Incremento del efecto plastificante del Bioproducto MEF-32 ...
Transcript of Incremento del efecto plastificante del Bioproducto MEF-32 ...
TRABAJO DE DIPLOMA
Incremento del efecto plastificante del
Bioproducto MEF-32 en pastas de cemento P-35
Autor:
Julio Pastor Rodríguez León
Tutores:
Dra. Yelenys Alvarado Capó
MSc. Yaset Rodríguez Rodríguez
Santa Clara, 2014
UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE CONSTRUCCIONES ESPECIALIDAD INGENIERÍA CIVIL
Agradecimientos
El resultado de este trabajo ha sido posible gracias a las sugerencias y
conducción de un grupo de personas, los cuales tienen el merito de sentirlo
suyo al igual que yo. Ellos son: Yelenys Alvarado Capó, Yaset Rodríguez
Rodríguez, Tatiana Pichardo Moya, Yosvany Días, Josefa González Feitó
(Fefi), Evys Ancede Gallardo, Elizabeth Cabrera Apolinaire y Osvaldo Norman
Montenegro.
Dedicatoria
A mi madre.
A mi abuelo.
A mi padre.
A mi novia.
A mi familia en general por el apoyo brindado durante esta etapa de formación
como profesional como ser humano.
Resumnen
Resumen
Se determinó la influencia de las modificaciones tanto en el proceso de
obtención (incremento de MP), como el aumento del pH de los bioproductos
MEF, en el incremento de su efecto plastificante. Se realizó el análisis químico
al MEF-32, y se evidenció que este presenta características químico-física
similares a la referencia MEF-19 y a través de su espectro FTIR se encontraron
la presencia de varios grupos funcionales, reafirmando la complejidad química
de estos bioproductos. Se comprobó que tanto las modificaciones en el pH,
como el incremento en las MP en el proceso de producción de los
bioproductos, cambiaron sus propiedades químico-físicas tales como la
conductividad eléctrica (C.E), sólidos totales disueltos (T.D.S) y sólidos
solubles (S.S). Mediante el ensayo del minicono se estableció la influencia de
estas modificaciones en el bioproducto MEF sobre el índice de plasticidad y
como resultado se obtuvo que existe diferencias entre el MEF-32 y su
referencia MEF-19, pero mantienen la misma tendencia, de que a mayor dosis
empleada, mayor índice de plasticidad fue logrado. Por otro lado, el MEF-32 a
pH 7, fue el que presentó mejor IP en cuanto a las modificaciones de pH y los
MEF tipo-3 y MEF tipo-6 en cuanto a las modificaciones del proceso productivo.
También se corroboró que el ácido acético y su sal acetato de sodio a las
concentraciones y dosis ensayadas, presentan influencia sobre la plasticidad
de las pastas de cemento P-35. De igual manera, se evaluaron mezclas de
ácido láctico con ácido acético y la mezcla correspondiente a la mayor
concentración de ácido láctico y la menor de ácido acético, fue la que presento
IP. A través de la calorimetría isotérmica, se determinó como influían estas
modificaciones en la cinética de hidratación del cemento, presentando como
resultado que estas influyen sobre el calor de hidratación. Los ensayos
reológicos realizados a los productos modificados en cuanto a pH, no afectaron
la consistencia normal y los tiempos de fraguado de las pastas de cemento P-
35 determinados en el ensayo de la Aguja de Vicat.
Abstract
Abstract
The influence of variations in both the process of obtainment (increased MP), as
increasing pH of the MEF bioproducts in increasing its plasticizing effect was
determined. Chemical analysis to MEF-32 was performed, and it was evident
that this presents chemical-physical similar to the reference MEF-19 and
through its FTIR spectrum the presence of several functional groups were
found, confirming the chemical complexity of these bioproducts. It was found
that both the changes in pH, as the increase in MP in the process of production
of bioproducts, changed their chemical and physical properties such as total
soluble electrical conductivity (EC), dissolved solids (TDS) and soluble solids
(SS). By mini-slump test, the influence of these modifications was established in
bioproduct MEF on the plasticity index and as a result was obtained that there
are differences between MEF-32 and MEF-19 reference, but maintain the same
trend, which highest dose used, the greater plasticity index was achieved. On
the other hand, MEF-32 at pH 7, was the best presented as IP changes to pH
and type MEF and MEF-3 type-6 for the changes in the production process.
Also, it was confirmed that the acetic acid and sodium acetate at doses and
concentrations tested, had influence on the plasticity of P-35 cement pastes.
Similarly, mixtures of lactic acid and acetic acid corresponding to the highest
concentration of lactic acid and lower acetic acid mixture was evaluated, it was
presenting the better IP. Through isothermal calorimetry, was determined as
influenced these changes on the kinetics of cement hydration as a result
showing that these influence over the heat of hydration. Rheological tests
performed on products modified as to pH, did not affect the normal consistency
and setting times of P-35 cement pastes determined with Vicat Needle test.
Índice
Índice
Introducción ................................................................................................................................. 9
CAPÍTULO I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento ............................ 14
1.1 Aditivos. Definición ........................................................................................................ 14
1.1.1 Clasificación ............................................................................................................ 14
1.2 Tecnología de Microorganismos Eficientes (EM) ..................................................... 27
1.2.1 Surgimiento de la tecnología EM ............................................................................. 27
1.2.2 Definición de Microorganismos Efectivos ........................................................... 27
1.2.5 Proceso de obtención de los EM ......................................................................... 28
1.2.3 Caracterización biológicas del EM ....................................................................... 28
1.2.4 Caracterización química del EM ......................................................................... 28
1.2.5 Aplicaciones generales de los productos EM .................................................... 29
1.3 Caracterización de los aditivos .................................................................................... 31
1.3.1 Características físico-química............................................................................... 31
1.3.2 Caracterización estructural ................................................................................... 33
1.4 Cemento. Reacciones de hidratación del cemento .................................................. 34
1.4.1 El cemento Portland. .............................................................................................. 34
1.4.2 Composición Química del Cemento Portland .................................................... 34
1.4.3 Hidratación del cemento Portland. Etapas de hidratación ............................... 35
1.4.4 Cinética de la hidratación. ..................................................................................... 37
1.5 Calorimetría en la hidratación del Cemento Portland (CPO) .................................. 38
1.5.1 Ensayo Calorimétrico ............................................................................................. 38
1.6 Reología. Definición ...................................................................................................... 39
1.3.1 Suspensiones reológicas. Hormigones, pastas y morteros ............................. 39
1.3.2 Modelos más utilizados para describir el comportamiento reológico de
pastas morteros y hormigones ....................................................................................... 39
1.3.3 Parámetros que afectan la reología .................................................................... 40
1.3.4 Efecto de los plastificantes en la reología en pastas, morteros y hormigones
............................................................................................................................................. 40
1.3.5 Ensayos reológicos en pastas .............................................................................. 41
Conclusiones parciales ............................................................................................................ 42
Capítulo 2. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las
propiedades reológicas de pastas de cemento P-35 .......................................................... 43
Índice
2.1 Materiales utilizados en la elaboración de las pastas de cemento Portland.
Caracterización de los materiales utilizados en la investigación .................................. 43
2.1.1 Agua ......................................................................................................................... 43
2.1.2 Cemento ................................................................................................................... 44
2.1.3 Aditivos ..................................................................................................................... 44
2.2 Caracterización de los bioproductos MEF ................................................................. 49
2.2.1. Caracterización químico –física de los bioproductos MEF ............................. 49
2.2.2 Caracterización estructural ................................................................................... 54
2.3 Determinación del efecto plastificante de los bioproductos MEF, ácidos
carboxílicos, sales, mezclas y los aditivos de referencia .............................................. 55
2.3.1 Determinación del índice de plasticidad por el método del minicono ............ 55
Procedimiento ................................................................................................................... 55
2.4 Evaluación de la influencia del bioproducto MEF en la cinética de la hidratación
de las pastas de cemento (Calorimetría isotérmica)....................................................... 62
2.5 Determinación de la consistencia y tiempo de fraguado. Ensayo de la de la
Aguja de Vicat, procedimiento ............................................................................................ 64
2.5.1.1 Ensayo de la Aguja de Vicat. Procedimiento .................................................. 65
2.5.1.5 Dosificación y series ........................................................................................... 67
Capítulo 3. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35 ...................................................................................................................... 68
3.1 Caracterización del bioproducto MEF-32 ................................................................... 68
3.1.1 Caracterización químico –física de los bioproductos MEF .............................. 68
3.1.2 Caracterización estructural ................................................................................... 69
3.2 Determinación del efecto del pH, concentración de sólidos solubles y el
contenido de ácidos carboxílicos del bioproducto MEF-32, en la plasticidad y cinética
de hidratación de pastas de cemento P-35 ...................................................................... 71
3.2.1 Efecto del pH ........................................................................................................... 73
3.2.2 Efecto de los sólidos solubles .............................................................................. 75
3.2.3 Efecto del contenido de ácidos carboxílicos (láctico y acético) ...................... 77
3.3 Cinética de hidratación del cemento (Calorimetría isotérmica) .............................. 79
3.4 Caracterización de propiedades reológicas .............................................................. 83
3.4.1 Ensayo de consistencia normal y tiempos de fraguado ................................... 83
3.5 Conclusiones parciales del capítulo ................................................................................ 84
Conclusiones Generales ......................................................................................................... 86
Recomendaciones .................................................................................................................... 87
Bibliografía ................................................................................................................................. 88
Índice
Anexos ....................................................................................................................................... 96
Anexo 1: Caracterización del cemento P-35 .................................................................... 96
Anexo 2: Características técnicas del Dynamon SRC 20. ............................................. 98
Anexo 3: Picnómetro Gay Lussac. .................................................................................... 99
Anexo 4: Accesorios y el equipo Aguja de Vicat utilizado ........................................... 100
Anexo 5: Tabla ANOVA, comparación entre MEF-19 y MEF-32. ............................... 101
Anexo 6: Tabla ANOVA, MEF-32 y sus modificaciones en el pH............................... 102
Anexo 7: Tabla ANOVA, Bioproductos y sus modificaciones en el proceso de
producción. .......................................................................................................................... 103
Introducción
Introducción
El hormigón es el material más usado por el hombre en la industria de la
construcción y es irreemplazable en múltiples progresos de la infraestructura.
Además es el material resultante de la mezcla de cemento u otro aglomerante,
con áridos (grava, gravilla y arena) y agua (Constantino, 2010). También es
considerado como una roca artificial debido a la similitud de sus propiedades
más o menos con la de una roca natural (Jonkers, 2007). Desde el punto de
vista de: recursos naturales, ecología y de la economía, es virtualmente
imposible imaginarse el substituir este material por cualquier otro (Flatt et al.,
2012), por esto en la actualidad es el más utilizado en todo el mundo (Jonkers
and Schlangen, 2009).
La popularización del hormigón fabricado con cemento Portland durante el
último cuarto del siglo XIX y su extensa difusión durante el inicio del siglo XX,
hizo que la industria química y de la construcción buscaran soluciones para
modificar las propiedades de este material, de modo que se ajustara las
necesidades de los procesos constructivos y de las edificaciones. En este
sentido, se introducen los aditivos químicos como un componente más para la
fabricación de hormigones (Hermida, 2012). Estas sustancias modifican las
propiedades del hormigón en estado fresco y/o endurecido, para el mejor
comportamiento en las condiciones particulares de servicio (NC228-1, 2005).
Dentro de los componentes del hormigón, los aditivos han ganado gran
importancia, siendo necesario su empleo en la tecnología moderna de este
material, ya sea a pie de obra como en plantas para hormigón prefabricado.
La rápida introducción de los aditivos en el mercado de la construcción motivó
la atención de muchos investigadores, registrándose los primeros eventos
técnicos, a partir de la segunda mitad de la pasada centuria como fueron: el
''Internacional Symposium on Admixtures for Mortar and Concrete", Brussels,
1967, organizado por RILEM y la primera y segunda ''Internacional Conference
on Superplasticizers in Concrete", de 1978 y 1981 organizado por ACI-
CANMET (Civil, 2014). En la actualidad se ha acumulado mucha experiencia,
tanto por parte de los fabricantes como de los usuarios, para afirmar el uso
beneficioso de los aditivos, hasta el punto que las normativas vigentes
Introducción
relacionadas con hormigón (UNE-EN, 2008) y (EHE–08, 2008) consideran el
aditivo como una materia prima fundamental para la fabricación de hormigón.
Hoy, la totalidad de hormigón fabricado, desde hormigones de elevadas
prestaciones hasta los de menor demanda resistente, incorporan en su
composición uno a más aditivos (Borralleras Mas, 2012).
La industria química no ha cesado en la investigación desde la pasada
centuria, en el desarrollo de aditivos químicos para obtener hormigones más
eficientes, de mayor desempeño y más sostenibles. En la actualidad, existe
una amplia gama de este tipo de productos, los cuales se clasifican en
dependencia de la propiedad mejorada del hormigón (Collepardi, 2005). En el
futuro inmediato, la demanda mundial de cemento y de aditivos para
hormigones se prevé un aumento, del 8.3 % anual, correspondiente a $ 15.8
billones para el 2015, una mejora significativa respecto al período 2005-2010.
El aumento en la demanda de los aditivos químicos estará dirigido por los
reductores de agua, sobre todo por los plastificantes y superplastificantes, los
que se utilizan en hormigones autocompactables y en otras aplicaciones de alta
ejecuciones (Group, 2012). Es de señalar que el mercado de estos productos
está liderado por grandes empresas como: la BASF (Alemania), SIKA (Suiza),
CHRYSO (Francia) y MAPEI (Italia) y el costo de estos aditivos en el mercado
internacional y la exigencia que existe sobre estos hoy en día, los hacen
inasequibles para muchos países en vías de desarrollo o encarecen
considerablemente los costos de producción. De ahí, la necesidad de buscar
nuevas alternativas más económicas y eficientes para el desarrollo de nuevos
productos.
Tal es el caso de la tecnología EM (del inglés: Effective Microorganism),en la
cual investigadores japoneses comienzan a utilizar los productos que se
obtienen por esta vía, como aditivos modificadores de las propiedades del
hormigón (Higa et al., 2003). En la vida actual, la utilización de productos
biológicos en la industria de la construcción ha ganado en importancia y estos
se diseñan al igual que los aditivos químicos, para mejorar una o varias
propiedades del hormigón en estado fresco o endurecido (Ismail and
Mohd.Saman, 2014, Siong Andrew et al., 2013, Martirena et al., 2014,
Ramachandran et al., 2001) . En este sentido los investigadores cubanos,
Introducción
alentados con la idea de sustituir importaciones, han obtenido importantes
resultados con los productos IH-Plus (Microorganismos Eficientes de Indio
Hatuey) y MEF (Microorganismos Eficientes del Finlay), como productos
plastificantes (Martirena et al., 2014, Venkovic et al., 2014, Mora López, 2012).
Sin embargo, estos productos presentan propiedades moderadas como
plastificantes en pastas, morteros y hormigones con cemento P-35 y se
requiere de altas dosificaciones (Martirena et al., 2014). Por lo cual, existe la
necesidad de optimizar estos productos para que compitan con los productos
comerciales que se utilizan en Cuba, para el desarrollo de hormigones de altas
prestaciones, de ahí que esta situación problemática constituye el fin de la
presente investigación.
Por tanto el problema científico es el siguiente: ¿Cómo incrementar el efecto
plastificante de los bioproductos MEF-32 en pastas de cemento P-35?
Para dar solución a este problema científico se formula la siguiente Hipótesis:
Mediante modificaciones en el proceso fermentativo de obtención del
bioproducto MEF-32 o en el producto final se podría incrementar su efecto
plastificante en pastas de cemento P-35 y cumplir con los requisitos
establecidos en las normativas para aditivos.
Objetivo General:
Incrementar el efecto plastificante del bioproducto MEF-32 en pastas de
cemento P-35.
Objetivos Específicos:
1. Revisar bibliografía actualizada de ámbito internacional y nacional del
empleo de aditivos en pastas de cemento, con especial énfasis en
los aditivos biológicos.
2. Caracterizar desde el punto de vista químico, físico y estructural el
bioproducto MEF-32.
3. Determinar el efecto del pH, la concentración de sólidos solubles y el
contenido de ácidos carboxílicos del bioproducto MEF-32 en la
plasticidad y en la cinética de hidratación del cemento P-35.
4. Caracterizar propiedades reológicas de pastas de cemento P-35
elaboradas con bioproducto MEF modificado.
Introducción
Tareas científicas:
1. Análisis crítico de la literatura en las temáticas: caracterización químico-
física de los aditivos, influencia de los aditivos en las propiedades
reológicas de las pastas de cemento, calorimetría isotérmica.
2. Caracterización químico-física a los productos utilizados como aditivos,
atendiendo a parámetros como: densidad picnométrica, pH,
conductividad eléctrica, contenido de sólidos totales, sólidos totales
disueltos y sólidos solubles.
3. Realización de ensayos reológicos en pastas de cemento P-35 utilizando
los bioproductos MEF-32 modificados, ácidos carboxílicos, sus mezclas
y el Acetato de Sodio.
4. Ejecución del ensayo calorimetría isotérmica, para evaluar la influencia
de los bioproductos MEF-32 modificados en la cinética de la hidratación
del cemento P-35.
Estructura de los capítulos
Capítulo 1 Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento:
Se seleccionan y recopilan una serie de informaciones que permiten
caracterizar esta investigación a través de trabajos científicos a nivel
internacional y nacional acerca del empleo de aditivos en pastas de cemento.
Capítulo 2 Materiales y métodos empleados, para la determinación de las
propiedades reológicas de pastas de cemento P-35:
En este capítulo se modifica las propiedades del aditivo MEF-32, ya sea en el
proceso de producción intermedio o final para evaluar su influencia en el (I.P)
en las pastas de cemento P-35. Se describen las principales características de
los materiales utilizados en la investigación, así como los procedimientos a
seguir en los ensayos a las pastas de cemento P-35.
Capítulo 3. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a
pastas de cemento P-35:
En ese capítulo se presentan los resultados obtenidos en los ensayos
realizados en pastas de cemento P-35, relacionado con el efecto sobre el (I.P)
Introducción
provocado por la modificación del proceso de producción intermedio o final del
MEF como aditivo plastificante.
Metodología de la investigación
Para cumplir con los objetivos trazados se llevaron a cabo las siguientes
etapas:
Etapa I: Diseño Metodológico de la investigación.
Revisión bibliográfica.
Definición del problema científico, la hipótesis, objetivo general
y los objetivos específicos.
Compendio de literatura científica sobre el tema de
investigación.
Análisis crítico de aspectos relacionados con la temática de
investigación en la literatura científica.
Etapa II: Materiales y experimentación empleados.
Etapa III: Análisis y discusión de los resultados.
Etapa IV: Confección y defensa del informe final.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
14
CAPÍTULO I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
1.1 Aditivos. Definición
Según Hermida (Hermida, 2012), un aditivo es una sustancia diferente al
cemento, adiciones minerales, agregados y fibras, que se incluye en el
hormigón en un volumen inferior al 5% del peso del cementante.
El American Concrete Institute (ACI) en su boletín publicado en el 2013 (E-701,
2013), define a los aditivos como: material usado como ingrediente en una
mezcla de hormigón, distinto del agua, agregados, materiales cementicios y
fibras de refuerzo. Es usado para modificar las propiedades del hormigón en
estado fresco y endurecido. Se puede añadir antes o durante el proceso de
mezclado (Esta definición es también conocida como aditivos químicos).
La norma cubana NC 228-1: 2005 (NC228-1, 2005). Aditivos para hormigones,
morteros y pastas, Parte 1: Aditivos para hormigón-Requisitos, define a los
aditivos como sustancias químicas que añadidas al hormigón, mortero o pasta,
antes o durante el amasado, en una proporción menor del 5% del peso del
cemento, modifica las propiedades del hormigón en estado fresco y/o
endurecido para el mejor comportamiento en las condiciones particulares de
servicio.
Al comparar las definiciones descritas anteriormente, se observa que la norma
cubana concuerda con los estándares internacionales.
1.1.1 Clasificación
Existen numerosas clasificaciones de aditivos, sin embargo una de las más
usadas corresponde a la norma ASTM C 494: 1992 (ASTM-C-494, 1992). Esta
norma cuya primera versión, se remonta a 1962 establece hoy en día, los
siguientes tipos de aditivos:
Tipo A - Reductores de agua (Plastificantes).
Tipo B - Retardantes.
Tipo C - Acelerantes.
Tipo D - Reductores de agua y retardantes.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
15
Tipo E - Reductores de agua y acelerantes.
Tipo F - Reductores de agua de alto rango o superfluidificantes.
Tipo G - Reductores de agua de alto rango y retardantes o superfluidificantes y
retardantes.
La ASTM C 494: 1992 (ASTM-C-494, 1992) (Standard Specification for
Chemicals Admixtures for Concrete) expone solo una de muchas
clasificaciones, como puede ser la expuesta en la norma EN: 2008 (EN, 2008)
que tiene una clasificación de aditivos similar, pero más amplia.
Otro tipo de clasificación es la que propone Betancourt Rodríguez en el año
2009 (Betancourt Rodríguez, 2009a), donde los aditivos químicos son
agrupados en función de su efecto de la manera siguiente:
Los que influyen sobre la consistencia de la mezcla:
Plastificantes (fluidificantes o reductores de agua).
Superplastificantes (superfluidificantes o reductores de agua de alto
rango).
Los que influyen sobre el fraguado de la mezcla:
Aceleradores del fraguado.
Retardadores del fraguado.
Otros:
Incorporadores de aire (oclusores de aire).
Impermeabilizantes en masa.
Inhibidores de la corrosión.
Cohesionantes.
Expansivos.
Espumantes.
De manera general se puede concluir que los aditivos se clasifican en
dependencia de la propiedad mejorada del hormigón (Collepardi, 2005).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
16
Hoy el aumento en la demanda de los aditivos químicos estará dirigido por los
reductores de agua, sobre todo por los plastificantes y superplastificantes, los
que se utilizan en hormigones autocompactables (HAC) y en otras aplicaciones
de alta ejecuciones (Group, 2012). Este grupo constituye unos de los de mayor
impacto tanto por su progreso como en su aplicación, debido a las ventajas que
ofrece en la elaboración y puesta en obra del hormigón.
Por lo antes expuesto, en este trabajo de diploma se centra en el estudio de los
aditivos plastificantes y superplastificantes.
1.1.1.1 Aditivos plastificantes (fluidificantes o reductores de agua).
Definición.
Los plastificantes han sido con cierta frecuencia subestimados pero son en
realidad sustancias cuya altísima eficiencia, les permite perdurar en la
producción actual de hormigón. Se basan en compuestos orgánicos y logran
optimizar los diseños de hormigón, al disminuir las necesidades de agua y
cemento para alcanzar las propiedades exigidas por la construcción (Hermida,
2012).
También se conocen como Dispersantes o Fluidificantes y son sustancias
orgánicas simples que contienen diversos grupos polares, que impiden la
formación de floculaciones en las mezclas de cemento durante la hidratación y
ocasionan la fragmentación de los granos de cemento (Mithra et al., 2012,
ENCICLOPEDIA).
La norma cubana NC 228-1: 2005 (NC228-1, 2005). Aditivos para hormigones,
morteros y pastas, Parte 1: Aditivos para hormigón-Requisitos, los define de la
siguiente forma: los aditivos plastificantes/reductores de agua, son aditivos que
por acciones internas permiten sin modificar la consistencia, reducir el
contenido de agua de un determinado hormigón, o que, sin modificar el
contenido de agua, incrementan el asentamiento, o que producen ambos
efectos simultáneamente. Esta definición está en correspondencia con otras
clasificaciones internacionales ASTM C 494: 1992, EN: 2008 (ASTM-C-494,
1992, EN, 2008).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
17
Dentro de la definición de un plastificante, las normativas analizadas exigen
que la sustancia debe reducir por lo menos un 5% de agua, frente a un
hormigón sin aditivo para lograr igual manejabilidad y al mismo tiempo debe
superar en por lo menos un 10%, la resistencia alcanzada por el hormigón o
mortero que no incluye el aditivo ASTM C 494: 1992, EN: 2008 (ASTM-C-494,
1992, EN, 2008).
1.1.1.1.1 Composición
Los plastificantes están constituidos en general por compuestos orgánicos
como carbohidratos, aminas en cierta medida y otros compuestos para regular
su estabilidad (Hermida, 2012).
1.1.1.1.2 Efecto
El efecto directo de un plastificante sobre la pasta de cemento es disminuir la
viscosidad de la misma. Un plastificante hace que la pasta de cemento se
vuelva más “líquida”, fluya más rápido. Lo logra recubriendo las partículas de
cemento y provocando una repulsión entre estas. Cuando las partículas se
repelen entre sí, existe menos resistencia al flujo del conjunto (menos fricción),
tiene lugar además una eliminación de micro flóculos, lo que permite la
liberación y mejor distribución del agua (Collepardi, 2005).
De esta forma la pasta de cemento fluye más y por ende el hormigón también
lo hace. Una mayor fluidez del hormigón permite entonces disminuir la cantidad
de agua del mismo, modificando por lo tanto las propiedades de la pasta (o
pegante), que con menos agua aumentará su resistencia en estado
endurecido.
Si en vez de eliminar agua se elimina simultáneamente agua y cemento (pasta)
conservando la misma calidad de pasta (misma proporción de agua y
cemento), se puede mantener la resistencia y fluidez con un menor contenido
de agua y cemento. El costo de un plastificante es en general más bajo que el
de agua y cemento que permite ahorrar, es allí donde se logra un hormigón
optimizado.
Los plastificantes deberían ser llamados reductores de pasta en vez de
reductores de agua. Ellos permiten mantener una resistencia y una
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
18
manejabilidad dadas del hormigón, con un menor contenido de cemento y
agua.
Estos aditivos permiten, para una misma docilidad, una reducción de la
cantidad de agua o, para una misma cantidad de agua aumentar
considerablemente la docilidad o, incluso permiten obtener estos dos efectos
simultáneamente. Este aumento de docilidad permite la colocación del
hormigón en estructuras complicadas, con gran cantidad de aceros sin
necesidad de aumentar la cantidad de agua de amasado, y por consiguiente la
dosis de cemento para obtener las resistencias deseadas (Minetti, 2008).
Si se disminuye la cantidad de agua y por tanto la relación agua-cemento,
manteniendo una determinada consistencia, aumenta la resistencia,
impermeabilidad y durabilidad del hormigón. Además la retracción y en
consecuencia, la tendencia a la fisuración se ven disminuidas (Minetti, 2008).
Estos aditivos pueden reducir hasta el (10-15%) del agua de amasado,
manteniendo la consistencia constante. Adición normalmente entre (0,2-5,0%)
en peso del cemento (Gómez Margolles, 2010).
La acción de los aditivos plastificantes puede ser causada por el efecto
combinado de acciones de tipo físico, químico y físico-químico. La acción física
se logra esencialmente por la incorporación del aire en la mezcla. Efecto este,
producido por algunos aditivos, cuyas burbujas actúan como especies de
rodamientos entre las partículas sólidas, disminuyendo la fricción interna. En el
caso de la acción química, principalmente proviene de una disminución de la
velocidad de hidratación de los constituyentes del cemento, especialmente de
los aluminatos. Obteniéndose de este modo un mejor mojado de los granos de
cemento, lo que permite disminuir el roce interno entre las partículas (Straße,
2008, Hermida, 2012).
A continuación se describen algunos de estos efectos:
Defloculación
La ionización de los filamentos del aditivo produce la separación de los granos
de cemento entre sí, conduciendo a una efectiva defloculación. Esta
desintegración en partículas primarias, permite que el agua atrapada quede en
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
19
libertad. De esta manera los granos de cemento quedan individualizados y
defloculados, facilitándose aún más el mojado (Figura 1.1.1.1.2), lo que
produce una hidratación y reducción del esfuerzo de cizalle, necesario para
poner en movimiento el hormigón fresco, lo que explica su efecto como
plastificante (Straße, 2008, Dransfield, 2013).
Figura 1.1.1.1.2: Efecto de defloculación en la matriz de cemento (Straße, 2008, Dransfield, 2013).
Lubricación
Las moléculas del aditivo son absorbidas y se orientan en la superficie de los
granos de cemento en un espesor de varias moléculas creándose una capa de
moléculas sobre las partículas, resultando una mayor lubricación (Straße, 2008,
Dransfield, 2013).
Este mecanismo puede producir incorporación de aire en forma de
microburbujas esféricas, al evitar que el aire atrapado se disuelva o salga a la
superficie. Este efecto incorpora aire, pero no siempre se ve expresado en un
mayor volumen de aire, pues se supone que el aditivo convierte el aire
atrapado en microburbujas que quedan retenidas en su masa. Actuando como
rodamiento entre las partículas sólidas (Figura 1.1.1.1.3), contribuyendo al
aumento de la docilidad del hormigón (Straße, 2008).
Figura 1.1.1.1.3: Lubricación de las partículas de cemento (Straße, 2008)
Disolución
La disolución es la interacción de partículas esféricas de cemento con el agua
(Straße, 2008) (Figura 1.1.1.1.4).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
20
Figura 1.1.1.1.4: Efecto de disolución de los granos de cemento (Straße, 2008).
Efecto electrostático
Los granos de cemento absorben los aditivos plastificantes y
superplastificantes, neutralizando la carga eléctrica molecular. Provocando la
dispersión de las partículas y logrando que se hidraten mejor (Figura 1.1.1.1.5),
lo que mejora la laborabilidad de la mezcla y además se incrementan las
resistencias mecánicas (Straße, 2008, Hermida, 2012).
Figura 1.1.1.1.5: Repulsión de las partículas de cemento por efecto electrostático
(Straße, 2008).
1.1.1.1.3 Principales aplicaciones y funciones
Los plastificantes se usan principalmente en aplicaciones donde no es
deseable alterar los tiempos de fraguado. Sin embargo, hoy en día la mayor
parte de los plastificantes tienen un efecto de retardo que le permite al
hormigón ser transportado. Los plastificantes puros (Tipo A) son usados de
forma limitada en el mercado (Hermida, 2012).
Los plastificantes-retardantes (Tipo D) son los más usados en la fabricación de
hormigón premezclado puesto que aprovechan las ventajas de reducción de
cemento y agua y al mismo tiempo, tienen un efecto sobre los tiempos de
fraguado que facilita su transporte sobre todo en climas cálidos (Hermida,
2012).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
21
La temperatura es en general un catalizador de las reacciones químicas y la
hidratación del cemento no es una excepción. El uso de plastificantes-
retardantes es prácticamente indispensable en el transporte, colocación y
terminado de hormigón en climas de alta temperatura, puesto que le permite al
material no fraguar antes de haber sido consolidado (Hermida, 2012).
Los aditivos plastificantes tienen como principal función mejorar algunas de las
propiedades del hormigón en estado fresco, endurecido y en el proceso de
fraguado tales como: incrementar la laborabilidad, modificar la consistencia,
lograr mayores resistencias a edades tempranas y finales, así como un mayor
rendimiento del cemento. Cuidando no afectar la resistencia mecánica y
manteniendo la consistencia en valores razonables, es posible reducir el
consumo de cemento. Aunque esta reducción depende mucho del contenido
total de finos en la mezcla (finos aportados por los áridos) (Minetti, 2008).
1.1.1.2 Aditivos superplastificantes (superfluidificantes o reductores de
agua de alto rango). Definición
Los aditivos superplastificantes se conocen en el mercado como reductores de
agua de alto rango o fluidificantes, suelen emplearse en dosis desde (0.8- 3%),
y se pueden agregar al final de la amasada y sin diluir previamente en el agua.
Los superplastificantes son mucho más importantes que cualquier otro aditivo
químico, ya que con ellos se obtienen un mayor número de mejoras en el
desarrollo del hormigón como son: el aumento de la fuerza y durabilidad,
debido a la reducción de la porosidad capilar y permeabilidad, ambos
relacionados con una inferior relación agua/cemento (a/c) (Leemann et al.,
2011) . También con ellos, se puede reducir el calor de hidratación, que es una
propiedad útil para hormigonado en climas cálidos ó estructuras masivas
(Collepardi, 2005).
Probablemente la evolución tecnológica más radical entre los aditivos para
hormigón ha tenido lugar en los superplastificantes durante las últimas dos
décadas. Estos aditivos como su nombre lo describe, cumplen una función
similar a los plastificantes, es decir aumentan la manejabilidad de las pastas de
cemento y por lo tanto la manejabilidad del hormigón. Este incremento en la
manejabilidad hace posible disminuir el contenido de agua y de cemento (son
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
22
ahorradores de pasta) manteniendo la fluidez del material y su resistencia. Los
superplastificantes se emplean una vez que la capacidad de los plastificantes
ha llegado a su máximo. Son especialmente eficientes en hormigón con altos
asentamientos u hormigón de altas resistencias que implican en ambos casos,
contenidos elevados de pasta (Hermida, 2012). Además, marcan un salto
significativo en la evolución de los reductores de agua, donde es más
acentuado la absorción y capacidad de dispersión del cemento. Pueden
convertir un hormigón normal en un hormigón fluido, que no requiera de
vibración, inclusive en sitios de difícil acceso para el hormigón.
Los diseños de aditivos superplastificantes permiten lograr reducciones del
agua de amasado mayores del 30% E 701: 2013 (E-701, 2013), logran
mantenimientos muy prolongados de la consistencia de la mezcla, ideal para el
hormigón premezclado (Hermida, 2012).
La norma cubana NC 228-1: 2005 (NC228-1, 2005). Aditivos para hormigones,
morteros y pastas, Parte 1: Aditivos para hormigón-Requisitos. Define a los
Aditivos superplastificantes/reductores de agua de alto rango como: aditivos
que, sin modificar la consistencia permiten altas reducciones de agua de un
determinado hormigón, o que, sin modificar el contenido de agua, aumentan
considerablemente el asentamiento, o que producen ambos efectos
simultáneamente.
1.1.1.2.1 Composición
Los superplastificantes en su origen fueron compuestos de Naftaleno
sulfonado, melaminas y vinilos (Hermida, 2012).
Los aditivos superplastificantes de nueva generación se desarrollaron en Japón
durante los inicios de la década de los 90 del siglo pasado. Estos se sintetizan
a partir de la polimerización de ácido acrílico, con cadenas laterales de
condensados de óxido de etileno, para formar los éter de policarboxílico,
también denominados policarboxilatos (PCE). Sus estructuras moleculares sin
duda son mucho más complejas que la de sus predecesores, pero sus
eficiencias son muy superiores si se considera que su dosificación se divide
entre 2 a 3 veces la de los superplastificantes tradicionales.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
23
Además, estos experimentan un crecimiento importante en su utilización, no
solo por su superior capacidad reductora de agua, sino porque en la síntesis
para su obtención, pueden modificarse secuencias que permiten modular
propiedades como son la dispersión ejercida sobre las partículas, la duración
del asentamiento y el fraguado (Ghorab et al., 2012).
Los modelos moleculares de los policarboxilatos-éter se parecen a una
“peinilla” vistos en corte. O tridimensionalmente se asemejan a una oruga o
gusano de agujas. Estas moléculas están constituidas por una columna
vertebral con cadenas laterales. La columna vertebral es la que se absorbe
sobre la superficie del cemento en una carrera contra sulfatos y otros iones.
Las cadenas laterales no son absorbidas y son las responsables principales de
la dispersión de las partículas de cemento. La química de la columna vertebral
(número y tipos de grupos aniónicos, longitud de la cadena) así como las
cadenas laterales (longitud, tipo, número) pueden variar en una serie de
combinaciones enormes que confieren a la sustancia un poder plastificante
mayor o menor, o un sostenimiento de la manejabilidad mayor o menor, eso
corresponde justamente al trabajo de los químicos en acomodar la geometría
de las moléculas de acuerdo a las necesidades de la construcción. El
desempeño de un polímero como dispersante del cemento, depende de los
parámetros que controlan la absorción, de la cantidad de moléculas
absorbidas, del espesor de la capa del polímero y del grado de cobertura de la
superficie (Hermida, 2012).
1.1.1.2.1.1 Tipos de superplastificantes
1.1.1.2.1.1.1 Lignosulfonatos modificados (LM)
Máxima reducción de agua del 15%. Presentan una tendencia a producir
retrasos en el fraguado del hormigón cuando se utilizan altas dosificaciones
(Abreu Rodríguez, 2011).
1.1.1.2.1.1.2 Naftaleno formaldehido sulfonato (NFS).
Máxima reducción de agua del 25%. Le confieren una buena manejabilidad al
hormigón y las resistencias a los 28 días suelen mejorar considerablemente.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
24
Tienen como efecto negativo que pueden ocluir aire, aunque en cantidades no
demasiado elevadas (Abreu Rodríguez, 2011, Renné, 2012).
1.1.1.2.1.1.3 Melamina formaldehido sulfonato (MFS)
Máxima reducción de agua del 25%. Las resistencias a edades tempranas son
más elevadas. Son muy adecuados para la fabricación de elementos
arquitectónicos con cemento blanco porque el polímero es incoloro. Puede
ocurrir que a bajas relaciones a/c, se pueda producir flujo viscoso. Como efecto
negativo principal es la pérdida de trabajabilidad del hormigón demasiado
rápida (Renné, 2012).
1.1.1.2.1.1.4 Poliestercarboxilatos (PCE)
Las reducciones máximas de agua antes de llegar a su punto de saturación en
algunos casos llegan al 40% del agua de amasado y el sostenimiento de la
manejabilidad resulta muy superior que naftalenos o melaminas (Hermida,
2012) (Figura 1.1.1.2.1.1.4).
Figura 1.1.1.2.1.1.4: Estructura de Polímero PCE
1.1.1.2.2 Mecanismo de acción
Las moléculas orgánicas e inorgánicas de los aditivos superplastificantes tipo
LM, MSF y NFS, basan su funcionamiento de dispersión en los siguientes
mecanismos:
Repulsión electrostática inducida entre las partículas.
Lubricación de la película existente entre las partículas de cemento.
Dispersión de las partículas de cemento, liberando el agua atrapada
entre los flóculos de cemento.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
25
Inhibición de la hidratación del cemento en superficie, dejando más agua
para plastificar la mezcla.
Cambio en la morfología de los productos de hidratación.
Inducción de impedancia estérica previniendo el contacto entre
partículas
A diferencia de los superplastificantes descritos anteriormente, los PCE una
vez absorbidos inducen fuerzas de repulsión entre las partículas de cemento ya
sea electrostáticas o de origen estérico. Los PCE se basan principalmente en la
estabilización o repulsión estérica del sistema más que en un principio eléctrico
(Hermida, 2012).
La magnitud de la fuerza de repulsión depende de:
1. Cantidad de polímero absorbido
2. Espesor de la capa del polímero
3. Grado de cubrimiento de la partícula
En la Figura 1.1.1.2.2 se observa cómo es que se adsorben estos tipos de
superplastificantes en las partículas de cemento.
Figura 1.1.1.2.2: Absorción de los PCE en las partículas de cemento.
1.1.1.2.3 Principales aplicaciones y funciones
Según la NC 120:2007 (NC120, 2007) Hormigón Hidráulico-Especificaciones,
los hormigones con consistencia fluida o muy fluida, deberán ser elaborados
con aditivos reductores de agua de alto rango (superplastificantes).
Los hormigones fluidos, facilitan la aplicación en elementos de difícil acceso y
de formas complejas, son requeridos para ser bombeados y utilizados cuando
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
26
existe una gran cantidad de armadura. Sin embargo en algunos casos teniendo
en cuenta la capacidad de los aditivos y el grado de densidad de los aceros, la
compactación del hormigón es imprescindible.
Los hormigones fluidos obtenidos con aditivos de última generación, pueden
ser colocados con gran facilidad, pues son prácticamente autonivelantes y por
lo tanto se reduce el trabajo de colocación y se elimina la necesidad de vibrar
salvo en zonas densamente armadas. Esto se traduce en un enorme aumento
de la trabajabilidad del hormigón, sin modificar la cantidad de agua. El
resultado es un hormigón muy fluido (autonivelante), de baja tendencia a la
segregación.
1.1.1.3 Aditivos biológicos
Hoy en día muchas investigaciones están encaminadas a la búsqueda de
aditivos para la industria de la construcción, pero con énfasis en los de carácter
biológico, ya que la gran mayoría de los aditivos comercializados en el mundo
son sustancias químicas, obtenidas de forma sintética y son derivados de
industrias contaminantes como la del petróleo. Si se pretende alcanzar la
sustentabilidad, esta industria debe cambiar el uso de recursos naturales no
renovables, por recursos renovables y biodegradables. Por otro lado existen
experiencias de usos de este acercamiento en varias áreas de la industria y de
la ingeniería (Martirena et al., 2014, Pacheco-Torgal and Labrincha, 2013).
El uso de microorganismos en la industria de la construcción en la actualidad,
no se ha centrado en una sola línea, a continuación se muestran algunos
ejemplos:
(Ramachandran et al., 2001), utilizaron microorganismos del tipo Bacillus
pasteurii en morteros de cemento Portland, para mejorar la resistencia a la
compresión. También (Glosh and Mandal, 2006) desarrollaron biohormigón con
bacterias anaeróbicas y cultivos enriquecidos con microorganismos. En los
estudios realizados por (Jonkers, 2007, Jonkers et al., 2010), ha empleado
bacterias del género Bacillus como selladores de grietas en los hormigones.
También se han utilizados culturas mixtas de microorganismos como los
productos que se obtienen a través de la tecnología EM, como modificadores
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
27
de algunas propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido (Higa et
al., 2003, Siong Andrew et al., 2013, Ismail and Mohd.Saman, 2014, Martirena
et al., 2014).
Esta investigación se centra en el estudio de los productos obtenidos por la
tecnología EM en el Instituto Finlay (MEF), como plastificantes en pastas de
cemento portland. Caracterizar parcialmente este tipo de productos ayudará a
explicar sus mecanismos de acción y en gran medida al proceso de
optimización para obtener un aditivo MEF, con buenas propiedades como
plastificante.
1.2 Tecnología de Microorganismos Eficientes (EM)
1.2.1 Surgimiento de la tecnología EM
La denominación de la tecnología proviene del inglés: Effective Microorganisms
(EM), que en español se le reconoce como microorganismos efectivos (EM) o
eficientes, también se les denomina en la bibliografía como Microorganismos
Benéficos (MB). Surge en los primeros años de la década del ochenta por el
Dr. Teruo Higa, profesor de la Facultad de Agronomía de la Universidad de
Ryukyus en Japón. Esta tecnología nace como respuesta a la necesidad de
sustituir el uso intensivo de fertilizantes químicos y pesticidas en la agricultura,
para preservar la salud de los humanos (Higa and Parr, 1994, Yatim et al.,
2009).
1.2.2 Definición de Microorganismos Efectivos
El concepto de Microorganismos Eficientes, es basado en la coexistencia y
coprosperidad de varios microorganismos con una capacidad asombrosa de
reavivar, restaurar y conservar el medio en que se encuentren, son
cuidadosamente seleccionados en su medio natural y multiplicados con
diversos procedimientos.
También se han descrito como la coexistencia de un cultivo mixto de
microorganismos beneficiosos anaerobios y aeróbicos, que contienen
predominantemente, poblaciones de lactobacillus, levaduras, bacterias
fotosintéticas, actinomicetos y otros organismos (Higa and Parr, 1994).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
28
1.2.5 Proceso de obtención de los EM
Los productos EM, se obtienen por fermentación microbiana en condiciones de
anaerobiosis (ausencia de oxígeno) (Higa et al., 2003). Las materias primas
empleadas en esta tecnología abarcan: hojarasca, una fuente de almidón
(subproductos de fuentes de cereales tales como arroz o trigo), una fuente de
lactobacillus (suero de leche, yogur o leche fresca sin pasteurizar) y una fuente
de azúcares (miel de caña). En una primera etapa se prepara un sustrato sólido
y se deja fermentar en un tanque hermético durante 25 días. Posteriormente, el
resultado de este proceso se utiliza como inóculo para obtener un fermentado
líquido de microorganismos benéficos.
De forma general se puede catalogar como un líquido concentrado de olor
agridulce con un pH acido que puede oscilar entre 3,2 y 5 que puede usarse
puro o diluido.
1.2.3 Caracterización biológicas del EM
Originalmente Teruo Higa declaró que los componentes podrían llegar a ser 83
especies diferentes de microorganismos para formular el EM. Pero con los
posteriores estudios, llegó a la conclusión de que esencialmente solo habían 15
o menos clases de microorganismos primarios. Sin embargo, las tres grupos
generales de microorganismos presentes en la tecnología son; poblaciones de
lactobacillus, levaduras y bacterias fotosintéticas (Yatim et al., 2009).
1.2.4 Caracterización química del EM
En cuanto a la caracterización química de los productos EM, no suele
encontrase mucha información hasta el momento. En este sentido, (Martirena
et al., 2014) caracterizaron los productos obtenidos en el Instituto Finlay (MEF),
como si fuera un plastificante químico, teniendo en cuenta los requisitos de la
norma NC 228-1: 2005 (NC228-1, 2005) y un estudio de la composición
química elemental por Espectrofotometría de Absorción Atómica. Como
resultado principal obtenido en este trabajo se puede señalar el bajo contenido
de sólidos totales, alta acidez y densidad similar al agua (ver tabla 1.1). La
composición química muestra una gran variedad de componentes metálicos
(ver tabla 1.2), lo que evidencia la complejidad química de estos productos.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
29
Tabla 1.1: Valores de la densidad picnométrica, de sólidos totales y del pH de MEF.
Tabla 1.2: Composición elemental del MEF
Elementos (mg/L) MEF
Na+ 56,40
K+ 2890,13
Fe total 45,44
Mn2+ 6.97
Mg2+ 107.11
Cu2+ 1.13
Ni2+ 0.79
Co2+ 0.54
Zn2+ 1.80
Ca2+ 45.12
N total 57.40
P total 6.09
1.2.5 Aplicaciones generales de los productos EM
Al principio, el EM se consideró como una alternativa al uso de químicos
agrícolas, pero desde entonces ha evolucionado y se ha extendido su uso a la
ganadería, para solucionar problemas medioambientales, en procesos
industriales, y en la promoción de la salud natural en los seres humanos. Debe
ser enfatizado, sin embargo, que estos productos no son un químico sintético,
Características Químico -Físicas MEF
Densidad (picnométrica) g/ml 1,01
% de los sólidos totales (TS) 2,32
pH 3,40
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
30
ni un medicamento, sino tal vez una de las herramientas naturales más
positivas que se ha descubierto. Ha sido introducido cuidadosamente en
nuestra biosfera común a lo largo de los últimos veinte años, y tiene un historial
de resultados nada más que favorables para todas las formas de vida en la
Tierra (2014). A continuación se citan algunas de sus principales aplicaciones:
La tecnología EM, han tenido una marcada aplicación en la agricultura donde
se encuentran una gran variedad de productos con disímiles funciones tales
como: fijación del nitrógeno atmosférico, descomposición de basuras orgánicas
y de residuos, reciclaje y disponibilidad creciente de los alimentos de planta,
degradación de tóxicos incluyendo los pesticidas, solubilidad de fuentes
nutrientes insolubles entre otros (Higa and Parr, 1994).
El uso de los (EM) para reducir volúmenes de lodo de aguas residuales se ha
sugerido a menudo como factible en plantas de tratamiento de aguas
residuales o sistemas de tratamiento de aguas residuales en sitio tales como
tanques sépticos (Szymanski and Patterson, 2003).
Se puede utilizar el EM en la vida diaria de muchas maneras: para limpiar
cocinas y baños con EM, hacer compost (materia orgánica en descomposición,
que se destina al abono de las tierras) de los residuos orgánicos de las
cocinas, se emplea para mantener el jardín en condiciones sanas y naturales,
se puede utilizar para lavar la ropa, mejora la calidad de nuestra agua potable y
la salud de nuestros animales (2014).
En la búsqueda de soluciones al deterioro de las estructuras de hormigón en
Japón (Higa et al., 2003) llevaron a cabo una investigación y se desarrolló un
hormigón con microorganismos eficientes. Estos autores encontraron que la
trabajabilidad del hormigón fresco mejoró y la resistencia inicial incrementó,
entre otras propiedades que se mejoraron.
(Yatim et al., 2009) determinó que los productos EM contribuyen en una
actividad superficial de gran alcance. Agregando el EM en la mezcla de
hormigón fresca, la resistencia a la compresión aumentó después de 3 y 7 días
en (30 - 50%), con respecto a los hormigones ordinarios. También, el uso de
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
31
estos productos, redujo el efecto de la carbonatación en el hormigón y formó un
ambiente neutral dentro de este.
En las otras investigaciones realizadas (Higa et al., 2003, Siong Andrew et al.,
2013, Ismail and Mohd.Saman, 2014, Venkovic et al., 2014, Martirena et al.,
2014), han utilizado productos que se obtienen por esta tecnología, como
modificadores de algunas propiedades del hormigón en estado fresco y
endurecido.
1.1.5.6 Antecedentes del uso de EM en Cuba
La tecnología EM se introducido de forma experimental en algunas
instituciones como es el caso de la estación experimental “Indio Hatuey” y el
instituto Carlos J. Finlay en Cuba, que desde el año 2008 hasta la fecha han
encontrado su utilización en la agricultura y en la purificación de las aguas
residuales así como en otras aplicaciones. En el año 2008 un equipo de
investigadores de CIDEM de conjunto con las anteriores instituciones
comenzaron la investigación del producto como bioplastificante para
hormigones, y los resultados preliminares de las investigaciones son realmente
alentadores para la industria del cemento (Abreu Rodríguez, 2011, Mora López,
2012, Cabrera Pérez, 2013, Peña León, 2013, Brizuela, 2013), siendo
corroborado por otros investigadores han demostrado que productos similares
al EM tienen propiedades plastificantes (Martirena et al., 2014)
En la investigación realizada por (Venkovic et al., 2014), determinaron que la
adición de este bioplastificante, mejora la fuerza de hidratos del silicato del
calcio (C-S-H) realzando la cohesión y la fricción de nano-granos sólidos, y
disminuye el índice absoluto de la relajación a largo plazo. El análisis
estadístico de los resultados de la muesca, también sugiere que este producto
inhibe la precipitación de C-S-H de una densidad más alta.
1.3 Caracterización de los aditivos
1.3.1 Características físico-química
Las propiedades físico-químicas de un aditivo nos dan información acerca de
su naturaleza química. La mayoría de estas propiedades suelen ser fáciles de
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
32
determinar, como el color, contenido en sólidos, pH, peso específico, tensión
superficial, viscosidad y conductividad eléctrica (Palacios et al., 2003).
A través de la caracterización físico-química de un aditivo se puede detectar,
por ejemplo, la presencia de un componente aireante en un superplastificante
cuando, a pesar de no ser un surfactante, presenta una baja tensión superficial.
Además una elevada viscosidad del aditivo indica que está constituido por un
polímero de elevado peso molecular; o el hecho de que el aditivo tenga una
elevada conductividad eléctrica significa que contiene una gran cantidad de
electrolitos (Palacios et al., 2003).
En la actualidad existen una gran cantidad de normas que describen los
métodos de ensayo para la determinación de numerosas propiedades físico-
químicas (Palacios et al., 2003), como el pH descrito en la NC 271-4: 2003
(NC271-4, 2003), sólidos totales NC 271-1: 2003 (NC271-1, 2003), sólidos
solubles (Cabrera Pérez, 2013, Brizuela, 2013) y densidad NC 271-2: 2003
(NC271-2, 2003).
1.3.1.1 Composición química e iónica
Para describir la composición química de un aditivo se debe hacer un análisis
elemental completo, así como una determinación cualitativa y cuantitativa de
los iones que lo componen.
1.3.1.1.1 Análisis elemental
Los elementos químicos que tienen un mayor interés en la caracterización de
los aditivos son: carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), azufre
(S) y elementos alcalinos como sodio (Na), calcio (Ca) y potasio (K) (Palacios
et al., 2003).
Normalmente, los contenidos en C, H, N y O se determinan mediante métodos
microanalíticos rutinarios de química orgánica, que se realizan directamente
sobre los aditivos sólidos. Mediante este análisis se obtienen el (80-90%) del
total de los componentes de los aditivos. El contenido en azufre se determina
mediante métodos específicos o bien mediante análisis de disoluciones diluidas
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
33
a través de ICP (del English Inductively Coupled Plasma) (Palacios et al.,
2003).
El contenido en otros elementos, como iones metálicos, se puede determinar
mediante ICP o espectroscopía de absorción atómica (EAA). Otra forma de
determinar elementos como Ca, S y Cl, es a través de espectroscopía de
fluorescencia de rayos x en líquido o en estado sólido (Palacios et al., 2003).
1.3.2 Caracterización estructural
Una vez conocida la composición química e iónica de los aditivos es importante
llevar a cabo una identificación de los grupos funcionales y de las estructuras
características de los mismos. Las técnicas más empleadas para la
caracterización estructural son: espectroscopía ultravioleta-visible (UV-VIS),
espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía
Raman por transformada de Fourier (FT-Raman) y espectroscopía por
resonancia magnética nuclear (RMN) (Silverstein RM et al., 2005, Pérez
Martinez and Ortiz del Toro, 2010).
1.3.2.1 Espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR).
La característica principal de la espectroscopía infrarroja es que permite
identificar especies químicas a través de la determinación de la posición
(número de onda) a la que distintos grupos funcionales presentan bandas de
sorción en el espectro Infrarrojo IR (Palacios et al., 2003).
El aditivo MEF que se utiliza en este trabajo de diploma, a diferencia de los
aditivos que se utilizan hoy en la industria de la construcción, no presenta una
composición química (Brizuela, 2013, Martirena et al., 2014). Es un aditivo que
se obtiene de la fermentación de varios microorganismos con diferentes
materias primas, lo que hace más compleja la caracterización de este aditivo,
pues la variedad de metabolitos que se obtienen es amplia. Conocer la
composición química-física del aditivo MEF, es una necesidad, debido que a
través del conocimiento de la misma, se puede conocer la sustancia/as
presentes que influyen en la interacción del sistema plastificante-cemento-
agua.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
34
En trabajos realizados por (Yatim et al., 2009, Siong Andrew et al., 2013) donde
se emplean estos tipos de productos EM, como aditivos no se reporta la
composición química de estos.
1.4 Cemento. Reacciones de hidratación del cemento
El cemento desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla
de silicatos y aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo,
arcilla y arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se
mezcla con agua, se hidrata y solidifica progresivamente. Estos son productos
que amasados con agua, fraguan y endurecen formándose nuevos compuestos
resultantes de reacciones de hidratación, que son estables tanto al aire como
sumergidos en agua (Jiménez et al., 1987).
1.4.1 El cemento Portland.
Este es el tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación
del hormigón. Es el producto que se obtiene por la pulverización del clinker
Portland con la adición de una o más formas de sulfato de calcio.
Durante la reacción de hidratación del Cemento Portland Ordinario (CPO), el
volumen del sólido aumenta por la formación de los productos de hidratación,
pero el volumen total decrece. Esto se debe a que el volumen específico del
agua es menor cuando está enlazada químicamente, que cuando está en
estado no asociado; por lo tanto las reacciones de hidratación van
acompañadas generalmente de una reducción en el volumen total del sistema
(Alujas Díaz, 2010, Taylor, 1990).
1.4.2 Composición Química del Cemento Portland
El clínker de cemento Portland contiene cuatro compuestos químicos
mayoritarios: silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato tricálcico
(C3A) y ferrita aluminato tetracálcico (C4AF), esta última fórmula es la
composición promedio de una serie de soluciones sólidas entre C6A2F y C6AF2),
junto con varios compuestos minoritarios, como óxido de magnesio (MgO, cal
libre y sulfatos de álcalis (Betancourt Rodríguez, 2009c).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
35
Estos cuatro compuestos químicos mayoritarios, son los principales minerales
del cemento portland, de carácter básico la cal y la magnesia, de carácter ácido
la sílice y la alúmina (Betancourt Rodríguez, 2009b). Estos componentes no se
encuentran libres en el cemento, sino combinados formando silicatos,
aluminatos y ferritos cálcicos, que son los componentes hidráulicos del mismo
o componentes potenciales (Jiménez et al., 1987, Betancourt Rodríguez,
2009c). Un clinker de cemento Portland de tipo medio contiene:
Silicato tricálcico (3CaO·SiO2) .................................. 40% a 50%
Silicato bicálcico (2CaO·SiO2) .................................. 20% a 30%
Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) ............................ 10% a 15%
Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3) ....... 5% a 10%
1.4.3 Hidratación del cemento Portland. Etapas de hidratación
La fase inicial de hidratación se llama fraguado y se caracteriza por el paso de
la pasta del estado fluido al estado sólido. Posteriormente, continúan las
reacciones de hidratación, alcanzando a todos los constituyentes del cemento
que provoquen el endurecimiento de la masa y que se caracterice por un
progresivo desarrollo de resistencias mecánicas. El fraguado y endurecimiento,
no son más que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo
hay un único proceso de hidratación continuo (Soria, 1972, Betancourt
Rodríguez, 2009d).
Las dos principales reacciones de hidratación, que originan el proceso de
fraguado y endurecimiento son:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
(alita) (agua) (tobermorita) (portlandita)
2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
(belita) (agua) (tobermorita) (portlandita)
Los dos compuestos de silicato cálcico, tienen casi el mismo proceso de
hidratación. Sólo se distinguen por la cantidad de hidróxido de calcio
(portlandita) que se forma y por la cantidad de calor de hidratación liberado
durante las reacciones. El producto principal de la hidratación, es el
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
36
hidrosilicato de calcio (tobermorita), el cual constituye la fase más importante
de los productos de hidratación del cemento Portland y es precisamente el
mineral que aporta las buenas propiedades mecánicas y químicas que posee el
cemento, el cual aparece en forma de gel.
Como puede apreciarse, en la reacción de hidratación de la alita se forma
mayor cantidad de portlandita (hidróxido de calcio) que en la de la belita, lo cual
debe tenerse muy en cuenta en el comportamiento químico de los cementos,
pues la cal es el elemento básico que contribuye a la ocurrencia de la mayoría
de los tipos de corrosión, o sea que se trata de un compuesto débil tanto desde
el punto de vista mecánico-resistente como químico (Betancourt Rodríguez,
2009d).
El primer componente en reaccionar en el cemento Portland es el aluminato
tricálcico (C3A), con una duración rápida y corta hasta (7-28) días. Después el
silicato tricálcico, con una aportación inicial importante, continúa durante
bastante tiempo. A continuación el silicato bicálcico con una aportación inicial
débil y muy importante a partir de los 28 días (Soria, 1972).
El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del cemento, pues
desarrolla una resistencia inicial elevada y un calor de hidratación también
elevado, es el segundo componente en reaccionar en el cemento, con una
aportación inicial importante y continua durante bastante tiempo. Fragua
lentamente y tiene un endurecimiento bastante rápido. En el cemento de
endurecimiento rápido y en los de alta resistencia, aparece en una proporción
superior a la habitual (Soria, 1972, Tejero Juez, 1987).
Por otra parte, el silicato bicálcico es el tercer componente en reaccionar en el
cemento, con una aportación inicial débil y muy importante a partir de los 28
días, y es por eso, que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es
lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor
que la del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos
llevan un alto contenido de silicato bicálcico (Soria, 1972, Tejero Juez, 1987).
El aluminato tricálcico, es el compuesto que gobierna el fraguado y las
resistencias a corto plazo, además es el primer componente en reaccionar en
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
37
el cemento Portland, con una duración rápida y corta hasta (7-28) días. Su
estabilidad química es buena frente al agua de mar, pero muy débil a los
sulfatos. Al objeto de frenar la rápida reacción del aluminato tricálcico con el
agua y regular el tiempo de fraguado del cemento, se añade al clinker piedra de
yeso (Soria, 1972, Tejero Juez, 1987).
1.4.3.1 Etapas de la hidratación del cemento. El proceso de hidratación
experimenta las siguientes fases:
1. Proceso inicial rápido: Disolución de los iones e hidratación inicial
2. Período inactivo, de inducción: Formación de ettringita
3. Periodo de aceleración: Inicio de la hidratación de los silicatos
4. Período de deceleración
5. Periodo de difusión estacionario. Reacciones a largo plazo: agotamiento del
sulfato.
El primer pico de calor se forma durante los primeros (10-15) minutos y,
principalmente, se debe a la formación de ettringita. El segundo pico coincide
con la conversión de ettringita a monosulfato y el tiempo que pasa antes de que
la conversión empiece depende de la cantidad de sulfato disponible.
1.4.4 Cinética de la hidratación.
El estudio de cinética es, esencialmente, una descripción matemática de los
pasos que determinan la velocidad de las reacciones y, como tal, depende de
la correcta selección y modelizado de los procesos implicados (Alujas Díaz,
2010).
Pueden ser identificadas tres etapas que determinan la velocidad durante el
periodo medio y final de la hidratación, que son:
1.- Nucleación y crecimiento del cristal.
2.- Disolución en la superficie del C3S.
3.- Difusión a través de las capas hidratadas.
En el Cemento Portland, la velocidad de reacción de la hidratación en los
primeros días es: C3A > C3S > C4AF > C2S
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
38
1.5 Calorimetría en la hidratación del Cemento Portland (CPO)
Una de las técnicas que puede ser empleada para el seguimiento continuo de
la reacción de hidratación en pastas de cemento es la Calorimetría Isotérmica.
Esta ha ganando en importancia en los estudios de la hidratación del CPO
(Alonso and Palomo, 2001, Emoto and Bier, 2007). Se basa en la medición de
la velocidad de liberación de calor en función del tiempo, bajo un régimen
isotérmico. También aprovecha el carácter altamente exotérmico de las
reacciones de hidratación del CPO. De esta forma, la cantidad de calor total
acumulado, es directamente proporcional a la cantidad de productos de
hidratación generados y puede tomarse como una medida del grado de
reacción alcanzado por el sistema. La medida de la velocidad o flujo de
liberación de calor, provee información acerca de la cinética y los mecanismos
de hidratación (Alujas Díaz, 2010).
1.5.1 Ensayo Calorimétrico
La calorimetría isotérmica es una susceptible y versátil herramienta para
estudiar la hidratación del proceso del cemento. Su operación está basada en
la compensación de potencia eléctrica requerida para calentar una muestra, el
calor medido es prácticamente compensado por energía eléctrica. Las
muestras, separadas y aisladas, repercuten en un experimento cuyo control
termodinámico permite obtener resultados más precisos. Este método toma en
cuenta además de los incrementos en temperatura, la potencia consumida para
lograr el incremento de temperatura (Sandberg and L. R. , 2003).
1.5.1.1 Curvas de calorimetría
Existen dos convenciones diferentes al representar los efectos térmicos: las
reacciones exotérmicas que exhibe la muestra pueden ser mostradas como
picos positivos o negativos dependiendo del tipo de tecnología o de
instrumentación utilizadas en la realización del experimento (Pungor and
Horvai, 1994). El resultado de este experimento es una curva de flujo calorífico
versus tiempo: Esta refleja el proceso de hidratación del cemento y permite
identificar el efecto de la adición de un componente, el que se refleja en un
cambio de la curva de hidratación. La integral de esta curva representa el calor
liberado.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
39
1.6 Reología. Definición
El término reología significa "el estudio de la deformación y el flujo de la
materia". La Real Academia Española define reología como: estudio de los
principios físicos que regulan el movimiento de los fluidos. Una definición más
moderna expresa que la reología es la parte de la física que estudia la relación
entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir
(Fuentes Aguilar, 2008).
Es trascendental valorar la reología en las mezclas de cemento al utilizar los
aditivos, para ello es preciso conocer las características de la conducta del flujo
de una mezcla mientras esta se espesa, y la pérdida de laborabilidad,
estabilidad y compactibilidad, en pastas, morteros y hormigones para poder
realizar comparaciones (Wallevik and Wallevik, 2011).
1.3.1 Suspensiones reológicas. Hormigones, pastas y morteros
Los morteros y hormigones son materiales compuestos por un líquido viscoso
con partículas sólidas en suspensión que en escala macroscópica puede fluir
como un líquido. Por esta razón es considerado como una suspensión
reológica según varios autores (Roussel and Coussot, 2005, Roussel, 2006,
Fuentes Aguilar, 2008).
1.3.2 Modelos más utilizados para describir el comportamiento reológico
de pastas morteros y hormigones
Los modelos más utilizados que describen el comportamiento reológico de los
fluidos son: el Pseudonewtoniano, el de Bingham: plástico ideal, el de Ostwald
y de Waele: Pseudoplástico o dilatante (Blaß, 1972), el de Herschel y Bulkley:
pseudoplástico o dilatante con tensión de fluencia (Coussot, 1994), y el de
Casson: pseudoplástico con tensión de fluencia (Kruyt and Verël, 1992). El más
utilizado para describir el comportamiento reológico de pastas, morteros y
hormigones, es el modelo de Bingham.
Las sustancias conocidas como “fluidos no-Newtonianos” (pastas, morteros y
hormigones) pueden ser modeladas utilizando la ecuación de Bingham (modelo
plástico ideal), cuya ecuación es:
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
40
.
Donde: es el Límite de fluencia que se debe sobrepasar para que el fluido
se ponga en movimiento, es la viscosidad plástica, es la velocidad de
deformación transversal y es la tensión del flujo (Roussel, 2006, Wallevik,
2006, Banfill, 2006).
1.3.3 Parámetros que afectan la reología
Los parámetros que aparecen en los modelos reológicos dependen de las
propiedades de la suspensión y de muchas variables. Por ejemplo:
Concentración
Granulometría (gruesos y finos)
pH (si la suspensión no es neutra)
1.3.4 Efecto de los plastificantes en la reología en pastas, morteros y
hormigones
Los factores como la composición mineralógica del cemento, reactividad
química del relleno, distribución de tamaño de partícula, textura de la superficie
y forma geométrica de polvos (el cemento y rellenos), así como las condiciones
modeladas y equipos de medición, pueden influir en la reología de las pastas,
morteros y hormigones. De todos estos factores, la relación agua-cemento (a/c)
y la superficie específica, son los más importantes. Sin embargo, el tipo de
plastificante usado, también influye en las propiedades del flujo de las pastas
cementicias debido a sus mecanismos de dispersión (Vikan et al., 2007).
Cuando no se agrega ningún plastificante, las partículas sólidas tienden a
formar aglomerados, que retienen el agua dentro. En las mezclas donde se
utilizan plastificantes las partículas sólidas se dispersan y la aglomeración se
reduce. Esta dispersión de las partículas sólidas aumenta la fluidez del
hormigón directamente. Al mismo tiempo, la reducción de la aglomeración
debido a la dispersión aumenta la densidad del embalaje y así la cantidad de
agua en exceso en el hormigón (Fung and Kwan, 2010).
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
41
1.3.5 Ensayos reológicos en pastas
1.3.5.1 Ensayos en pastas
Como ya se ha expuesto muchos de los materiales en la industria o la
naturaleza se comportan como fluidos con una tensión de fluencia (que es el la
tensión mínima de deformación irreversible). Mientras que la tensión de
fluencia puede ser considerada como una propiedad de un material único, esta
puede medirse utilizando herramientas reológicas convencionales. A menudo
las pruebas son caras, consumen tiempo y dan demasiadas informaciones
cuando sólo se necesita el valor de rendimiento de plástico. In situ, aun se
prefieren las pruebas más sencillas y económicas, las cuales no pueden ser
fácilmente interpretadas en los términos reológicos, ellas no proveen
parámetros físicos y característicos del material, pero las pruebas han
demostrado a través los años que son viables para diferentes clases de
materiales en términos de su capacidad de ser echado (Roussel and Coussot,
2005).
1.3.5.1.1 Ensayo del minicono de Abrams
El método del Minicono (mini-slump test) ha sido desarrollado por la Portland
Cement Association publicado como en 1979 por la ASTM como método no
normalizado para ensayos reológicos de pastas cemento que presenta la
ventaja de ser rápido, emplear mínimas porciones de pasta y permitir el estudio
de un gran número de variables experimentales. También ha sido definido en
una norma cubana NC 235: 2012 (NC235, 2012).
Se utiliza para determinar la plasticidad y su variación con el tiempo y la
reducción de agua en las pastas de cemento con la introducción o no de
aditivos químicos y adiciones, así como el control de cemento con diferentes
composiciones mineralógicas. Para la determinación de estas propiedades se
hace necesaria la medición del área de esparcimiento alcanzada (pastilla
conformada) como consecuencia de la caída por gravedad al retirar el
troncocono que la contiene.
Capítulo I. Comportamiento de los aditivos en pastas de cemento
42
1.3.5.1.3 Ensayo aguja de Vicat.
El tiempo de fraguado es una variable muy importante, variable que ya que
permite conocer el tiempo de que se dispone para la mezcla, transporte,
colocación en obra y compactación correcta de los morteros y hormigones.
Todos estos hechos determinan la importancia de conocer el tiempo del
fraguado inicial de los cementos, característica especificada en las distintas
normas. La Norma cubana NC 524: 2007 (NC524, 2007) “Cemento hidráulico—
método de ensayo—terminación de la consistencia normal y tiempos de
fraguado por Aguja Vicat” especifica un método de ensayo para la
determinación de la consistencia normal y el tiempo de fraguado inicial y final
del cemento hidráulico mediante la aguja de Vicat.
Conclusiones parciales
1. Los aditivos tienen gran importancia para la producción de pastas,
morteros y hormigones. Para Cuba resultan altamente costosos y por
ello se requiere contar con productos alternativos obtenidos en el país y
con menor costo.
2. A partir de estudios previos, encabezados por el CIDEM y con la
participación de varias instituciones nacionales, se cuenta con un
bioproducto elaborado con tecnología de Microorganismos eficientes con
moderada acción plastificante y que requiere altas dosificaciones.
3. Algunas de las características del Bioproducto MEF-32 no cumplen con
los requisitos establecidos por las normas cubanas para aditivos tales
como: pH.
4. Se cuenta con ensayos estandarizados que permiten evaluar el efecto
plastificante de los bioproductos MEF en pastas de cemento.
5. El entendimiento de sus mecanismos de acción contribuye en gran
medida al proceso de optimización del aditivo MEF como plastificante.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
43
Capítulo 2. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las
propiedades reológicas de pastas de cemento P-35
La investigación se realizó en las siguientes entidades: Centro de Bioactivos
Químicos (CBQ), Instituto Biotecnología de las Plantas (IBP) y Centro de
Estudios de Química Aplicada (CQA); todos ellos pertenecientes a la
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. También se realizaron parte
de los estudios, en el Laboratorio Central de la Empresa Nacional de
Investigaciones Aplicadas de Villa Clara (ENIA VC).
2.1 Materiales utilizados en la elaboración de las pastas de cemento
Portland. Caracterización de los materiales utilizados en la investigación
Para realizar esta investigación se utilizaron los siguientes materiales:
Cemento Portland P-35, de la fábrica Karl Marx ubicada en la provincia
de Cienfuegos.
Superplastificante Dynamon SRC 20 (MAPEI).
Bioproductos MEF producidos en el Instituto Finlay con y sin variación
en el proceso de su producción y modificaciones en el pH.
ácido láctico 85 % Fluka
ácido acético glacial 99.7 % (p.a) Panreac
mezclas de los ácidos acético y láctico
acetato de sodio 99 % (p.a) (Uni-Chem)
Los materiales que se definen a continuación, se utilizaron para la elaboración
de pastas de cemento P-35, a partir de las dosificaciones establecidas en el
diseño de cada ensayo.
2.1.1 Agua
Se utilizó agua potable, evaluada por la práctica como adecuada para la
producción de pastas, morteros y hormigones, cumpliendo con la (NC353-04,
2004).
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
44
2.1.2 Cemento
El cemento utilizado fue el Portland P-35, elaborado en la fábrica Karl Marx de
la provincia de Cienfuegos. La caracterización de este fue realizada en la ENIA
VC, teniendo en cuenta las especificaciones de calidad establecidas por la
norma cubana (NC95, 2001) Cemento Portland. Especificaciones para la
evaluación de la conformidad. Este material se clasifica como un cemento
Portland P-35, con las características que se muestran en el Anexo.1 (ver
Tabla 1).
2.1.3 Aditivos
Para el trabajo experimental se utilizó como referencia el aditivo comercial
superplastificante: Dynamon SRC 20 (MAPEI) y el bioproducto MEF-19
fabricado en el 2012 y utilizado en las siguientes investigaciones (Peña León,
2013, Cabrera Pérez, 2013, Brizuela, 2013, Martirena et al., 2014), ya que fue
el bioproducto con mayor efecto plastificante, pero este no se produjo de forma
industrial. De ahí que se hizo necesario realizar una producción a mayor
escala, pero con los mismos estándares de calidad con que se fabricó el MEF-
19. A este nuevo producto se le nombró MEF-32. Por esta razón se hizo
necesario colocar al MEF-19 como patrón de comparación.
Se sometieron a evaluación como plastificantes los bioproductos MEF-32 y
MEF-32 con modificaciones de pH, MEF tipo 1, MEF tipo 2, MEF tipo 3, MEF
tipo 4, MEF tipo 5 y MEF tipo 6, todos ellos obtenidos por fermentación
microbiana en el Instituto Finlay (Cuba).
También se utilizaron soluciones de los ácidos láctico (60; 100 y 150) mg/mL y
acético (10; 30 y 60) mg/mL, las mezclas de ambos en relaciones de (3:1; 1:3;
1:1), así como soluciones de acetato de sodio (40.4 y 80.8) mg/mL y todas
estas se evaluaron como plastificantes para determinar sus influencias.
2.1.3.1 Dynamon SRC 20 (MAPEI)
Dynamon SRC 20 es un aditivo líquido superfluidificante para hormigones
premezclado caracterizados por una baja relación agua/cemento (a/c), altas
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
45
resistencias mecánicas y largo mantenimiento de la laborabilidad. Es un aditivo
de base acrílica modificada sin formaldehido (MAPEI) (Anexo 2 ver Tabla 1).
2.1.3.2 Bioproductos MEF
Los bioproductos MEF modificados fueron logrados por fermentación
microbiana en el Instituto Finlay, La Habana, Cuba.
El bioproducto MEF-32 se produjo de igual forma que el producto MEF-19, pero
a una escala mayor de producción y en fecha diferente.
También se obtuvieron dos productos derivados del MEF-32, al adicionar
hidróxido de sodio (NaOH) de concentración 1 mol/L, hasta obtener un pH igual
a 7 y otro producto con pH igual a 12. En lo adelante se les nombra MEF-32
pH=7 y MEF-32 pH=12.
El bioproducto MEF tipo-1 se produjo según lo establecido en el Instituto Finlay
para la primera fermentación en cuanto a las proporciones de materias primas
iniciales.
El bioproducto MEF tipo-2 se produjo con el doble de la concentración de
materias primas utilizadas en la primera fermentación.
El bioproducto MEF tipo-3 se produjo con el cuádruple de la concentración de
materias primas utilizadas en la primera fermentación.
El bioproducto MEF tipo-4 se produjo en las mismas condiciones de la primera
fermentación pero sin madre sólida (una de las materias primas que aporta
inóculo microbiano y proviene de una fermentación previa en estado sólido).
El bioproducto MEF tipo-5 se produjo con el doble de la concentración de
materias primas utilizadas en la primera fermentación, pero sin madre sólida.
El bioproducto MEF tipo-6 se produjo con el cuádruple de la concentración de
materias primas utilizadas en la primera fermentación, pero sin madre sólida.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
46
2.1.3.3 Soluciones de los ácidos láctico y acético, mezclas de estos y una
sal
Fueron preparadas soluciones de los ácidos láctico y acético, a las
concentraciones, en que se pueden encontrar estos en los bioproductos MEF,
teniendo en cuenta los límites establecidos en los requisitos de calidad de la
producción de los bioproductos MEF. El ácido láctico puede estar presente en
un rango de (60-90) mg/mL y el ácido acético (10-30) mg/mL.
Solución de ácido láctico 150 mg/mL: Se tomó una alícuota 7.3 mL de ácido
láctico concentrado y se introdujo en frasco volumétrico de 50 mL y se enrazó
con agua destilada, teniendo en cuenta en este cálculo el porciento de pureza
del ácido (85 %) y la densidad del mismo (1.206 g/mL).
Solución de ácido láctico 100 mg/mL: Se tomó una alícuota 4.9 mL de ácido
láctico concentrado y se introdujo en frasco volumétrico de 50 mL y se enrazó
con agua destilada, teniendo en cuenta en este cálculo el porciento de pureza
del ácido y la densidad del mismo (1.206 g/mL).
Solución de ácido láctico 60 mg/mL: Se tomó una alícuota de 30 mL de la
solución de ácido láctico 100 mg/mL y se introdujo en frasco volumétrico de 50
mL y se enrazó con agua destilada.
Solución de ácido acético 90 mg/mL: Se tomó una alícuota 4.3 mL de ácido
acético concentrado y se introdujo en frasco volumétrico de 50 mL y se enrazó
con agua destilada, teniendo en cuenta en este cálculo el porciento de pureza
del ácido (99.7%) y la densidad del mismo (1.05 g/mL).
Solución de ácido acético 30 mg/mL: Se tomó una alícuota de 16.7 mL de la
solución de ácido acético 90 mg/mL y se introdujo en frasco volumétrico de 50
mL y se enrazó con agua destilada.
Solución de ácido acético 10 mg/mL: Se tomó una alícuota de 5.6 mL de la
solución de ácido acético 90 mg/mL y se introdujo en frasco volumétrico de 50
mL y se enrazó con agua destilada.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
47
Se prepararon tres mezclas de ácido láctico y acético en relaciones (3:1; 1:1;
1:3) en términos de concentración a continuación se describe su preparación:
Mezcla 1: es la mezcla (3:1), esta se obtiene al mezclar 4.9 mL de ácido láctico
concentrado, con 15 mL de una solución de ácido acético 100 mg/mL, y se
enraza con agua destilada en frasco volumétrico de 50 mL. Donde en esta, las
concentraciones de los ácidos presentes se encuentran en 100 y 30 mg/mL
respectivamente.
Mezcla 2: es la mezcla (1:1), esta se obtiene al mezclar 22.5 mL de una
solución ácido láctico 100 mg/mL, con 22.5 mL de una solución de ácido
acético 100 mg/mL, y se enraza con agua destilada en frasco volumétrico de 50
mL. Donde en esta, las concentraciones de los ácidos presentes se
encuentran en 45 mg/mL respectivamente.
Mezcla 3: es la mezcla (1:3), esta se obtiene al mezclar 15 mL de una solución
ácido láctico 100 mg/mL, con 4.8 mL de de ácido acético concentrado, y se
enraza con agua destilada en frasco volumétrico de 50 mL. Donde en esta, las
concentraciones de los ácidos presentes se encuentran en 30 y 100 mg/mL
respectivamente.
También se prepararon soluciones de acetato sodio a las concentraciones
40.4 y 80.8 mg/mL de esta sal, ya que al interactuar el ácido acético con las
partículas de cemento, es muy probable que se formen las sales: acetato de
calcio, magnesio, sodio y potasio. A continuación se describe como se
prepararon estas soluciones:
Solución de acetato de sodio 40.4 mg/mL: para ello se pesó 5.05 g de acetato
de sodio (99 %) de pureza y se enrazó en volumétrico de 25 mL con agua
destilada y se obtuvo una solución concentración final de 202 mg/mL de la sal.
De esta se tomó una alícuota de 20 mL y se enrazó con agua destilada en
matraz de 100 mL.
Solución de acetato de sodio 80.8 mg/mL: Se tomó una alícuota 20 mL de la
solución de 202 mg/mL de acetato de sodio y se enrazó con agua destilada en
matraz de 50 mL.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
48
Para el desarrollo de este trabajo se realizó la siguiente marcha experimentar
(ver Figura 2.1).
Figura 2.1. Marcha Experimental
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
49
2.2 Caracterización de los bioproductos MEF
2.2.1. Caracterización químico –física de los bioproductos MEF
Las propiedades físico-químicas de un aditivo nos dan información acerca de
su naturaleza química (Palacios et al., 2003). Con el objetivo de conocer estas
propiedades se realizaron las determinaciones siguientes: pH establecido en la
NC 271-4: 2003 (NC271-4, 2003), % Sólidos Totales en la NC 271-1: 2003
(NC271-1, 2003), densidad picnométrica en la NC 271-2: 2003 (NC271-2,
2003), conductividad eléctrica (Chiruchi et al., 1996), Sólidos Totales disueltos
métodos electrométrico (Chiruchi et al., 1996) y sólidos solubles por
refractometría (Cabrera Pérez, 2013).
2.2.1.1 Determinación del pH. Procedimiento
La determinación del pH de los bioproductos MEF se realizó según la norma
cubana NC 271-4: 2003 (NC271-4, 2003).
Equipos y utensilios:
pH metro marca HI 2211 pH/ ORP METER.
Beaker de 50 mL como mínimo, para lograr un mayor manejo del
electrodo.
Agua destilada.
Varilla de cristal (agitador).
Papel de filtro.
Procedimiento:
1. Se calibra el medidor de pH con solución tampón de pH de 4, 7 y 10 en
dependencia del rango conocido del aditivo en cuestión, a una
temperatura de 20 ºC.
2. Se toman 3 muestras del aditivo de 40 mL, en un vaso precipitado de 50
mL.
3. Se introducen el electrodo y el sensor de temperatura del medidor de pH
dentro del vaso precipitado luego de haber homogeneizado la muestra.
4. Se toma el valor de la lectura del pH.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
50
5. Para la expresión de los resultados se toma el valor medio de los tres
valores.
2.2.1.2 Determinación del % Sólidos Totales. Procedimiento
La determinación del % de sólido totales de los bioproductos MEF se realizó
según la norma cubana NC 271-1: 2003 (NC271-1, 2003).
Equipos y utensilios.
Balanza Sartorius Modelo TE124S.
Estufa Boxun.
Arena sílice normalizada procedencia Societe Nouvelle du Litoral
(Francia).
Procedimiento:
1. Se reintroducen de 20-30 g de arena sílice en un pesafiltro o cápsula de
Petri.
2. Se coloca el pesafiltro o cápsula de Petri en estufa durante 17h a 105 ±
2 ºC.
3. Se introduce el pesafiltro en una desecadora, se enfría hasta
temperatura ambiente y se determina su masa con una aproximación de
0,001g.
4. Se toman aproximadamente 4 g del aditivo, con una precisión de 0,001
g, utilizando una pipeta, esparciéndolo lentamente en forma homogénea
sobre la superficie de la arena.
5. Se determina la masa del conjunto con una aproximación de 0,001 g. Se
coloca el pesafiltro con muestra en estufa a 105-110 ºC por un tiempo
suficiente como para que después de enfriada y pesada, se obtengan
pesadas constantes.
Expresión de los resultados:
Método de cálculo. El contenido de sólidos totales se determina aplicando la
siguiente expresión:
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
51
Donde:
A: Masa del residuo seco (masa del frasco con arena y residuo menos masa
del frasco con arena) (g)
M: Masa de la muestra (masa del frasco con arena y muestra menos masa del
frasco con arena) (g)
A los resultados obtenidos se le aplica el test de Dixon para eliminar los valores
erráticos o atípicos.
2.2.1.3 Determinación de la densidad picnométrica. Procedimiento
La determinación de la densidad del bioproducto MEF-32 se realiza según la
norma cubana NC 271-2: 2003 (NC271-2, 2003) y los resultados se expresan
g/cm3.
Equipos y Utensilios:
Balanza Sartorius Modelo TE124S
Picnómetro Gay Lussac 50 mL
Procedimiento:
1. Se pesa limpio y seco el picnómetro Gay Lussac (Anexo 3) para
determinar su masa.
2. Se llena completamente el picnómetro Gay Lussac con la muestra de
aditivo.
3. Se coloca la tapa, teniendo especial cuidado de que la muestra suba
hasta el extremo superior de ésta.
4. Se deja en reposo el picnómetro con la muestra en el local donde se
realizan las pesadas, a una temperatura estable sin diferir en más de 1
ºC de los 25 ºC.
5. Se pesa el picnómetro con la muestra en la balanza analítica
Expresión de los resultados:
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
52
Donde:
D- densidad (g/cm3)
m1 -masa del picnómetro vacío (g)
m2 -masa del picnómetro con la muestra (g)
V -volumen de la muestra especificada por la capacidad del picnómetro (cm3)
A los resultados obtenidos se le aplica el test de Dixon para eliminar los valores
erráticos o atípicos.
2.2.1.4 Determinación de la conductividad eléctrica (CE)
Procedimiento
La determinación de la conductividad eléctrica de los bioproductos se realiza
según (Chiruchi et al., 1996).
Equipos y utensilios:
Conductímetro HI 2300 EC/ TDS/ NaCl METER.
vaso precipitado 45-50 mL como mínimo, para lograr un mayor manejo
del electrodo.
Papel de filtro.
Agua destilada.
Varilla de cristal (agitador).
Procedimiento:
1. Se toman tres muestras del aditivo de 30-40 mL, en un beaker de 50 mL.
2. Se selecciona el modo de C.E.
3. Se introduce la celda de conductividad dentro del beaker luego de ser
homogenizada la muestra.
4. Se toma el valor de la lectura del C.E (μS/cm).
5. Para la expresión de los resultados se toma el valor medio de los tres
valores.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
53
2.2.1.5 Determinación de los Sólidos Totales Disueltos (STD)
Procedimiento
La determinación de los Sólidos Totales Disueltos de los bioproductos se
realiza según (Chiruchi et al., 1996).
Equipos y utensilios:
Conductímetro HI 2300 EC/ TDS/ NaCl METER.
Beaker 50 mL como mínimo, para lograr un mayor manejo del electrodo.
Papel de filtro.
Agua destilada.
Varilla de cristal (agitador).
Procedimiento:
1. Se toman 3 muestras del aditivo de 40 mL, en un vaso precipitado de 50
mL.
2. Se selecciona el modo de STD.
3. Se introducen la celda de conductividad dentro del beaker luego de
homogenizar la muestra.
4. Se toma el valor de la lectura de STD.
5. Para la expresión de los resultados se toma el valor medio de los tres
valores.
2.2.1.5 Determinación del % sólidos solubles por refractometría.
Procedimiento
La determinación de % sólidos solubles por refractometría de los bioproductos
se realiza según la metodología descrita en los trabajos de diploma (Peña
León, 2013, Cabrera Pérez, 2013, Brizuela, 2013).
Equipos y utensilios:
Refractómetro (PCE 032).
Micro pipeta (GILSON).
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
54
Procedimiento:
Se colocó una gota del aditivo (70 μL) en el refractómetro, se observó la escala
de medición y se anotó el resultado de la cantidad de sólidos solubles (Cabrera
Pérez, 2013).
2.2.2 Caracterización estructural
Para determinar la identificación de los grupos funcionales y de las estructuras
características de los mismos, se utilizo la técnica, espectroscopía infrarroja por
transformada de Fourier (FTIR) (Pérez Martinez and Ortiz del Toro, 2010), la
cual se recomienda para este tipo de investigaciones (Palacios et al., 2003).
La determinación del espectro infrarrojo de un aditivo es un requisito de la NC
228-1: 2005 (NC228-1, 2005) que presenta correspondencia con estándares
internacionales como la CAA-056TC: 2004 (CAA-056TC, 2004).
2.2.2.1 Determinación del espectro infrarrojo (IR) al producto MEF-32
El espectro infrarrojo se le realizó solo al bioproducto MEF-32, debido a que ha
sido seleccionado para estudiarlo como aditivo plastificante y ha sido producido
de forma industrial. Para llevar a cabo el espectro (IR) se tomó una porción de
10 mL del bioproducto y se introdujo en una liofilizadora, para extraer el agua
presente en este, por un tiempo de 72 horas a 0.02 mb de presión /-50 grados
Celsius.
Equipos y utensilios:
Liofilizadora Freezer Dryer Part. No.101521 CHRIST ALPHA 1-2 LD plus
Espectrómetro WQF-510
Procedimiento:
El espectro IR del producto MEF-32 se registró cualitativamente en un
espectrofotómetro FTIR, las mismas se analizaron en fase líquida en forma de
película fina sobre ventanas de bromuro de potasio KBr, de la siguiente
manera:
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
55
1. Se extiende una gota de la solución sobre una de las ventanas de KBr,
se une esta con otra ventana para evitar el derrame y/o la evaporación
de la solución.
2. Se registra el espectro del Background minutos antes de registrar el
espectro de la muestra, para colectar el ruido ambiental.
3. Se colocan las ventanas con la muestra en el soporte para ventanas, y
se registra el espectro de la misma según los parámetros de registro
seleccionados (4 cm-1 de resolución en el rango de 4000 a 650 cm-1).
4. Se realiza el espectro al producto.
2.3 Determinación del efecto plastificante de los bioproductos MEF,
ácidos carboxílicos, sales, mezclas y los aditivos de referencia
Con el objetivo de determinar el efecto plastificante de los bioproductos MEF,
de los ácidos carboxílicos identificados en estos y de sus sales; en pastas de
cemento P-35, se realizaron ensayos con el método del Minicono, para
determinar el índice de plasticidad. Para ello, se tomó en cuenta la norma
cubana NC 235: 2012 (NC235, 2012) “Pastas de cemento—determinación de
la plasticidad y su variación en el tiempo por el método del Minicono”. Como
referencia se utilizaron los aditivos MEF-19 y el superplastificante Dynamon
SRC 20.
2.3.1 Determinación del índice de plasticidad por el método del minicono
Procedimiento
Los ensayos de minicono según la NC 235: 2012 (NC235, 2012), se realizaron
en el laboratorio de la unidad de desarrollo analítico del Centro de Bioactivos
Químicos (CBQ), a temperatura de 20 ± 2 °C y humedad controlada (60-65) %.
Se fijó la relación agua/cemento (a/c) a 0.45, para homologar con las
investigaciones realizadas anteriormente (Peña León, 2013, Cabrera Pérez,
2013, Brizuela, 2013).
La velocidad de agitación se fijó en 300 rpm, la cual es diferente al requisito de
la norma NC 235: 2012 (NC235, 2012), porque el instrumento utilizado es
confiable a partir de de esta velocidad y se seleccionó un impelente del
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
56
agitador (varilla agitadora) similar al utilizado en los ensayos de Calorimetría
Isotérmica en el Laboratorio del (CQA), para homologar los protocolos de
mezclado de pastas en los ensayos de plasticidad y cinética de la hidratación
del cemento. Para el mezclado se emplearon recipientes cilíndricos de
diámetro base ligeramente superior al diámetro de la hélice de la varilla
agitadora para facilitar la agitación uniforme de la pasta y limitar la adherencia a
las paredes (ver Figura 2.2).
Figura 2.2. Equipos, utensilios y procedimiento minicono. Arriba procedimiento del Minicono. Debajo de izquierda a derecha Agitador, impelente, minicono, pie de rey.
2.3.1.1 Equipos, utensilios y materiales
Equipos y utensilios
Minicono metálico de 19 mm de diámetro superior, 38 mm diámetro
inferior y 57 mm de altura, manteniendo similares proporciones del
ensayo de asentamiento del hormigón fresco NC 235: 2012 (NC235,
2012).
Agitador de laboratorio tipo Heidolfph RZR 50, con varilla agitadora de
hélice (impelente).
Láminas de plástico para colocar las pastas
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
57
Espátula de metal
Vaso de precipitado (beaker) o recipiente plástico de 500 mL de
capacidad con tapa ranurada
Bureta de 50 mL
Paños de secado (tela)
Reloj
Balanza analítica (+/-0,0001g) TE-124S, Sartorius
Pie de rey (0,1 mm de precisión)
Refractómetro (PCE 032)
Materiales:
- Agua: Cumple con las especificaciones de la NC 353-04: 2004 (NC353-
04, 2004).
- Cemento: P-35. Procede de la fábrica de cemento Karl Marx, en
Cienfuegos.
- Aditivos:
MEF 19, MEF tipo-1, MEF Tipo-2, MEF tipo-3, MEF tipo-4, MEF tipo-
5 y MEF tipo-6
MEF 32 a pH= 3,44 (MEF-32, MEF-32 a pH inicial )
MEF con pH=7
MEF con pH=12
ácido láctico
ácido acético
acetato de sodio
Mezcla 1
Mezcla 2
Mezcla 3
SRC-20
Procedimiento:
Para la determinación de la plasticidad de la pasta de cemento con y sin
aditivo, el procedimiento de trabajo se basó en la (NC235, 2012) y se describe
a continuación:
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
58
1. Se pesaron 100 ± 0,0002 g de cemento y se vertieron en el recipiente
cilíndrico.
2. Se preparó una solución con el aditivo (se pesó en balanza analítica) a las
dosis de ensayo en base al peso del cemento y el volumen de agua calculado
para la relación a/c=0.451.
3. Se introdujo la paleta del agitador (Heidolfph RZR 50) dentro del recipiente
cilíndrico y lentamente se añadió la solución del aditivo y agua de amasado,
con el beaker que se apoyó en el eje de la varilla de agitación (Figura. 2.2).
4. Se puso en movimiento el agitador a una velocidad de 300 r.p.m. durante
dos minutos.
5. Se detuvo el mezclado, se tapó el recipiente con la tapa ranurada y se dejó
reposar la mezcla durante tres minutos.
6. Se puso nuevamente en movimiento el agitador y se mezcló durante dos
minutos más.
7. Se colocó el minicono sobre la placa de plástico.
8. Se detuvo el agitador. Se vertió la pasta con la ayuda de una espátula dentro
del Minicono. Se enrasó con la espátula y se eliminó el exceso de pasta en el
extremo superior y lateral del Minicono.
9. Se mantuvo en reposo el Minicono durante un minuto y se levantó
verticalmente con movimiento rápido dejando caer la pasta hasta que la
superficie interior del Minicono quedó completamente limpia.
10. Se dejó la pasta en reposo durante 24 h, y se midió su diámetro con un pie
de rey. Por cada pastilla (pasta endurecida) se midieron ocho diámetros y se
calculó el área. Con este dato se calculó el índice de plasticidad.
Todos los utensilios empleados se lavaron con agua corriente y se secaron
antes de usarse nuevamente2.
1 El ajuste de agua para los aditivos MEF se realizó en base a la determinación del
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
59
2.3.2.1 Ajuste de agua por sólidos solubles en bioproductos MEF
Con el valor de los sólidos solubles (S.S) obtenido mediante la observación por
refractometría, se calculó el volumen de agua ajustado para mantener una
relación (a/c) constante al utilizar los aditivos descritos anteriormente, según las
formulas siguientes:
Dónde:
%APC: Es el por ciento o dosis del aditivo en (g).
%S.S: Es el por ciento de sólidos solubles en el aditivo en observados en el
refractómetro.
X: Es la cantidad de (S.S) en el aditivo en (g).
Dónde:
AAA: Es el agua aportada por el aditivo.
Dónde:
CCE: Es la cantidad de cemento utilizado en el ensayo (g)
CA: Es la cantidad de agua según la relación (a/c).
Dónde:
AA: Es el agua ajustada.
2 Los utensilios utilizados para el pesaje y ajuste de agua de los aditivos se lavaron con
agua potable y agua destilada para garantizar una mayor confianza en los resultados obtenidos
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
60
2.3.2.2 Cálculos para la determinación del índice de plasticidad utilizando
el Minicono
Para medir el diámetro de la pastilla, calcular el área y el índice de plasticidad
se utilizó la NC 235: 2012 (NC235, 2012). Diámetro medio de la pastilla y área:
Se midió ocho veces el diámetro de la pastilla (con pie de rey) a diferentes
ángulos recorriendo toda su circunferencia. Se determinó el diámetro medio y
se calculó el área como la de un círculo.
Donde d: diámetro de cada medición
Cálculos para el índice de plasticidad
–
Dónde:
IP: es el índice de plasticidad
Ap: es el área de la pasta con aditivo
Ao: es el área de la pastilla sin aditivo
2.3.1.2 Dosificación y series de ensayos
Se hicieron tres réplicas por cada serie de ensayo (Tabla 2.3.1). En cada fecha
que se realizó un ensayo con aditivos también se montó la serie patrón.
El bioproducto MEF-19 (aditivo de referencia) fue utilizado en dosis de 2, 6 y
8% en peso del cemento.
El bioproducto MEF-32 se utilizó a la dosis de 2, 6 y 8 % en peso del cemento.
Tanto el MEF-32 a pH=7 como el MEF-32 a pH=12 se usaron en dosis del 2%
en peso del cemento.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
61
El ácido acético a concentraciones como se encuentra en el MEF (10-30) mg/
mL fue usado a las dosis de 2% en peso del cemento.
El ácido láctico a concentraciones como se encuentra en el MEF (30-90) mg/
mL a las dosis de 2% en peso del cemento.
El acetato de sodio fue usado en dosis al 2% en peso del cemento.
Las mezclas de los ácidos carboxílicos (Mezcla 1, Mezcla 2 y Mezcla 3), fueron
utilizadas en dosis de 2% en peso del cemento.
Para las series de los bioproductos MEF modificados en su proceso de
obtención (MEF tipo 1, MEF tipo 2, MEF tipo 3, MEF tipo 4, MEF tipo 5, MEF
tipo 6), se probaron a la dosis del 2 % en peso del cemento.
El superplastificante Dynamon SRC-20 (aditivo de referencia) fue empleado en
dosis de 0.25, 0.5, 0,75 y 1.0 %.
Tabla 2.3.1 Matriz experimental.
Series Plastificantes Réplicas
0. Patrón. 3 (por día)
1. MEF-19 (2%) 3
2. MEF-19 (6%) 3
3. MEF-19 (8%) 3
4. MEF-32 (2%) 3
5. MEF-32 (6%) 3
6. MEF-32 (8%) 3
7. MEF-32 a pH=7 (2%) 3
8. MEF-32 a pH=12 (2%) 3
9. ácido acético (2%) 3
10. ácido láctico (2%) 3
11. acetato de sodio (2%) 3
12. Mezcla 1 (2%) 3
13. Mezcla 2 (2%) 3
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
62
14. Mezcla 3 (2%) 3
15. MEF tipo 1 (2%) 3
16. MEF tipo 2 (2%) 3
17. MEF tipo 3 (2%) 3
18. MEF tipo 4 (2%) 3
19. MEF tipo 5 (2%) 3
20. MEF tipo 6 (2%) 3
21. Dynamon SRC-20 (0,25%) 3
22. Dynamon SRC-20 (0,50%) 3
23. Dynamon SRC-20 (0,75%) 3
24. Dynamon SRC-20 (1%) 3
2.4 Evaluación de la influencia del bioproducto MEF en la cinética de la
hidratación de las pastas de cemento (Calorimetría isotérmica)
Los ensayos reológicos de las pastas tienen la ventaja de ser rápidos, son
necesarios para conocer su comportamiento físico y marcan en la práctica el
aporte de los aditivos, pero brindan poca información sobre los procesos que
pueden ser responsables de esta fluidez. Para entender mejor su
comportamiento, fue necesario realizar el ensayo de Calorimetría Isotérmica y
así evaluar las modificaciones de la cinética en la hidratación del cemento
producida por la adición del bioproducto MEF-32 con y sin modificaciones en el
pH, los bioproductos MEF tipo 3 y MEF tipo 6, los ácidos carboxílicos (acético y
láctico), sus mezclas y el aditivo comercial Dynamon SRC 20.
El estudio se realizó en el laboratorio del CQA y con este se pudo identificar el
efecto de la adición de los aditivos antes mencionados en la cinética de la
hidratación del cemento P-35. Esta investigación se realizó a temperatura de
20 ± 2°C. La relación agua/cemento (a/c) se fijó igual a 0,45.
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
63
2.4.1 Equipos, utensilios y materiales
Equipos y Utensilios:
Calorímetro: Thermometric TAM AIR
Cronómetro
Balanza (+/-0,0001g)
Espátula
Agitador de laboratorio tipo Kika, con varilla agitadora de hélice
(impelente)(Igual que para el minicono).
Goteros desechables
Paños de secado
Materiales:
- Agua: Cumple con la (NC353-04, 2004).
- Cemento: P-35. Procedente de la fábrica de cemento Karl Marx en la
- provincia de Cienfuegos
- Aditivos:
MEF-32 a pH inicial
MEF-32 a pH=7
MEF-32 a pH=12
ácido láctico (100 mg/mL)
ácido acético (30 mg mL)
Mezcla 1
SRC 20
Procedimiento:
Se le aplicó el mismo protocolo de mezclado del ensayo del minicono descrito
en el acápite 2.3. Para el ensayo de calorimetría isotérmica se mezcla con el
agitador 100 g de cemento y 45 g de agua, para una relación a/c=0,45 (igual
que en el minicono). Se llenó el frasco con 10 g de mezcla que se colocó
dentro del calorímetro. Esto se realizó con los goteros desechables y puntas de
micro-pipeta para facilitar una mayor exactitud. Se pesó 4,341 g de agua para
usarla como referencia. El equipamiento estaba conectado a la computadora
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
64
con el propósito de monitorear el índice de generación de calor. Las muestras
se mantuvieron en el equipo durante 3 días.
2.4.2 Dosificación y series
La dosis empleada para el bioproductos MEF-32 y sus modificaciones en el pH
fueron al 2 %. Los ácidos carboxílicos (acético y láctico) y su mezcla (Mezcla 1)
fueron utilizados al 2 %. El aditivo SRC 20 fue utilizado 0,5 % con respecto al
peso del cemento.
Tambien se incluyeron los bioproductos MEF tipo 3 y MEF tipo 6, a la dosis de
2%.
Se tuvo en cuenta a todos los % empleados el agua aportada por cada aditivo
para mantener la (a/c) a 0,45. La dosificación se muestra en la Tabla 2.4.1.
Tabla 2.4.1 Dosificación de las muestras para el ensayo de calorimetría
Aditivo Cantidad de aditivo (g)
Cemento (g) Agua ajustada (g)
Patrón 0 100 45,000
MEF-32 a pH inicial (2%) 2 100 43,060
MEF-32 a pH=7 (2%) 2 100 43,060
MEF-32 a pH=12 (2%) 2 100 43,060
MEF tipo 3 (2%) 2 100 43,268
MEF tipo 6 (2%) 2 100 43,232
ácido acético (2%) 2 100 43,020
ácido láctico (2%) 2 100 43,092
Mezcla 1 (2%) 2 100 43,148
Dynamon SRC 20 (0,5%)
0,5 100 44,826
2.5 Determinación de la consistencia y tiempo de fraguado. Ensayo de la
de la Aguja de Vicat, procedimiento
Este ensayo se llevó a cabo para determinar la influencia del cambio del pH del
MEF-32 en la consistencia y tiempos de fraguado en el cemento hidráulico P-
35 mediante el ensayo de la aguja de Vicat. Este se realizó en los laboratorios
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
65
de la Empresa de Investigaciones Aplicadas de Villa Clara (ENIA VC), a una
temperatura de 22 ± 2°C.
2.5.1.1 Ensayo de la Aguja de Vicat. Procedimiento
La Norma (NC524, 2007) “Cemento hidráulico—Método de ensayo—
Determinación de la consistencia normal y tiempos de fraguado por Aguja
Vicat” establece un método para determinar la consistencia normal de los
cementos, que se basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la
penetración de la sonda de un aparato normalizado, llamado Aparato de Vicat.
Con el resultado obtenido del minicono se procedió a hallar la consistencia
normal en la pasta de cemento y a partir de este resultado se determinó el
tiempo de fraguado inicial y final mediante la aguja de Vicat y así se comprobó
si el MEF posee como característica ser un retardador o acelerador de
fraguado. Se cometieron dos réplicas por cada serie.
2.5.1.2 Determinación de la consistencia normal
Este método de ensayo se utilizó para definir la cantidad de agua requerida en
la preparación de la pasta de cemento hidráulico y poder determinar el tiempo
de fraguado.
Se consideró que la pasta obtuvo una consistencia normal, cuando la barra,
después de ser liberada, penetró en un punto (10 ± 1 mm) por debajo del nivel
original de la superficie en 30 s (NC524, 2007). Se realizaron varias pruebas
con diferentes pastas variando el porcentaje de agua hasta que se obtuvo la
consistencia normal.
La determinación de la consistencia normal del sistema cemento-agua-aditivo,
se realizo a la dosis del 2% del MEF-32 y sus modificaciones en el pH y 0.50
% para el aditivo comercial SRC 20 como patrón. Se determinó la cantidad de
agua necesaria para que la pasta alcance la consistencia normal.
Una vez conocido el volumen de agua necesario para alcanzar la consistencia
normal, se determinaron los tiempos de fraguado inicial y final. En el anexo 4,
se muestran los accesorios y el equipo aguja de Vicat utilizados).
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
66
2.5.1.3 Determinación del tiempo de fraguado
Las dosificaciones con las cuales se logró la Consistencia Normal, se utilizaron
para la determinación del tiempo de fraguado por la Aguja de Vicat a través de
procedimiento descrito en la (NC524, 2007).
2.5.1.4 Equipos, utensilios y materiales
Equipos y Utensilios:
Amasadora.
Aparato de Vicat
Espátulas
Balanza (CONTROLS)
Pesa de 1000 g ( para realizar la calibración de la balanza)
La amasadora cumple con los requisitos exigidos en la norma NC 524: 2007
(NC524, 2007).
Accesorios de la amasadora:
Paleta (Anexo 4).
Recipiente de amasado (Anexo 4).
El aparato Vicat tiene la posibilidad de ajustarle dos tipos de agujas diferentes
(una de 50 mm y otra de 1 mm) en dependencia del ensayo. Las características
del ensayo se encuentran abordadas en la NC 524: 2007 (NC524, 2007).
Materiales:
- Agua: Cumple con la NC 353-04: 2004 (NC353-04, 2004)
- Cemento: P-350. Procedente de la fábrica de cemento Karl Marx, de
Cienfuegos.
- Aditivos:
MEF-32 a pH=3,44
MEF-32 a pH=7
Capítulo II. Materiales y métodos empleados, para la determinación de las propiedades
reológicas de pastas de cemento P-35
67
Procedimiento:
El procedimiento seguido fue el de la norma NC 524: 2007 (NC524, 2007).
2.5.1.5 Dosificación y series
La dosificación para la muestra patrón fue:
- Cemento: 650 g
- Agua por tanteo (mL)
- MEF-32 con su pH inicial y sus modificaciones.
Para este ensayo se definieron siete series (Tabla 2.5.1).
Tabla 2.5.1 Series en el ensayo de la Aguja de Vicat.
Series Plastificantes Dosis de adición en
peso de cemento (%)
0. Patrón. 2
1. MEF-32 a pH inicial 2
2. MEF-32 a pH=7 2
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
68
Capítulo 3. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos
realizados a pastas de cemento P-35
En el presente capítulo se realizó el análisis de los resultados obtenidos
mediante la caracterización químico-física, así como los ensayos reológicos y
calorimétricos realizados en pastas de cemento P-35.
Este análisis se efectuó estableciendo comparaciones entre los resultados de
los parámetros que se determinaron en la caracterización y parámetros
reportados en la bibliografía especializada.
3.1 Caracterización del bioproducto MEF-32
3.1.1 Caracterización químico –física de los bioproductos MEF
En la Tabla 3.1 se muestran los resultados obtenidos, de la caracterización
químico-física realizada al bioproducto MEF-32 y a las referencias MEF-19, y al
aditivo comercial Dynamon SRC 20.
Al analizar el valor de la densidad del bioproducto MEF-32 se comprobó que
se encuentra en valores no alejados de las referencias. Además los valores
para los tres aditivos están cercanos a la densidad del agua. Al comparar los
resultados de los sólidos totales (ST), los valores para el MEF-32 y para la
referencia MEF-19, son inferiores con respecto al Dynamon SRC-20. Por lo
general los aditivos comerciales presentan valores de ST de (20-40) % (Alonso
et al., 2007, Ghorab et al., 2012).
En cuanto a los valores de pH obtenidos para el MEF-32, se observa que el
mismo está en la zona ácida de la escala del pH, lo cual concuerda con las
condiciones del proceso de fermentación para desarrollar este bioproducto.
Este valor es similar al obtenido para la referencia MEF-19. Según las normas
NC228-1: 2005 y CAA-056TC: 2004 (NC228-1, 2005, CAA-056TC, 2004)
exigen que los aditivos tienen que tener un pH 7, debido a que aditivos con
valores de pH por debajo de este punto, pueden afectar la pasividad de los
hormigones en dependencia de la dosis a utilizar. En la investigación realizada
por Yatim (2009) con productos obtenidos mediante la tecnología de
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
69
microorganismos eficientes (EM) y pH ácidos, al utilizar dosis mayores del
10%, se afectaba la pasividad del hormigón (Yatim et al., 2009).
Por otro lado, al analizar los valores de la conductividad eléctrica (C.E)
obtenidos para el MEF-32, se deduce que existe una elevada presencia de
electrolitos (sustancias iónicas en solución) en este (Palacios et al., 2003).
Comúnmente, los electrolitos existen como disoluciones de ácidos, bases o
sales. También las soluciones de electrolitos pueden resultar de la disolución
de algunos polímeros. Al comparar los valores C.E con respecto a las
referencias, se observa que estos están en la misma escala de los mS/cm,
para el caso del MEF-19 es conocido que presenta una composición química
con varios metales disueltos (Martirena et al., 2014) y los polímeros como el
Dynamon RSC-20 en disolución contienen múltiples centros cargados.
Es de señalar la diferencia establecida en el parámetro Sólidos Solubles (S.S)
del aditivo MEF-32 con respecto al Dynamon SRC 20.
Tabla 3.1: Caracterización químico-física.
Ensayo MEF-32 MEF-19 Dynamon SRC 20
Densidad picnométrica (g/cm3) 1,02 1,01 1,12
Sólidos totales S.T (%) 2,15 2,32 42,00
pH 3,44 3,40 6,21
Conductividad eléctrica C.E (mS/cm) 7,71 6,45 9,29
Sólidos totales disueltos T.D.S (g/L) 3,85 3,19 5,06
Sólidos solubles S.S (%) 2,40 3,20 30,20
3.1.2 Caracterización estructural
En la identificación de los grupos funcionales del bioproducto MEF-32, donde
se utilizó la técnica espectroscopía infrarroja transformada de Fourier (FTIR)
(Pérez Martinez and Ortiz del Toro, 2010), recomendada para este tipo de
investigaciones (Palacios et al., 2003) se corroboró que este bioproducto tiene
en su composición varios grupos funcionales. La determinación del espectro
infrarrojo de un aditivo es un requisito de la norma NC228-1:2005 (NC228-1,
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
70
2005) que presenta correspondencia con estándares internacionales (CAA-
056TC, 2004).
En la Figura 3.1.1 se muestra el espectro FTIR a este bioproducto. En este se
observan cinco tipos de bandas fundamentales. A continuación se describen
cada una de ellas:
1: Banda ancha e intensa con centro en 3390 cm-1, típica de la vibración de
valencia del grupo OH asociado por puentes de hidrógeno3.
2: Dos bandas en 2923 y 2881 cm-1, típicas de vibraciones anti-simétricas y
simétricas de valencia de los carbonos Sp3 unidos a hidrógenos en compuestos
orgánicos saturados.
3: Banda en 1733 cm-1, correspondiente a la vibración de valencia de grupos
carbonilos C=O.
4: Banda en 1610 cm-1, típica de la vibración de deformación N-H.
5: Bandas en 1230 y 1133 cm-1, correspondiente a vibraciones C-O.
Todas las bandas señaladas anteriormente están presentes en componentes
como los carbohidratos, ácido láctico y otros que se encuentran formando parte
del suero de leche y melaza que son materias primas para la elaboración del
MEF-32.
3 puede también quedar solapada la banda de valencia NH, dentro de la banda ancha e
intensa del OH.
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
71
Figura 3.1.1: Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier en el MEF-32.
3.2 Determinación del efecto del pH, concentración de sólidos solubles y
el contenido de ácidos carboxílicos del bioproducto MEF-32, en la
plasticidad y cinética de hidratación de pastas de cemento P-35
En la Figura 3.2, se observan los índice de plasticidad (IP) obtenidos a través
del ensayo del Minicono, para el bioproducto MEF-32 y las referencia MEF-19 y
el Dynamon SRC-20. Al analizar estos resultados se comprobó el efecto
plastificante de los productos MEF aunque inferior con respecto al aditivo
comercial, a pesar de que este último fue utilizado a una dosis menor (0.25 %).
Además, esta referencia fue usada a la dosis del 2 % en peso de cemento,
pero en este último caso con una dilución hasta alcanzar igual valor de S.S que
en el MEF-32. Esto demuestra la eficiencia que presenta el superplastificante,
debido a que este está formado por moléculas diseñadas para ejercer un
esparcimiento marcado en las mezclas de cemento.
Por otro lado, al comparar los resultados del IP entre el MEF-32 y el MEF-19,
se observa que en el caso del MEF-32 los resultados fueron menores (Figura
3.2.1) en todas las dosis empleadas, y se mantuvo la tendencia de trabajos
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
72
similares realizados con el MEF-19, donde a medida que se incrementó la
dosis aumentó el IP (Peña León, 2013, Cabrera Pérez, 2013, Brizuela, 2013).
Estos resultados fueron corroborados con la utilización de un análisis de
varianza multifactorial, donde se seleccionó como variable dependiente IP (%)
y como factores: aditivos (MEF-32 y MEF-19), dosis (2 %, 6 % y 8 %) y réplicas
(3) el cual se muestra en la tabla de la ANOVA (Anexo 5). Como resultado de
este estudio se determinó que tanto el tipo de aditivo (Figura 3.2.2), como las
dosis utilizadas (Figura 3.2.3), tienen una influencia estadísticamente
significativa sobre el I.P % con un 95.0 % de nivel de confianza, porque los
valores-P son menores que 0.05.
Figura 3.2.1: Efecto de plasticidad en las pastas de cemento P-35 por la adición del los aditivos (MEF-32, MEF-19 y SRC 20 normal y diluido).
Figura 3.2.2: Comparación entre los aditivos MEF-32 (1) y MEF-19 (2).
9.06
40.76
75.26
25.57
73.40 82.60
252.65
150.81
0
50
100
150
200
250
300
0.25 2 6 8
IP %
Dosis de aditivo (%)
MEF-32
MEF-19
Patrón SRC-20
Patrón SRC-20 diluido
1 2
Means and 95.0 Percent LSD Intervals
Aditivo
34
44
54
64
74
I_P
%
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
73
Figura 3.2.3: Análisis de la influencia de la dosis de los bioproductos MEF-32 y MEF-
19) sobre el IP.
3.2.1 Efecto del pH
Se comprobó que el aumento del pH del MEF-32, influye en sus propiedades
como plastificante. Esto se realizó porque este bioproducto no cumple con el
requisito establecido por la norma NC 228-1:2005 (NC228-1, 2005), ya que su
pH es de 3.44. Para ello se estudio el efecto plastificante del producto MEF-32,
con un MEF-32 a pH=7 y otro MEF-32 a pH=12. En la Tabla 3.2 se muestran
algunas características químico-físicas determinadas a estos productos
modificados.
Tabla 3.2: Características químico-física del MEF-32 y modificaciones en el pH.
Parámetros MEF-32 pH=3.44
MEF-32 pH=7
MEF-32 pH=12
Conductividad eléctrica C.E (mS/cm) 7,71 14,89 18,17
Sólidos totales disueltos T.D.S (g/L) 3,85 7,45 9,10
Sólidos solubles S.S (%) 2,4 2,6 2,8
Como se aprecia en la Tabla 3.2, al aumentar el pH en el MEF-32, aumenta la
conductividad eléctrica y sólidos totales disueltos, en los bioproductos
modificados, aumentando así el número de electrolitos disueltos en estos. Sin
embargo, los resultados de los sólidos solubles (por refractometría) son
similares para los tres bioproductos.
2 6 8
Means and 95.0 Percent LSD Intervals
Dosis
0
20
40
60
80
100I_
P %
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
74
En la Figura 3.2.4 se observa que en el MEF-32 a pH=3.44 y MEF-32 a pH=7,
los IP aumentan con el aumento de la dosis de aditivo, no así en el caso del
MEF-32 a pH=12, el cual a las dosis de 6 y 8 % en peso de cemento, el IP
disminuyó en relación con el MEF-32 a pH=3.44. Por esto se selecciona desde
el punto de vista de IP al MEF-32 con pH=7 como el de mejor resultado ya que
en todas las dosis ensayadas existió un incremento de 4.55 %, 1.46 % y 13.24
% respectivamente con respecto al MEF-32 pH=3.44, aunque el aumento
logrado, está lejos de los valores que se alcanzan con el superplastificante
Dynamon SRC-20. Este producto modificado permite el cumplimiento con uno
de los requisitos establecidos en la norma NC 228-1:2005 (NC228-1, 2005), lo
cual era uno de nuestros objetivo antes propuesto.
Figura 3.2.4: Efecto de plasticidad en las pastas de cemento P-35 por la adición de los aditivos (MEF-32 y sus modificaciones en el pH).
Todo este estudio fue verificado a través del análisis de varianza multifactorial,
donde se seleccionó como variable dependiente IP (%) y como factores:
aditivos (MEF-32 pH=3.44, MEF-32 pH=7 y MEF-32 pH=12), dosis (2 %, 6 % y
8 %) y réplicas (3). Como se observa en la tabla de la ANOVA (Anexo 6), tanto
el aditivo como la dosis, tuvieron una significación a considerar, porque los
valores-P fueron menores que 0.05. Estos factores tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre IP (%) con un 95.0 (%) de nivel de
confianza. En el análisis de las interacciones (Anexo 6), se obtuvo que la
interacción entre los factores aditivo-dosis, fue estadísticamente significativa
9.06
40.76
75.26
13.61
42.22
88.50
17.91 38.82
58.10
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
2 6 8
IP %
Dosis de aditivo (%)
MEF-32 pH=3.44
MEF-32 pH=7
MEF-32 pH=12
SRC-20
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
75
porque el valor P fue menor que 0.05 y en el gráfico de estas interacciones
(Figura 3.2.5) se puede corrobora este resultado. Esto es indicativo de la
influencia del pH en las propiedades plastificantes del bioproducto MEF-32, con
esta modificación puede emplearse a dosis menores en peso de cemento con
mayor efecto plastificante.
Figura 3.2.5: Tabla interacciones aditivo-dosis en el bioproducto MEF-32 con modificaciones del pH. MEF-32 pH=3.44 (1), MEF-32 pH=7 (3), MEF-32 pH=12 (4).
3.2.2 Efecto de los sólidos solubles
Se comprobó la influencia del contenido de sólidos solubles del bioproducto
sobre el IP. Los productos MEF fabricados a escala de laboratorio, donde se
variaron las condiciones en el proceso de producción de cada uno de ellos con
aumento del contenido de materias primas (MP) iniciales condicionaron los
resultados del IP. En la Tabla 3.3, se muestran sus características químico-
físicas determinadas.
Tabla 3.3: Características químico-física de los bioproductos con modificaciones en el proceso de producción.
MEF Tipo Descripción pH C.E (mS/cm) T.D.S (g/L) S.S (%)
1 Fermentación 1 3,4 8,86 4,42 3,0
2 Doble concentración MP
Fermentación1 3,6 13,73 6,84 6,2
3 Cuádruple concentración MP
Fermentación1 3,5 20,83 10,37 17,0
4 Fermentación 1 s/ madre sólida 3,4 6,32 3,16 3,8
5 Doble concentración MP
Fermentación 1 s/ madre sólida 3,5 10,39 5,16 6,4
Interacciones y 95.0% de Fisher LSD
C.Aditivo
0
20
40
60
80
100
C.I
_P
%
1 3 4
C.dosis
2
6
8
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
76
6 Cuádruple concentración MP
Fermentación 1 s/ madre sólida 3,5 16,55 8,18 14,0
Como se aprecia, a mayor concentración de las MP, se obtienen mayores % de
S.S, donde los mayores los presentó el bioproducto MEF tipo 3 con un 17 % de
S.S. Esto se debe a un incremento de la concentración de cuatro veces las MP
utilizadas en la fermentación primaria. También el MEF tipo 6 presentó un
elevado por ciento de S.S con 14 %, debido a que fue elaborado de forma
similar que el MEF tipo 3, pero sin MP. Con respecto al resto de las
propiedades determinadas (C.E y TDS) en los MEF tipo-3 y tipo -6 son los que
presentan mayores valores, todo esto al parecer está relacionado con el
aumento de MP.
Al realizar el ensayo del minicono con estos bioproductos a la dosis de 2 % en
peso de cemento, los resultados obtenidos fueron alentadores en cuanto al
incremento del IP (Figura 3.2.6).
Figura 3.2.6: Comparación del efecto provocado por los diferentes bioproductos MEF sobre el IP.
Como se observa en la Figura 3.2.6, los mayores IP fueron obtenidos por los
bioproductos MEF tipo 3 y MEF tipo 6, con respecto al patrón MEF-32 con un
incremento de 121.93 % y 99.35 % respectivamente. Esto justifica la teoría que
en los bioproductos MEF, a medida que se concentre más el producto se
obtendrán mayores IP.
5.09 22.76
6.66
130.99
4.84
6.24
9.54
108.41
9.06
150.81
0
50
100
150
200
250
300
0,25 2,0
IP %
Dosis de aditivo (% )
MEF tipo-1
MEF tipo-2
MEF tipo-3
MEF tipo-4
MEF tipo-5
MEF tipo-6
MEF-32
Patrón SRC-20 diluido
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
77
También se realizó un análisis de varianza multifactorial, donde se seleccionó
como variable dependiente IP (%) y como factores: aditivos (MEF-32, MEF tipo
1, MEF tipo 2, MEF tipo 3, MEF tipo 4, MEF tipo 5 y MEF tipo 6) y réplicas (3).
Como se observa en la tabla de la ANOVA (Anexo 7), el aditivo tiene una
significación a considerar, porque el valores-P es menor que 0.05, este factor
tienen un efecto estadísticamente significativo sobre I.P (%) con un 95.0 % de
nivel de confianza.
3.2.3 Efecto del contenido de ácidos carboxílicos (láctico y acético)
En la Figura 3.2.7, se observan los resultados obtenidos en los IP con los
ácidos láctico, acético y sus mezclas a las concentraciones posibles en la que
estos se pueden encontrar en los bioproductos MEF, según los valores
reflejados en los informes de calidad de estos.
A través de este estudio se determinó que el ácido acético es uno de los
responsables del IP ocasionado por los bioproductos MEF, debido a que su
adición en las pastas de cemento en las concentraciones establecidas (10-30)
mg/mL incrementó el IP, no así con el ácido láctico a ninguna de las
concentraciones ensayadas. Además se obtuvo que a menor concentración de
ácido acético mayor fue el IP, incluso mayor que el MEF-32 utilizado como
referencia. Sin embargo, en el caso de las mezclas ensayadas la mezcla 1 fue
la que modificó IP de las pastas de cemento, que es donde el ácido láctico está
a mayor concentración y el acético a menor concentración, pero este resultado
es menor que el MEF-32.
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
78
Figura 3.2.7: Efecto de los ácidos carboxílicos (ácido láctico HLac y ácido acético HAc) y sus mezclas en el IP de las pasta de cemento.
En la Figura 3.2.8, se observa los resultados obtenidos en los IP, al añadir la
sal acetato de sodio a la dosis 2 % en peso del cemento, en concentraciones
de 40.4 mg/ml y 80.8 mg/ml. Este estudio se basó en la idea de que es
probable que al interactuar el MEF con la pasta de cemento, esta sea una de
las sales que se forma en esta interacción. Se obtuvo como resultado que
estas disoluciones presentan IP al interactuar con la matriz cementicia, donde a
la concentración menor, se obtuvo mayor IP y este resultado es mayor que el
IP del MEF-32.
Figura 3.2.8: Efecto del acetato de sodio sobre el IP de pastas de cemento P-35.
9.99 4.09 9.06
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
2
IP %
Dosis de aditivo (%)
acetato de sodio 40.4 mg/ml
acetato de sodio 80.8 mg/ml
MEF-32
SRC-20
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
79
3.3 Cinética de hidratación del cemento (Calorimetría isotérmica)
Durante la hidratación del cemento se producen reacciones exotérmicas. El
calor de hidratación es un aspecto fundamental que influye en el fraguado y en
el comportamiento característico de los cementos Portland. El ensayo de
calorimetría isotérmica, permitió observar las modificaciones que introdujo las
adiciones de los diferentes productos tratados, a las dosis de 2 % en peso de
cemento y para la referencia SRC-20 a la dosis de 0.5 %.
La Figura 3.3.1 y Figura 3.3.1a, se muestran la cinética de hidratación del
cemento P-35 con los productos descritos en el acápite 2.1
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
80
Figura 3.3.1: Cinética de hidratación de cemento P-35, utilizando los productos descritos en el acápite 2.1 como aditivos
Figura 3.3.1a: Ampliación a mayor
escala de la figura 3.3.1
Se realizó un análisis por separado en función de las modificaciones del
bioproducto MEF (pH, MP), ácidos carboxílicos y sus mezclas, para ganar en
claridad y poder determinar cómo influyen estos productos sobre el cemento P-
35.
Tal es el caso de la Figura 3.3.2, en donde se analizó el comportamiento de la
cinética de hidratación del cemento al añadir el bioproducto MEF-32 y sus
modificaciones en el pH. Al analizar la figura 3.3.2a con aumento de la escala
en la zona de interacción del aditivo-CSH (Silicatos hidratados), se apreció
como se desplazan las curvas de los bioproductos hacia la derecha con
respecto al tiempo, lo que indica un efecto de retardo con respecto a la curva
sin aditivo. Es de señalar que cuando se emplea el MEF-32 a pH=3.44 (ácido)
se obtienen curvas con menor calor de hidratación en comparación con la
pasta de cemento sin aditivos, mientras que tanto el MEF-32 a pH=12 como el
MEF-32 a pH=7 presentaron curvas con mayor calor de hidratación que la
pasta de cemento sin aditivo, notándose el mayor calor de hidratación en el
bioproducto MEF-32 a pH=7. También se observó que los cambios de pH
tienen mayor influencia sobre los silicatos que en los aluminatos.
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
81
Figura 3.3.2: Cinética de hidratación de cemento P-35, utilizando el bioproducto MEF-32 y sus modificaciones en el pH como aditivo.
Figura 3.3.2a: Ampliación a mayor escala de la Figura 3.3.2.
Al observar la Figura 3.3.3a, se analizó que tanto las curvas de los
bioproductos modificados en el proceso de producción (MEF tipo 3 y MEF tipo
6) como la del MEF-32, tiene un desplazamiento en el tiempo hacia la derecha
con respecto a la pasta de cemento sin aditivo, lo que infiere un retardo en el
fraguado. También se observó tanto el MEF tipo 3 como el MEF tipo 6
aumentan el calor de hidratación, notándose más este efecto en el bioproducto
MEF tipo 3.
Tanto aumentar el pH como las MP en los bioproductos MEF aumentan el calor
de hidratación con efecto sobre la fase CSH y un desplazamiento en el tiempo
a la derecha de la pasta de cemento sin aditivo, lo que indica un retardo del
fraguado.
Figura 3.3.3: Cinética de hidratación de cemento P-35, utilizando el bioproducto MEF-32 y sus modificaciones en la proceso de producción como aditivo.
Figura 3.3.3a: Ampliación a mayor escala de la Figura 3.3.3.
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
82
El estudio de los ácidos carboxílicos (acético y láctico) y la mezcla de estos
(Mezcla-1) a como se encuentran en el bioproducto MEF-32 en la cinética de
hidratación (Figura 3.3.4a), demostró que tiene un desplazamiento en el tiempo
hacia la derecha con respecto a la pasta de cemento sin aditivo, lo que infiere
un retardo en el fraguado. También se observó que tanto los ácidos
carboxílicos como su mezcla disminuyen el calor de hidratación. Es de señalar
que tienen mayor influencia sobre la fase aluminatos que en los silicatos.
Figura 3.3.4: Cinética de hidratación de cemento P-35, utilizando ácidos carboxílicos (acético y láctico) y la mezcla de estos (Mezcla 1) como aditivo.
Figura 3.3.4a: Ampliación a mayor escala de la Figura 3.3.4.
En la figura 3.3.5 se observa las curvas correspondiente al acumulado en
pastas de cemento P-35, utilizando los productos descritos en el acápite 2.1
como aditivos. Como resultado se puede observar como todas la curvas
presentan el mismo comportamiento, donde a partir de las 20 h, aumentó los
valores de esta variable.
Figura 3.3.5: Curvas correspondiente al calor acumulado en pastas de cemento P-35,
utilizando los productos descritos en el acápite 2.1 como aditivos
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
83
3.4 Caracterización de propiedades reológicas
3.4.1 Ensayo de consistencia normal y tiempos de fraguado
3.4.1.1 Consistencia normal
Según la NC 524: 2007, (NC524, 2007), para determinar el tiempo de fraguado
es necesario previamente lograr la consistencia normal de las pastas (se refiere
a la determinación de la cantidad de agua requerida para preparar la pasta de
cemento hidráulico; Aguja de Vicat). Los datos relativos al contenido de agua
para lograr esta consistencia con la adición de los bioproductos MEF-32 y
modificaciones en el pH, aparecen en la Figura 3.4.1. Como se observa la
adición del bioproducto MEF a la dosis del 2 % en peso de cemento, permite
obtener una consistencia normal con un menor porciento de agua de amasado,
que la pasta obtenida sin plastificante. Además la modificación en el pH del
bioproducto MEF-32 no afectó esta consistencia normal.
Figura 3.4.1: Efecto del bioproducto MEF-32 y sus modificaciones en el pH sobre la consistencia normal en pastas de cemento P-35.
3.4.1.2 Tiempo de fraguado
En la Figura 3.4.2 se muestra que el incremento del pH en el bioproducto MEF
no afectó los tiempos de fraguado de pastas de cemento P-35 a la dosis de 2
% en peso de cemento.
24.15
22.31 22.31 22.31
21.00
21.50
22.00
22.50
23.00
23.50
24.00
24.50
Sin aditivo MEF-32 pH inicial MEF-32 pH = 7 MEF-32 pH = 12
Agu
a p
ara
con
sist
en
cia
no
rmal
(%
)
Aditivo y dosis (%)
% Agua en la mezcla
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
84
Figura 3.4.2: Tiempos de fraguado del MEF-32 y sus modificaciones en el pH sobre las pastas de cemento P-35
3.5 Conclusiones parciales del capítulo
1. Se demostró que el bioproducto MEF-32 presenta una elevada complejidad
química, a través de los ensayos químico-físicos realizados y la
determinación de grupos funcionales.
2. Se caracterizaron desde el punto de vista químico-físicos, los productos
modificados en cuanto a pH y a la concentración de S.S, mostrándose
diferencias entre ellos.
3. Se comprobó que el bioproducto MEF-32 a pH 7 aumentó el IP de las pastas
de cemento P-35 a las dosis utilizadas con respecto al MEF-32 inicial.
4. Los bioproductos MEF tipo-3 y MEF tipo-6, obtenidos por modificaciones en
el proceso de producción, presentaron elevados IP con respecto al MEF-32 a
la dosis de 2 %, por tener mayor contenido de S.S.
5. El ácido acético presentó IP a las concentraciones ensayadas a la dosis de 2
% y el IP aumentó, con la disminución de la concentración de este. También
se determinó que la sal acetato de sodio presentó influencia sobre la
plasticidad de las pastas, al igual que la mezcla de ácido láctico y acético
tipo 1 (mezcla 1).
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Sin aditivo MEF-32 pH inicial MEF-32 pH = 7
Tie
mp
o (
h)
Aditivo
Tiempo inicial de fraguado (h)
Tiempo final de fraguado (h)
Capítulo III. Análisis y discusión de los resultados de los ensayos realizados a pastas
de cemento P-35
85
6. La calorimetría isotérmica demostró que los bioproductos MEF ensayados
tuvieron efecto en la cinética de hidratación sobre el cemento en las fases de
los CSH y aluminatos. Igualmente se evidenció el efecto del retardo del
fraguado.
7. El bioproducto MEF modificado (incremento del pH) no afectó las
propiedades reológicas de consistencia normal y tiempos de fraguados en
las pastas de cemento P-35.
Conclusiones Generales
86
Conclusiones Generales
1. A través de la caracterización parcial que incluyó parámetros tales como:
densidad picnométrica, pH, conductividad eléctrica, sólidos totales disueltos,
sólidos totales, sólidos solubles y la identificación de grupos funcionales, se
comprobó que el bioproducto MEF-32 presenta una elevada complejidad
química.
2. Se comprobó que el pH y la concentración de S.S en el bioproducto MEF-32,
tuvieron influencia en la plasticidad de las pastas de cemento P-35. El
incremento del pH modificó las características químico-físicas del MEF-32 y
provocó un aumento en el IP. De igual forma, un aumento de la
concentración de S.S a través de la modificar el contenido de MP en el
proceso fermentativo condujo a un incremento en el IP.
3. El papel de los ácidos carboxílicos (acético y láctico) en el efecto
plastificante del bioproducto MEF-32 se comprobó a través de los ensayos
realizados.
4. La calorimetría isotérmica demostró que los bioproductos MEF ensayados
tuvieron efecto en la cinética de hidratación sobre el cemento en las fases de
los CSH y aluminatos. Igualmente se evidenció el efecto del retardo del
fraguado.
5. El bioproducto MEF modificado (incrementó del pH) no afectó las
propiedades reológicas de consistencia normal y tiempos de fraguados en
las pastas de cemento P-35.
Recomendaciones
87
Recomendaciones
1. Continuar la caracterización química de estos bioproductos con otras
técnicas como: Plasma Inductivamente acoplado (ICP), Espectroscopía
de absorción atómica (EAA, métodos Cromatográficos y Espectroscopia
de UV/visible y Espectroscopia de Resonancia magnética nuclear
(RMN).
2. Profundizar en el estudio del efecto de los ácidos carboxílicos y sus
sales en la plasticidad de pastas de cemento P-35.
3. Realizar otros ensayos sobre propiedades reológicas y físicas de pastas
elaboradas con bioproducto MEF modificado (pH, contenido de S.S)
Bibliografía
88
Bibliografía
Enciclopedia broto de patologías de la consstrucción.
2014. Algunos usos básicos de la tecnología EM [Online]. Copyright © 2014
Casita Verde - All rights reserved. Available:
http://www.casitaverde.com/effective-micro-organisms.php?lan=es
[Accessed 6 de Junio 2014].
ABREU RODRÍGUEZ, M. 2011. Análisis del Micro-ben como aditivo
plastificante para los Hormigones Autocompactables. Trabajo de
Diploma, Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.
ALONSO, M. M., PALACIOS, M., PUERTAS, F., DE LA TORRE, A. G. &
ARANDA, M. A. G. 2007. Influencia de la estructura de aditivos basados
en policarboxilato sobre el comportamiento reológico de pastas de
cemento. Mater. Construcc., 57, 65-81.
ALONSO, S. & PALOMO, A. 2001. Calorimetric study of alkaline activation of
calcium hydroxide±metakaolin solid mixtures. Cement and Concrete
Research.
ALUJAS DÍAZ, A. 2010. Obtención de un material puzolánico de alta
reactividad a partir de la activación térmica de una fracción arcillosa
multicomponente. Doctor en Ciencias Técnicas, Universidad central
“marta abreu” de las villas.
ASTM-C-494 1992. ASTM C494/C494M-08a. Especificación Normalizada de
Aditivos Químicos para Concreto.
BANFILL, P. F. G. 2006. Rheology of fresh cement and concrete. The British
Society of Rheology.
BETANCOURT RODRÍGUEZ, S. 2009a. Aditivos para mezclas de hormigón
hidráulico. Aditivos. Santa Clara: Formato Electrónico.
BETANCOURT RODRÍGUEZ, S. 2009b. Cementos puzolánicos Puzolanas.
Santa Clara.
BETANCOURT RODRÍGUEZ, S. 2009c. Composición mineral del cemento
Pórtland. Fases del CPO. Santa Clara: Formato Electrónico.
Bibliografía
89
BETANCOURT RODRÍGUEZ, S. 2009d. Fraguado y endurecimiento del
cemento Pórtland. Fraguado CPO.
BLAß, E. 1972. Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Von
H. Brauer. Aus der Reihe „Grundlagen der Chemischen Technik,
Verfahrenstechnik der chemischen und verwandten Industrien,”
herausgeg. von H. Mohler, O. Fuchs, H. Kraussold u. K. Dialer, Verlag
Sauerländer, Aarau u. Frankfurt/M. 1971. 1. Aufl., 955 S., 520 Abb., DM
98, –. Chemie Ingenieur Technik, 44, 598-598.
BORRALLERAS MAS, P. Criterios de selección del aditivo superplastificante en
HAC. 3º Congreso Iberoamericano sobre hormigón autocompactante
Avances y oportunidades., 2012 Madrid. Marketing Manager Iberia,
BASF Construction Chemicals España.
BRIZUELA, J. A. 2013. Determinación del efecto plastificante de bioproductos
MEF en pastas. Universidad central “marta abreu” de las villas.
CAA-056TC 2004. CAA-056TC: Guidelines for establishing the suitability of
special purpose concrete admixtures.
CABRERA PÉREZ, M. 2013. Influencia de bioproductos MEF sobre
propiedades físicas y reológicas de pastas de cemento. Trabajo de
Diploma, Universidad central “Marta Abreu” de Las Villas.
CIVIL, I. 2014. Aditivos – Aspectos generales [Online]. Copyright © 2009
Ingenieria Civil. Blogger Templates created by Deluxe Templates. Based
on Woothemes. Available:
http://ingecivilcusco.blogspot.com/2009/07/aditivos-aspectos-
generales.html [Accessed 6 junio 2014].
COLLEPARDI, M. Chemical admixtures today. Proceedings of Second
International Symposium on Concrete Tecnology for Sustainable
February-Development with EmpHasis on Infrastructure, 2005. 527-541.
CONSTANTINO, E. 2010. Materiales de construcción. In: CONSTRUCCIÓN, P.
D. (ed.).
Bibliografía
90
COUSSOT, P. 1994. Steady, Laminar, Flow Of Concentrated Mud Suspensions
In Open Channel. Journal of Hydraulic Research, 32, 535-559.
CHIRUCHI, J. A., ZOBOLI, J. G., USHER, S. & SERRENTINO, C. 1996.
Manual de procedimientos analiticos para aguas y efluentes.: Dirección
Nacional de Medio Ambiente.
DRANSFIELD, J. 2013. Admixture Sheet ATS-1. Normal plasticising/Water
reducing
E-701, A. C. 2013. Chemical Admixtures for Concrete. In: E4-12, A. E. B. (ed.).
Farmington Hills, USA: American Concrete Institute®.
EHE–08 2008. EHE – 08. Instrucción de Hormigón Estructural
EMOTO, T. & BIER, T. A. 2007. Rheological behavior as influenced by
plasticizers and hydration kinetics. Cement and Concrete Research.
EN 2008. BS EN 934.Admixtures for concrete, mortar and grout.
ENCICLOPEDIA ENCICLOPEDIA BROTO DE PATOLOGÍAS DE LA
CONSTRUCCIÓN.
FLATT, R. J., ROUSSEL, N. & R. CHEESEMAN, C. 2012. An eco material that
needs to be improved. Journal of the European Ceramic Society.
FUENTES AGUILAR, R. 2008. RE: Reologia de suspensiones solido- liquido
(barros) algunos aspectos teoricos y experimentales antiguos y
recientes.
FUNG, W. W. S. & KWAN, A. K. H. 2010. Role of water film thickness in
rheology of CSF mortar. Cement and Concrete Composites, 32, 255-
264.
GHORAB, H. Y., KENAWI, I. M. & ABDEL ALL, Z. G. 2012. Interacción entre
cementos de diferente composición y aditivos superplastificantes. Mater.
Construcc., 62, 359-380.
GLOSH, P. & MANDAL, S. 2006. Development of bioconcrete material using an
enrichment culture of novel thermophilic anaerobic bacteria. Indian
Journal of Experimental Biology, 44, 336-339.
Bibliografía
91
GÓMEZ MARGOLLES, D. 2010. Uso de plastificantes a partir de
microorganismos eficientes en hormigones. UNIVERSIDAD CENTRAL
“MARTA ABREU” DE LAS VILLAS.
GROUP, T. F. 2012. World Cement & Concrete Additives. Freedonia.
HERMIDA, G. 2012. Aditivos para Concreto una visión actual. Sika
Informaciones Técnicas.
HIGA, T. & PARR, J. F. 1994. Beneficial and effective microorganisms for a
sustainable agriculture and environment.
HIGA, T., SATO, N., SHOYA, M. & SUGITA, S. Some properties of concrete
mixed with effective microorganisms and the on-site investigation of
structures. 28th Conference on OUR WORLD IN CONCRETE &
STRUCTURES, 2003 Singapore.
ISMAIL, N. & MOHD.SAMAN, H. Microstructure Examination and Strength
Characteristics of Effective Microbed Cement. International Conference
on Biological, Civil and Environmental Engineering (BCEE-2014), 2014
Dubai.
JIMÉNEZ, M. P., GARCÍA, M. A. & MORÁN, C. F. 1987. Tomo I. Hormigón
Armado Barcelona, Editorial Gustavo Gili S.A.
JONKERS, H. M. Self-healing concrete: a biological approach. Self Healing
Materials. An Alternative Approach to 20 Centuries 195 of Materials
Science, , 2007. Springer, 195–204.
JONKERS, H. M. & SCHLANGEN, E. 2009. Towards a sustainable bacterially-
mediated self healing concrete
JONKERS, H. M., THIJSSEN, A., MUYZER, G., COPUROGLU, O. &
SCHLANGEN, E. 2010. Application of bacteria as self-healing agent for
the development of sustainable concrete. Ecological Engineering 36
230–235.
KRUYT, N. P. & VERËL, W. J. T. 1992. Experimental and theoretical study of
rapid flows of cohesionless granular materials down inclined chutes.
Powder Technology, 73, 109-115.
Bibliografía
92
LEEMANN, A., LOTHENBACH, B. & THALMANN, C. 2011. Influence of
superplasticizers on pore solution composition and on expansion of
concrete due to alkali-silica reaction. Construction and Building Materials,
25, 344-350.
MAPEI Dynamón SRC 20. In: MAPEI (ed.).
MARTIRENA, F., RODRIGUEZ-RODRIGUEZ, Y., CALLICO, A., GONZALEZ,
R., DIAZ , Y., BRACHO, G., ALUJAS, A., GUERRA DE LEON , J. O. &
ALVARADO-CAPÓ, Y. 2014. Microorganism-based bioplasticizer for
cementitious materials. Construction and Building Materials, 60, 91–97.
MINETTI, C. 2008. Guía Práctica: Hormigón Elaborado. Hormigones Minetti.
MITHRA, M., RAMANATHAN, P., MUTHUPRIYA, P. & VENKATASUBRAMANI,
R. 2012. Flexural Behavior of Reinforced Self Compacting Concrete
Containing GGBFS. International Journal of Engineering and Innovative
Technology (IJEIT), 1, 124-129.
MORA LÓPEZ, A. E. 2012. Evaluación del “IHplus” como bioplastificante en la
producción de pastas y morteros. UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA
ABREU” DE LAS VILLAS.
NC95 2001. NC95:Cemento portland — especificaciones. La Habana. Cuba:
Oficina nacional de normalización (NC).
NC120 2007. NC 120:2007. Hormigon hidráulico — especificaciones. La
Habana. Cuba: Oficina nacional de normalización (NC).
NC228-1 2005. NC 228-1:2005 Aditivos para hormigones, morteros y pastas —
parte 1: Aditivos para hormigón — requisitos.
NC235 2012. NC 235: Pastas de cemento—determinación de la plasticidad y
su variación en el tiempo por el método del minicono. La Habana. Cuba:
Oficina nacional de normalización (NC).
NC271-1 2003. NC271-1: Aditivos quimicos para pastas, morteros y
hormigones metodos de ensayo. Parte 1: Determinacion de solidos
totales. La Habana. Cuba: Oficina nacional de normalización (NC).
Bibliografía
93
NC271-2 2003. NC271-2: Aditivos químicos para pastas, morteros y
hormigones. Métodos de ensayos. Parte 2: Determinación de la
densidad. La Habana. Cuba: Oficina nacional de normalización (NC).
NC271-4 2003. NC271-4: Aditivos químicos para pastas, morteros y
hormigones. Parte 4: Determinación de pH. La Habana. Cuba: Oficina
nacional de normalización (NC).
NC353-04 2004. Aguas para el amasado y curado del hormigón y los
morteros—Especificaciones. La Habana. Cuba: Oficina nacional de
normalización (NC).
NC524 2007. NC524: Cemento hidraulico-Método de ensayo-Determinación de
la consistencia normal y tiempos de fraguado por aguja Vicat. La
Habana. Cuba: Oficina nacional de normalización (NC).
PACHECO-TORGAL, F. & LABRINCHA, J. 2013. Bio inspired materials and
biotechnologies for the construction industry: a review. . Int J Sust Eng.
PALACIOS, M., SIERRRA, C. & PUERTAS, F. 2003. Métodos y técnicas de
caraterización de aditivos para el hormigón. Materiales de Construcción,
53, 89-105.
PEÑA LEÓN, D. 2013. Propiedades reológicas de morteros y hormigones
hidráulicos empleando aditivos bioplastificantes mef producidos en
cuba., UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS.
PÉREZ MARTINEZ , C. & ORTIZ DEL TORO, P. 2010. Espectroscopia.
Introduccion/UV-Visible/IR-Raman/Masas, La Habana, Editorial Felix
Varela.
PUNGOR, E. & HORVAI, G. 1994. A Practical Guide to Instrumental Analysis,
CRC Press.
RAMACHANDRAN, S., RAMAKRISHNAN, V. & BANG, S. S. 2001.
Remediation of concrete using microorganism. ACI Material Journal.
RENNÉ. 2012. Hormigón autocompactable [Online]. El Rincón del Vago.
Available: http://html.rincondelvago.com/hormigon-autocompactable.html
[Accessed 6 de Junio 2014].
Bibliografía
94
ROUSSEL, N. 2006. Correlation between Yield Stress and Slump: Comparison
between Numerical Simulations and Concrete Rheometers Results.
Materials and Structures, 39, 501-509.
ROUSSEL, N. & COUSSOT, P. 2005. Fifty-cent rheometer” for yield stress
measurements: From slump to spreading flow. J. Rheol. , 49, 705-718.
SANDBERG, P. & L. R. , R. 2003. Studies of Cement-Admixture Interactions
Related to Aluminate Hydration Control by Isothermal Calorimetry.
American Concrete Institute. International Concrete Abstracts Portal,
217, 529-542.
SILVERSTEIN RM, WEBSTER FX & DJ., K. 2005. Spectrometric Identification
of Organic Compounds.
SIONG ANDREW, T. C., SYAHRIZAL, I. I. & JAMALUDDIN, M. Y. 2013.
Effective Microorganisms for Concrete (EMC) Admixture – Its Effects to
the Mechanical Properties of Concrete. Caspian Journal of Applied
Sciences Research, 2(AICCE'12 & GIZ' 12), 150-157.
SORIA, F. 1972. Estudio de materiales IV.-Conglomerados Hidráulicos.
STRAßE, A. F. 2008. Wirkung von Fließmitteln in zementgebundenen
Baustoffen.
SZYMANSKI, N. & PATTERSON, R. A. Effective microorganisms (em) and
wastewater systems. Future Directions for On-site Systems: Best
Management Practice, 2003. University of New England: Lanfax
Laboratories Armidale, 347-354.
TAYLOR, H. F. W. 1990. Cement Chemestry London, Academic Press.
TEJERO JUEZ, E. 1987. Hormigón Armado.
UNE-EN 2008. UNE-EN 206-1:2008. Hormigón. Parte 1: Especificaciones,
prestaciones, producción y conformidad.
VENKOVIC, N., SORELLI , L. & MARTIRENA, F. 2014. Nanoindentation study
of calcium silicate hydrates in concrete produced with effective
microorganisms-based bioplasticizer. Cement & Concrete Composites,
49 127–139.
Bibliografía
95
VIKAN, H., JUSTNES, H., WINNEFELD, F. & FIGI, R. 2007. Correlating cement
characteristics with rheology of paste. Cement and Concrete Research,
37, 1502-1511.
WALLEVIK, J. E. 2006. Relationship between the Bingham parameters and
slump. Cement and Concrete Research, 36, 1214-1221.
WALLEVIK, O. H. & WALLEVIK, J. E. 2011. Rheology as a tool in concrete
science: The use of rheographs and workability boxes. Cement and
Concrete Research, 41, 1279-1288.
YATIM, J. M., RAHMAN, W. A. B. W. A. & SAM, A. R. M. 2009.
Characterization and effects of the effective microorganics (em) and
industrial waste (iw) materials as a partial mixture of concrete.
Anexos
96
Anexos
Anexo1: Caracterización del cemento P-35
Tabla 1: Propiedades del Cemento P-35 (Cienfuegos).
®
EMPRESA NACIONAL DE INVESTIGACIONES
APLICADAS
Unidad de Investigación para la Construcción
R-4-15-04.D
INFORME TECNICO DE CEMENTO
TIPO DE CEMENTO: P-35
FABRICA PRODUCTORA: Cienfuegos
ENSAYO UNIDAD
FECHA
DE
ENSAYO
RESULTADO ESPECIFICACIONES INCERT
Tiempo de Fraguado Inicial min 14-02-13 145 ≥ 45 ---
Tiempo de Fraguado Final h 14-02-13 4.15 ≤ 10 ---
Consistencia Normal % 14-02-13 24.6 --- ---
Finura de Molido del cemento % 14-02-13 4,5 --- ---
Peso Específico Real del Cemento g/cm3 -- -- --- --
Resistencia a Compresión a 7 días MPa 14-02-19 31,9* ≥ 25,0 ± 0,68
Resistencia a la Flexo-tracción a 7 días MPa 14-02-19 7,3* ---- ± 1,00
Resistencia a Compresión a 28 días MPa 14-03 -12 42,05* ≥ 35,0 ± 1,06
Resistencia a la Flexo-tracción a 28
días MPa
14-03-12
8,9*
----- ± 0,38
Anexos
97
Observaciones: Se usa la NC 95:2011 Cemento Portland. Especificaciones, para la evaluación de la conformidad.
(*) Conforme
(**) No Conforme
Las incertidumbres declaradas para los resultados de ensayos están expandidas con un factor de cobertura k=2.
No se realizó el ensayo de Peso específico real, por no tener querosén certificado.
El laboratorio está disponible para cooperar con el cliente en cualquier momento, en la interpretación de los resultados que se
emiten en este informe o en cualquier otra exégesis técnica en la que estén involucrados los mismos.
Elaborado por: Lic. Aída Martínez
Martín Firma:
Revisado por: Ing. María de los Ángeles
Cabrera
Firma:
Anexos
98
Anexo 2: Características técnicas del Dynamon SRC 20.
Dynamon SRC 20 (ver tabla 2.2) es una solución acuosa al 22% de polímeros
acrílicos (sin formaldehidos) capaces de dispersar eficazmente los gránulos de
cemento y de favorecer un desarrollo lento de los productos de hidratación del
cemento.
Tabla 1: Datos técnicos del Dynamon SRC 20. Datos técnicos (valores característicos)
Aspecto: líquido
Color: ámbar Densidad (kg/l) : 1,12 + 0,02 a +20ºC
Porcentaje extracto seco (%): 42 ± 1.5 Acción principal: aumento de la trabajabilidad y/o reducción del
agua de amasado, mantenimiento de la trabajabilidad para largos períodos
Clasificación: superfluidificante retardador, reductor de agua de alta eficacia según UNI EN 934-2
Dosificación en volumen
de 0,5 a 1,0 litro por cada 100 kg de cemento (de partes finas) para hormigones premezclado.
Cloruros: ausentes
Almacenamiento: 12 meses; proteger de las heladas Clasificación de peligrosidad según Directiva 88/379 CEE:
ninguna
Requerimiento del empleo del aditivo.
Dynamon SRC 20 desarrolla la máxima acción dispersante cuando es añadido
después de los otros componentes de la mezcla (cemento, áridos, minerales o
filler y al menos un 80% del agua de la mezcla).
Anexos
99
Anexo 3: Picnómetro Gay Lussac.
Figura 1.: Picnómetro Gay Lussac
Anexos
100
Anexo 4: Accesorios y el equipo Aguja de Vicat utilizado
Figura 1. Paleta Figura 2. Recipiente
Figura 2. Equipo Vicat
Anexos
101
Anexo 5: Tabla ANOVA, comparación entre MEF-19 y MEF-32.
Análisis de Varianza para IP % - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F
Valor-
P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:E.Aditivo 1061.31 1 1061.31 12.98 0.0367
B:E.Dosis 8849.22 2 4424.61 54.13 0.0044
C:E.replica 30.7456 2 15.3728 0.19 0.8376
INTERACCIONES
AB 524.594 2 262.297 3.21 0.1798
AC 70.1824 2 35.0912 0.43 0.6856
BC 118.159 4 29.5398 0.36 0.8248
RESIDUOS 245.225 3 81.7418
TOTAL
(CORREGIDO) 13154.3 16
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de IP % en contribuciones debidas
a varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III
(por omisión), la contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de
los demás factores. Los valores-P prueban la significancia estadística de cada
uno de los factores. Puesto que 2 valores-P son menores que 0.05, estos
factores tienen un efecto estadísticamente significativo sobre IP % con un 95.0
% de nivel de confianza.
Anexos
102
Anexo 6: Tabla ANOVA, MEF-32 y sus modificaciones en el pH.
Análisis de Varianza para IP % - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio
Razón-
F
Valor-
P
EFECTOS
PRINCIPALES
A: Aditivo 448.822 2 224.411 11.55 0.0044
B: dosis 16491.2 2 8245.58 424.49 0.0000
C: replica 128.469 2 64.2347 3.31 0.0898
INTERACCIONES
AB 1080.02 4 270.004 13.90 0.0011
AC 97.618 4 24.4045 1.26 0.3619
BC 48.4465 4 12.1116 0.62 0.6588
RESIDUOS 155.396 8 19.4245
TOTAL
(CORREGIDO) 18449.9 26
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de IP % en contribuciones debidas
a varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III
(por omisión), la contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de
los demás factores. Los valores-P prueban la significancia estadística de cada
uno de los factores. Puesto que 3 valores-P son menores que 0.05, estos
factores tienen un efecto estadísticamente significativo sobre IP % con un 95.0
% de nivel de confianza.
Anexos
103
Anexo 7: Tabla ANOVA, Bioproductos y sus modificaciones en el proceso
de producción.
Análisis de Varianza para IP % - Suma de Cuadrados Tipo III
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón-
F
Valor-P
EFECTOS
PRINCIPALES
A:B.Aditivo 76656.0 7 10950.9 413.29 0.0000
B:B.replica 12.5586 2 6.27931 0.24 0.7926
RESIDUOS 317.961 12 26.4967
TOTAL
(CORREGIDO)
77019.1 21
Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de IP % en contribuciones debidas
a varios factores. Puesto que se ha escogido la suma de cuadrados Tipo III
(por omisión), la contribución de cada factor se mide eliminando los efectos de
los demás factores. Los valores-P prueban la significancia estadística de cada
uno de los factores. Puesto que un valor-P es menor que 0.05, este factor
tiene un efecto estadísticamente significativo sobre IP % con un 95.0 % de nivel
de confianza.