“INFLUENCIA DE LA ADICION DE CENIZA DE CASCARILLA DE ARROZ EN LAS PROPIEDADES

FÍSICAS DE MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND TIPO I”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUALA ACADEMICO PORFESIONAL DE INGENIERIA

CIVILTECNOLOGÍA DEL CEMENTO

GRUPO 2 D

INTRODUCIÓN

CEMENTO PORTLAND

Es un cemento de uso general que cumple con los requisitos de las normas técnicas NTP 334.009 y ASTM C 150. 

CEMENTO TIPO I - PACASMAYO

Fig. 1 : Bolsa de cemento Pacasmayo, tipo I

MATERIA PRIMA

64%21%

6%

5%2%2%1%

O. de CalcioO.de SilicioO. de AluminioO. de hierroO.de mag-nesio

(*) Mayor Gonzales, G. (1977) Materiales de Construcción. McGraw Hill, México, pág.: 346.Fig. 2 : Porcentajes de materia prima en el

cemento Tipo I

Fig. 3 : Proceso químico de obtención del cemento portland tipo I

COMPONENTES DEL CLINKER DEL CEMENTO PORTLAND TIPO I:

CLINKERIZACION

•ALITA

•BELITA

•CELITA

Fig. 4: Microestructura de materiales base cemento

Fig. 5: Microestructura de materiales base cemento

TABLA 1. CARÁCTERISTICAS DE LOS COMPONENTES DEL CLINKER EN EL CEMENTO

(*) L. E. Copeland, D. L. Kantro, G. Verbeck: “Chemistry of hydration of portland cement,” Proc. Int. Sympos. Chem. Cem. 4th (1960) vol. 1, 429 – 465.

MECANISMOS DE HIDRATACION DEL CEMENTO PORTLAND TIPO I

Fig. 6: Diagrama del comportamiento de hidratación del cemento portland tipo I

COMPUESTOS HIDRATADOS DE LA PASTA DE CEMENTO PORTLAND

FASES HIDRATADAS:

Fig. 6: Microestructura del GEL CSH

FASES HIDRATADAS:

Fig. 7: Microestructura de la portlandita

FASES HIDRATADAS:

Fig. 8: Microestructura de la Etringuita

Fig. 9: Cambio volumétrico durante el proceso de

hidratación hidratación

FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND TIPO IEl fraguado es el cambio de las características de una pasta de cemento, con el aumento de la consistencia hasta adquirir las propiedades de un solido

•MECANISMO DE RETRASO EN LA HIDRATACIÓN DE LOS ALUMINATOS :

INFLUENCIA DE COMPONENTES MINORITARIOS

POROSIDADVolumen total ocupado por los poros , son:

Microporos ( poros de gel) Mesoporos ( poros capilares) Macroporos

La porosidad del mortero está relacionada con : - La relación inicial agua/cemento (a/c) - Grado de hidratación (curado, tc) - Grado de compactación. - Presencia de materiales suplementarios cementantes

Fig. 9: Grafica de la porosidad vs la resistencia a la compresión

TABLA 2. CLASIFICACIÓN DEL TAMAÑO DE PORO, EN LA ESTRUCTURA POROSA DEL CEMENTO

(*) L. E. Copeland, D. L. Kantro, G. Verbeck: “Chemistry of hydration of portland cement,” Proc. Int. Sympos. Chem. Cem. 4th (1960) vol. 1, 429 – 465.

PERMEABILIDADLa interconexión entre poros genera permeabilidad

Fig. 10: Relación entre la porosidad y la permeabilidad

Fig.11. Permeabilidad de la pasta de cemento endurecida como una función de la porosidad capilar a diferentes grados de hidratación y relaciones w/c. [T. C. Powers, T. L. Brownyard: Proc. Am. Concr. Inst. 43 (1946) 249 – 336; Res. Lab. Portl. Cem. Assoc., Bull. 22 (1947).]

REACCION ÁCALI-SÍLICE (RAS)

SOLUCION ALCALINA

( Na2O + K20 )

Minerales de sílice

GEL EXPANSIVO+ =

EN PRESENCIA DE AGUA

Primera Fase Segunda Fase

Para que la RAS ocurra es necesaria la presencia en simultáneo en el hormigón de contenidos suficientes en humedad, álcalis y áridos reactivos.

REACCION ÁCALI-SÍLICE (RAS)

REACCION ÁCALI-SÍLICE (RAS)

PRINCIPAL FUENTE DE ÁLCALIS: EL CEMENTO

MECANISMO DE CONTROL : Na2Oeq = Na20 + 0.658 x K20 < 0,6 % (ASTM C150-02, 2003)

La expansividad del gel formado por el desarrollo de la RAS provoca la degradación del hormigón a través de diversos efectos mecánicos tanto para el material como para la estructura.

MANIFESTACIONES MACROSCÓPICAS DE LA REACCIÓN ÁLCALI-SÍLICE

Fig.12. Manifestaciones macroscópicas de RAS. Fuente: figura a) (Pecchio et al., 2006); figuras b) y c) (Santos Silva 2007

a) b) c)

¿Qué es una puzolana?

CARÁCTER ACIDO

MATERIAL NATURAL O ARTIFICIAL

sílice, alúmina y óxido de calcio

SILICE + ALUMINA= 70% -80%

composición

FASE VITREA

AFINIDAD CON EL Ca(OH)2

ALTA REACTIVIDA

D

PORTLANDITA (Ca(OH)2)

reacciones de óxidos de sílice en presencia

de hidróxidos de calcio (portlandita) y

agua para formar silicato de calcio

hidratado

REACCION PUZOLANICA

No produce cal, sino que la consume, siendo el CSH su principal producto de reacción

Cambios en el contenido de Ca (OH)2 durante la hidratación del CPP - cemento portland puzolanico-CPN Cemento p. normal Fuente: ACI 232.1R-94

La generación de silicatos de calcio hidratados a partir de la

reacción puzolánica

densifica la microestructura del

morterodisminuye su

porosidad aumenta la resistencia 

Micrografía del cemento tipo IFuente:

http://www.concrete.0catch.com/

Micrografía del cemento con adiciones puzolánicas

Fuente: http://www.concrete.0catch.co

m

RESISTENCIA A LA COMPRESION CPP - cemento portland puzolanico-CPN Cemento p. normal

Fuente: ACI 232.1R-94

COMPOSICION DE LA CASCARILLA DE ARROZ

MICROGRAFIA DE LA CASCARILLA DE ARROZ

• Su longitud varía entre 5 a 11 mm • apariencia superficial irregular• Altamente Abrasivo• 6 en la escala de dureza de Mohs en

estado natural.

COMPOSICION DE LA CENIZA DE CASCARILLA DE ARROZ

CENIZA DE CASCARILLA DE

ARROZ SIN MOLER

CENIZA DE CASCARILLA DE ARROZ MOLIDA

1kg de cascarilla de arroz 200g de ceniza

la sílice no sufre disociación al quemarse difícil combustión continua y completa.

La lignina desarrolla una propiedad aglomerante en la cascarilla de arroz, transformándola en una pasta sólida

El punto de fusión del óxido de silicio es 1450°C

Descomposición de la cascarilla de arroz

Liberación del agua

Liberación de materias volátiles

Calcinación del carbón

Cristalización de la sílice

< 100°CPerdida en peso 4-8%

Lignina y celulosa

225 a 500°C y 325 a 375°C

respectivamente

CRISTALIZACION DE LA SILICE

las formas cristalinas presentan menor

reactividad que las amorfas, las

temperaturas no sobrepasar 700°C

CRISTOBALITA

TRIDIMITA

Cristalización de la sílice

la capa superficial de la cáscara no permite oxidar con facilidad la

parte central del volumen calcinado a menos que el aire pase

a través de la superficie. 45% de la pérdida de peso

ADHERENCIA PASTA

AGREGADOAdherencia: fuerza necesaria para separar dos

componentes sólidos unidos entre sí en su interface.

ADHERENCIA DEL ÁRIDO CON EL CEMENTO

Figura 1.1. Relación entre las propiedades del hormigón y los áridos que o componen Fuente: Morangues A. Procesos de hidratación del cemento y microestructura del hormigón.

Propiedades de un mortero

ADHERENCIA DEL ÁRIDO CON EL CEMENTO

65% arena

35% agua +

cemento

mortero

Módulo de finura > 3.1 mezclas poco trabajables poca cohesión Módulo de finura < 2.2 mezclas pastosas baja resistencia

Figura 1.2. distribución de los agregados en los vacíosFuente: Morangues A. Procesos de hidratación del cemento y microestructura del

hormigón.

Resistenci

amecánica

Adherencia pasta agregado

Figura 1.3. Máquina de ensayo a compresión Fuente:http://www3.ucn.cl/institutos/laboratorio/Foto2.jpg .

ADHERENCIA PASTA AGREGADO

Productos de la hidratación del

cemento

Superficie del

agregado

Reacciones

químicas

ADHERENCIA DEL ÁRIDO CON EL CEMENTO

Figura 1.4. Zona de interface árido cemento Fuente: www.concrete.0catch.com

Tamaño

Forma

Textura

Superficie

Tipo de mineral

ZONA DE INTERFACE AGREGADO CEMENTO

Figura 1.5. Representación gráfica de la Zona de Transición Interfacial.Fuente: www.concrete.0catch.com

Figura 1.6. Entramado mecánico entre el agregado y los silicatos de calcio hidratados.Fuente: www.concrete.0catch.com

ADHERENCIA DE LA PUZOLANA CON EL CEMENTO

Figura 1.6. Partícula de puzolana en el cemento Fuente: http://prt2.uprm.edu/Microestructura.pdf

COMPOSICIÓN MINERALÓGICA

SUPERFICIE ESPECÍFICA

PRODUCTOS SIMILARES A LOS DEL CEMENTO

ADHERENCIA DE LA PUZOLANA CON EL CEMENTO

OBJETIVO GENERAL:

Determinar y explicar la influenciadel porcentaje de ceniza de cascarilla de arroz en reemplazo del cemento tipo I sobre la reactividad álcali-sílice, absorción, tiempo de fraguado, porosidad y permeabilidad en la fabricación de morteros con cemento tipo I.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el porcentaje adecuado de reemplazo de ceniza de cascarilla de arroz para la mínima reactividad álcali-sílice de un mortero bajo la norma ASTM C 1293-08b.

Determinar la influencia del porcentaje de ceniza de cascarilla de arroz sobre la trabajabilidad de pastas de cemento con diferentes relaciones agua/cemento a través de la medida de fluidez con el cono de Marsh según la ASTM C939-87.

Determinar la influencia de la permeabilidad de las probetas en las otras propiedades según la ley de Darcy

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

CURADO

ABSORCION, POROSIDAD PESO ESPECÍFICO

PERMEABILIDAD

REACTIVIDAD ALCALI SILICE

ANALISIS DE DATOS

CARACTERIZACION DE LA MATERIA PRIMA

CENIZA DE CASCARA DE ARROZ

ARENA

*granulometría

*peso especifico

*absorción

*humedad

CONFORMADO

MOLDEADO Y FRAGUADO

CARACTERIZACION DE LA MATRIA PRIMA:Se determinó el peso específico y la absorción según la norma ASTM C-128

Tabla 1 características determinadas del agregado fino (arena)FUENTE: elaboración propia

Peso específico de masa

Absorción (%)

Humedad (%)

Módulo de finura

 2.21

 6.60 %

 

 0.69%

0.87(arena muy

fina)Tabla 2 características determinadas de la ceniza de cascarilla de arroz

FUENTE: elaboración propia

 Ceniza de cascarilla de

arroz

 7.64%

  Cascarilla de arroz

Ceniza de cascarilla de

arrozHumedad 22.607% 8.6108 %Porcentaje de materia

volátil

44.6825% 5.4339 %

Porcentaje de ceniza

30.8195 % 81.8562 %

Coque 2.4946 % 4.0791 %Carbón fijo 32.7143% 85.4354 %

Tabla 3 cuadro comparativo de la cascarilla de arroz y su cenizaFUENTE: elaboración propia

Preparación de ceniza Análisis granulométrico de la arena

Análisis granulométrico de la ceniza

Peso específico y absorción del agregado fino

Determinaciones analíticas en la ceniza y cascarilla de arroz

Figura 1:preparación de cenizaFUENTE: elaboración propia

Figura 2:análisis de la granulométrica de la arenaFUENTE: elaboración propia

Figura 3:análisis del agregado fino

FUENTE: elaboración propia

PREPARACIÓN DE MEZCLAS Y MOLDEADO

Tabla 4. Composición de los morteros con reemplazo de ceniza al 0, 10, 20 y 30 %FUENTE: elaboración propia

Componente

0% 10% 20% 30%

Cemento 550 495 440 385Agua 266 266 266 266Arena 1513 1513 1513 1513Ceniza

a/c0

0.4855

0.541100.60

1650.69

RESULTADOS

POROSIDAD, ABSORCION, PESO ESPECÍFICO

Comportamiento de los componentes de un mortero a diferentes r a/c Porosidad baja

Buena adherencia

Poro

sidad

al

ta

PERMEABILIDAD

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Figura 4:análisis de la granulométrica de la arenaFUENTE: elaboración propia

0 10 20 300

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

PORCENTAJE DE CENIZA

PERM

EABI

LIDA

D

Figura 5: grafica de la permeabilidad

FUENTE: elaboración propia

FLUIDEZ

EL CONO DE MARSH

Figura 6: ensayo de cono de marsh

FUENTE: elaboración propia

TIEMPO DE FRAGUADO

Conclusiones: El porcentaje de reemplazo del 10% de ceniza

de cascarilla de arroz nos brinda una mejora en las propiedades del mortero.

El 20% es el porcentaje adecuado de reemplazo de ceniza de cascarilla de arroz para la mínima reactividad álcali-sílice de un mortero bajo la norma ASTM C 1293-08b

El aumento de ceniza de cascarilla de arroz va directamente proporcional al aumento de la permeabilidad, disminuyendo la durabilidad y resistencia del mortero.

La trabajabilidad del mortero se ve mejorada minimamente con la adicion de ceniza de cascarilla de arroz, sin embargo continua siendo un mortero de difícil trbajabilidad.

EL tiempo de fraguado con la adicion de ceniza aumenta directamente proporcional al aumento del porcentaje adicionado.

GRACIAS