Índice de Puzolanidad para un tipo de Cemento

I. RESUMEN

II. OBJETIVOS

2.1. Comprender la importancia de la norma ASTM C 989.

2.2. Entender la importancia de la realización del ensayo según la norma ASTM c-109.

2.3. Determinar el índice de actividad puzolánica utilizando cemento tipo I de la bolsa

verde Pacasmayo.

III. MARCO TEORICO

Las adiciones minerales son mmateriales inorgánicos que son incorporados al cemento

o al concreto, en diferentes porcentajes,

con el fin de mejorar sus propiedades.

A. VENTAJAS • Mejores propiedades:

- Mayor durabilidad.

- Menor calor de hidratación.

- Mayores resistencias.

Ahorro de energía no renovable

Protección del medio ambiente

Reducción de la emisión de

CO2, SO2, NOx.

Uso de subproductos

industriales.

B. CLASIFICACIÓN DE

PUZOLANAS:

Naturales:

- Cenizas volcánicas

-Tufos o tobas volcánicas

(zeolitas)

- Tierras de diatomeas

(diatomitas)

Artificiales:

- Cenizas volantes

- Arcillas activadas térmicamente

- Microsílice (silica fume)

- Cenizas de cáscara de arroz

- Escoria de Alto Horno

3.1. Puzolana: Material silíceo o sílico-aluminoso, que por sí mismo puede tener poca o

ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividido y en presencia de agua,

reacciona químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos que poseen

propiedades hidráulicas Las puzolanas naturales constituyen la adición mineral del

cemento de mayor uso en Perú. En la producción de los cementos y de concreto se

considera además de las puzolanas tradicionales obtenidas de las explosiones

volcánicas, otros materiales, incluyendo los artificiales o subproductos, que tienen

características puzolánicas, definidas por su capacidad de reacción a temperatura

ambiente con el hidróxido de calcio.

Las puzolanas, como otras adiciones minerales se encuentran dentro del diagrama de

fases SiO2, Al2O3, Fe2O3. Se han desarrollado diversos métodos de evaluación de

carácter químico, físico y mecánico. En el trabajo se investigan los métodos

mecánicos, conocidos como el Método de la Cal y el Método del Cemento, que de

acuerdo a la experiencia internacional son los más confiables para evaluar la

performance de la puzolana en el cemento.

3.2. Tipos De Puzolanas:

A. Puzolanas Naturales:

Cenizas volcánicas.- Se forman por erupciones de carácter explosivo, en

pequeñas partículas que son templadas a temperatura ambiente, originando la

formación del estado vítreo.

Tufos o tobas volcánicas (zeolitas).- Producto de la acción hidrotermal sobre

las cenizas volcánicas y de su posterior cementación diagenética.

Tierras de diatomeas (diatomitas).- Puzolanas de origen orgánico. Depósitos

de caparazones silíceos de microscópicas algas acuáticas unicelulares

(diatomeas).

B. Puzolanas Artificiales: Sub-productos industriales y materiales tratados

térmicamente como:

Cenizas volantes (fly ash).- Subproducto

de centrales termoeléctricas que utilizan

carbón pulverizado como combustible.

Polvo fino constituido esencialmente de

partículas esféricas. La Norma ASTM C

618 define tras clases de cenizas

volantes:

Clase N— Puzolana natural, cruda o

calcinada que cumple con los

requerimientos aplicables dados como

por ejemplo, a algunas tierras de

diatomeas, opalinas y esquistos, tobas y

cenizas volcánicas o piedra pómez,

calcinadas o no calcinadas; así mismo,

varios materiales que requieren

calcinación para inducir propiedades satisfactorias, tales como arcillas y lutitas

(rocas sedimentarias de gano muy fino)

Clase F: Producidas por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso.

Cenizas que poseen propiedades puzolánicas.

Clase C: Producidas por la calcinación de carbón sub-bituminoso o lignito. Esta

clase de cenizas, además de tener propiedades puzolánicas, también tienen

propiedades cementantes.

Arcillas activadas térmicamente.- Las arcillas naturales no presentan

actividad puzolánica a menos que su estructura cristalina sea destruida mediante

un tratamiento térmico a temperaturas del orden de 600 a 900 °C

Microsílice (silica fume).- Subproducto de la reducción del cuarzo de alta

pureza con carbón en hornos de arco eléctrico para la producción de silicio o

aleaciones de ferrosilicio. El material que es extremadamente fino es colectado

por filtración de los gases de escape del horno, en filtros de mangas.

Cenizas de cáscara de arroz.- Producida por la calcinación controlada de la

cáscara de arroz. Consiste básicamente de:

-Sílice amorfa (>90 %)

-Estructura celular de gran área superficial (50 a 60 m2/g)

-Posee gran actividad puzolánica.

3.3. Métodos para evaluar la Puzolanidad.- Para determinar la Actividad Puzolánica de

un material existen diferentes métodos tanto de carácter químico como mecánico,

según sé referencia en las normas Colombianas, ICONTEC, y en el resto de normas,

tales como ASTM y UNE.

- Método químico o de Frattini, ICONTEC 1512 (UNE 80280/88; EN 196-5).

- La evaluación del Índice de Actividad Puzolánica con Cemento, ASTM C-311

- La norma ASTM C618 establece un índice mínimo, (Rmuestra / RPatrón) del 75% para

clasificar un material como de carácter puzolánico.

- La evaluación del Índice de Actividad Resistentes con Cementos Pórtland, UNE 83-

451-86.

- El Índice de Actividad Puzolánica con Cal, ASTM C-311.

- Otros métodos mecánicos para evaluar la puzolanicidad son los de Feret y Pauli

(módulo de la efectividad de la puzolana).

A. Propiedades a evaluar en una puzolana- En una puzolana es requisito

indispensable evaluar sus características físicas y químicas y su efecto en las

propiedades finales del cemento o del hormigón según el caso.

Se debe tener conocimientos de los siguientes aspectos:

- Composición química (óxidos de sílice, hierro, aluminio, calcio, magnesio, álcalis

y otros componentes menores).

- Propiedades físicas (finura - gravedad específica).

- Micro estructura (SEM).

- Espectroscopia IR y DRX (compuestos y cristalinidad).

- Actividad puzolánica (ensayo de Frattini, evaluación con cemento y con cal-

normas ICONTEC y ASTM).

- Requerimiento de agua.

- Efecto de contracción por secado.

- Efecto en las propiedades finales del cemento (calor de hidratación y resistencias

mecánicas).

- Ensayos de durabilidad en concordancia con el medio de servicio (efectos en la

reactividad álcali- agregado, efectos en el ataque por sulfatos, carbonatación,

cloruros y otros ensayos requeridos en concordancia con el futuro de ambiente de

servicio).

- Proporción optima de uso.

- Especificación del producto y recomendaciones finales.

3.4. Causas de la actividad puzolánica: La actividad puzolánica responde a un principio

general. Dicho principio se basa en que la sílice y la alúmina, como componentes

ácidos de materiales puzolánicos, reaccionan con la cal a condición de que sus uniones

en dichos materiales sean lábiles. No pueden considerarse aparte las acciones de la

sílice y de la alúmina, ya que la presencia de esta última favorece en gran medida la

acción puzolánica, directamente por sí e indirectamente al implicar su presencia un

mayor contenido de álcalis, que se fijan parcialmente en los nuevos productos

resultantes de la reacción puzolánica, los cuales tiene el carácter de pseudogeles. El

óxido de hierro se supone que actúa como alúmina, pero de una forma más atenuada y

lenta. Las estructuras zeolíticas se atacan por la cal más rápidamente que las verdaderas

puzolanas totalmente vítreas y la fijan en mayor cantidad que la correspondiente a un

intercambio catiónico con álcalis, lo cual indica una ruptura de la estructura reticular y

de los enlaces químicos, lo que da lugar a una participación de la sílice y de la alúmina,

que es más fácil con las estructuras zeolíticas que en las vítreas. En efecto, por lo que

se refiere a las puzolanas de origen mineral, su actividad se ha atribuido tanto a los

constituyentes amorfos como a los cristalinos, y en particular a los de naturaleza

zeolítica. La gran reactividad de las puzolanas tanto naturales como artificiales,

depende además de su composición química y mineralógica, y de la cantidad de fase

amorfa o vítrea, de su gran superficie reactiva, de la presencia de álcalis,

alcalinotérreos y del grado de condensación de grupos como SiO44–

, Al(OH)4–

.

Puzolanas: Normalización:

Puzolanas: Adición Mineral Del Cemento.

A. Normas De Requisitos NTP 334.090:2001 CEMENTOS: Cementos Portland Adicionados.

Requisitos

ASTM C 595 - 00 Standard Specification for Blended Hydraulic Cements

Tabla 2: Requisitos de la puzolana para su uso en cementos

Portland Adicionados

PUZOLANA REQUISITOS

Finura:

Retenido malla 45 µm (N° 325), % max.

Índice de actividad puzolanica:

con cemento Portland, 28 días, % min

Índice de actividad puzolanica:

Método de la cal, resistencia a la compresión a

los 7 días, MPa, min

20,0

75

5,5

Puzolanas: Adición Mineral Del Concreto

A. Normas De Requisitos PNTP 339.XXX CEMENTOS. Adiciones minerales del concreto: puzolana natural

cruda o calcinada y ceniza volante.Especificaciones

ASTM C 618 - 99 Standard Specifications for Coal Fly Ashand Raw or Calcined

Natural Pozzolan for Use as Mineral Admixture in Concrete

Clasificación (Norma ASTM C 618):

Clase N: Puzolanas naturales crudas o calcinadas, tal como las diatomitas; tufos y

cenizas volcánicas, calcinadas o sin calcinar; y materiales que requieren de

calcinación para inducir propiedades satisfactorias.

Clase F: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón antracítico o

bituminoso. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas.

Clase C: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón sub-bituminoso o

lignito. Esta clase de ceniza, además de tener propiedades puzolánicas, también

tiene propiedades cementantes

Tabla 3: Requisitos Químicos (ASTM C 618 – 03)

COMPOSICION QUIMICA CLASE

N F C

Dióxido de silicio + oxido de

aluminio + óxido férrico, min. %

Trióxido de azufre, máx. %

Contenido de humedad, máx, %

Perdida por calcinación, máx, %

70.0

4,0

3,0

10,0

70,0

5,0

3,0

6,0

50,0

5,0

3,0

6,0

Se puede emplear puzolana de Clase F con contenidos de hasta 12 % de

pérdida por calcinación si cuenta con registros de performance o resultados de

ensayos de laboratorio aceptables.

Tabla 4: Requisitos Químicos Opcionales Suplementarios

COMPOSICION QUIMICA CLASE

N F C

Álcalis disponibles, como Na2O

equivalente, máx., % B

1.5

1.5

1.5

El requisito opcional es aplicable solo en caso sea solicitado

específicamente.

Aplicable solo en caso sea solicitado específicamente para adiciones

minerales a ser empleadas en concreto que contiene agregado reactivo y

cemento con restricción sobre el contenido de álcalis

TABLA 5: Requisitos Físicos de Puzolana

COMPOSICIÓN QUÍMICA CLASE

N F C

Finura:

Cantidad retenida en el tamizado vía húmeda en la

malla de 45 mm (N° 325), máx., %A

Índice de actividad resistente

Con cemento portland, a 7 días, mín., %

Con cemento portland, a 28 días, mín., %

Demanda de agua, máx., % del control

Estabilidad

Expansión o contracción en autoclave, máx., %

Requisitos de uniformidad:

Densidad, máxima variación del promedio, %

Porcentaje retenido sobre malla 45 µm (N° 325),

variación máx., puntos porcentuales del promedio

34

75

75

115

0.8

5

5

34

75

75

105

0.8

5

5

34

75

75

105

0.8

5

5

B. NORMAS DE MÉTODOS DE ENSAYO • NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la finura por

tamizado húmedo con tamiz normalizado de 45mm (N° 325).

• NTP 334.066:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de

actividad puzolánica utilizando cemento portland.

• NTP 334.055:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de

actividad puzolánica por el método de la cal

3.5. ÍNDICE DE ACTIVIDAD PUZOLÁNICA CON CEMENTO PORTLAND

Índice de actividad puzolánica con cemento Portland:

A = Resistencia a compresión de los cubos del mortero de ensayo (puzolana y

cemento).

B = Resistencia a la compresión de los cubos del mortero patrón (cemento).

IV. EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS:

4.1. Equipos:

- Equipo de compresión del Laboratorio de Cerámicos UNT

4.2. Materiales:

- Cemento de tipo I (bolsa verde)

- sedimento

- Badilejo

- Bandejas

- Moldes metálicos de 5x5

- Bolsas

- Aceite

4.3. Instrumentos:

- Balanza (30kg.)

- Vaso de precipitación de 500 ml

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparación de los moldes de 5x 5cm a los cuales engrasamos y fijamos para colocar

la mezcla. Para lo cual seleccionamos los materiales para la mezcla sedimento

Chavimochic, cemento tipo I, agua a, y pesar a las diferentes proporciones como se

muestra en la siguiente tabla:

Tabla 6. Ingredientes para cinco probetas de morteros (5x5x5 cm) con tres % de

remplazo del cemento, por sedimento de Chavimochic.

0% 10% 20% 30%

Cemento tipo I (g) 550 495 440 385

Arena (g) 1513 1513 1513 1513

Agua(mL) 266 266 166 266

Sedimento

Chavimochic (g)

0 55 110 165

Luego se procede a la preparación de la mezcla para cada porcentaje establecido en la

tabla anterior. Luego pasamos a colocar la mezcla en el molde compactando y

golpeando para que se acomode mejor la mezcla. para poder pasar a dejar los moldes

por 24 horas para luego desmoldar y colocar los moldes en un deposito con agua y cal.

Asi después de los 7 días de curado las probetas pasaran a ser ensayadas a la

resistencia a la compresión.

VI. RESULTADOS

Colocar en la Tabla 7, la resistencia a la compresión registrada a los 7 días de curado

de las probetas.

Velocidad de carga= 0.5 kN/s

Tabla 7. Resistencias de los morteros con diferentes remplazos de cemento por

cenizas volantes

CEMENTO

TIPO I

F (kN) RC

(N/mm2)

RC

(106 xPa)

Promediode RC

Promedio, Rc en

MPa

0 %

10 %

20 %

30 %

Realizar una Grafica con los datos registrados en la tabla anterior para observar la

resistencia alcanzada con el adicionamiento de sedimento Chavimochic.

Registrar en la siguiente tabla los resultados del índice de Puzolanidad

% de Adición Promedio de la Rc de las

probetas de cada % de

adición

índice de Puzolanidad

0

10

20

30

Realizar una gráfica del índice de Puzolanidad vs el % de sustitución

VII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

IX. BIBLIOGRAFÍA