la química

•Parametrización de comportamiento para diseño de mezcla

•Lixiviación de álcalis

•Contracción

•Carbonatacion

•Reacción álcali agregado

•Aditivos, Agentes inclusores de aire

•Curado

•Control de calidad

•Normativa

•Base de datos: costos, manufactura y durabilidad

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UOGC

CONCEPTO UOGC

25

UOGC

50% - 80% de material cementante

suplementario

Máximocontenido de agua 140

kg/m3

Maximarelación agua

material cementante

0,45

Los materiales suplementarios

utilizados requieren cierta

finura, sílice, aluminio,

inquemado

Activadoresquímicos.

Productos teoricamente: CSH - - NASH

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CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL

26

Ceniza A 56,67 20,65 4,92 82,24 0,06 10,74 0,07 3,27 1,59 0,62Ceniza B 43,83 28,11 4,39 76,33 0,09 12 0,89 5,99 1,28 1,74Ceniza C 55,14 17,63 9,77 82,54 0,11 8,74 0,56 3,64 1,78 1,38Ceniza D 58,58 19,96 10,21 88,75 0,5 1,53 0,76 3,17 2,29 1,5

Composition (%)

MaterialsSO3 LOI Na2O CaO K2OSiO2 Al2O3 Fe2O3

(SiO2)+(Al2O3)+ (Fe2O3)

MgO

Ceniza A

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Caracterización química

27

Ceniza A 18 15,10 0,7 0,6 1,2 64,5Ceniza B 8 20,60 0,5 1,6 69,3Ceniza C 22,8 8,80 1,2 1,20 0,4 65,6Ceniza D 14,8 6 1,2 0,6 1,3 76

HatruriteMaterials

Composition (%)

Quartz Mullite Hematite Magnetite CoesiteAmorphous

materialCalciteMagnesite Lime

Magnesioferrite

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

Caracterización física

28

0102030405060708090

100

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

Acc

umul

ativ

e pa

ssin

g m

ass

[%]

Particle size [µm]

Fly ashes granulometry

A B C D

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

Volu

me

[%]

Particle size [µm]

Fly ashes granulometry

A B C DCONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS

29

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1 3 7 28

Resis

tenc

ia [%

]

Tiempo [días]

Evolución de resistencias - (Activador 1 - 1%)

Testigo 18% Ceniza 30% 35% 40% 45% 50%

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS

30

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

1 3 7 28

Resis

tenc

ia [%

]

Tiempo [días]

Evolución de resistencias - Activador 2 – 1%

Testigo 15% 25% 30% 35%

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

DOSIS DE ACTIVADOR

31

70%

80%

90%

100%

110%

120%

130%

140%

150%

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

50/50 50/50 Act 1 (0,5%) 50/50 Act 1 (1%) 50/50 Act 1 (1,5%) 50/50 Act 1 (3,5%)

Perc

enta

ge v

aria

tion

28D

Str

engt

h

A FA - Activator

Percentage variation 28D strength

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DESEMPEÑO DEL ACTIVADOR

32

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 7 14 21 28 35 42 49 56

Com

pres

sive

str

engt

h (M

Pa)

Time (days)

Compressive strength1108 20% FA

1109 20% FA + Act # 1 (1%)

1112 30% FA

1113 30% FA + Act # 1 (1%)

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

PERMEABILIDAD AL AGUA

33

0

5

10

15

20

25

30

20% FA 30% FA

Wat

er p

enet

ratio

n [m

m]

Permeabilidad al agua - NTC 4483

Control Act # 1 (1%) Act # 8 (1%)

CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD

PERMEABILIDAD AL IÓN CLORURO

34

300

500

700

900

1100

1300

1500

20% FA 30% FA

Cou

lom

bs

Control Act # 1 (1%) Act # 8 (1%)

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CONCLUSIONES

35

• Los concretos con alto contenido de ceniza (HVFA) presentan ventajas de durabilidad y resistencias residuales, sin embargo las resistencias iniciales son bajas y requieren altos contenidos de aditivos (incremento en costo).

• Los geopolimeros son una alternativa ambientalmente atractiva, sin embargo requieren una mayor profundización respecto a su fundamentación química, durabilidad, normativa, control de calidad y costo

• El concepto del Ultra Optimum Green Concrete (UOGC) es una alternativaen donde se mantienen los dos conceptos anteriormente mencionados y enun corto plazo su viabilidad y aplicación es coherente respecto a lanecesidad ambiental

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