Durabilidad de hormigones elaborados con cementos compuestos con arcillas calcinadas

El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo, pero las grandes emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente durante la producción del cemento,afectan su sustentabilidad. Las arcillas calcinadas aparecen como un buen material cementíceo suplementario...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Cordoba, Gisela Paola
Formato: Artículo revista
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería 2021
Materias:
Hormigón
Arcillas
Cemento
Materiales de construcción
Ingeniería civil
Agrimensura
Impacto ambiental
Acceso en línea:Cordoba, G. P. (2021) Durabilidad de hormigones elaborados con cementos compuestos con arcillas calcinadas [Tesis de doctorado]. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina.
Aporte de:
Repositorio Institucional de Acceso Abierto (RIDAA) de Universidad Nacional del Centro
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description El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo, pero las grandes emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente durante la producción del cemento,afectan su sustentabilidad. Las arcillas calcinadas aparecen como un buen material cementíceo suplementario (SCM) alternativo para reemplazar a los tradicionales (escoria granulada de alto horno, ceniza volante, etc.) que son escasos en ciertas regiones del mundo, como en Argentina. Las arcillas calcinadas presentan reactividad puzolánica moderada a buena luego de un tratamiento térmico adecuado y la reducción del tamaño de partículas. La amplia disponibilidad de arcillas y el bajo costo relativo de producción de estos “nuevos” SCM los hace atractivos para utilizarlos como reemplazo parcial del cemento portland. Sin embargo, es importante asegurar que su utilización no afecte negativamente las propiedades del estado fresco y endurecido del hormigón. Las propiedades mecánicas y durables de hormigones con metacaolín (MK) han sido ampliamente estudiadas, especialmente en hormigones con filler calcáreo (LC3). Sin embargo, es necesario ampliar el conocimiento de la incorporación de arcillas cuyo mineral principal son filosilicatos del tipo 2:1 (illitas, esmectitas, etc.) y arcillas caoliníticas de bajo grado de pureza. El objetivo de esta tesis es profundizar el conocimiento de los efectos del reemplazo de arcillas illíticas calcinadas y su comparación con una arcilla caolinítica calcinada de bajo grado sobre la hidratación del cemento, las propiedades mecánicas y de transporte de agua y los parámetros durables (ataque por sulfatos, penetración de cloruros y carbonatación natural) de morteros y hormigones. Los resultados obtenidos muestran que cuando se reemplaza parcialmente un cemento portland normal (CPN) por arcillas illíticas o caolinítica calcinadas, la reacción puzolánica reduce la disponibilidad el hidróxido de calcio (CH) producido durante la hidratación del cemento, y promueve la formación de fases AFm. Además, modifican el empaquetamiento de las pastas de cemento, pudiendo aumentar la demanda de agua. Una mayor superficie específica de la arcilla calcinada contribuye a un aumento de la demanda de agua. La reacción puzolánica de las arcillas calcinadas modifica la cinética de la hidratación por consumo del CH, genera C-S-H y contribuye a la ganancia de resistencia de morteros y hormigones.Esto hace que, a partir de los 7d ías, compense el efecto de dilución en la viresistencia a la compresión de morteros y hormigones, superando la reducción causada por el efecto de dilución. Las arcillas illíticas calcinadas desarrollan su actividad puzolánica luego de los 14 días, contribuyendo a la resistencia en mayor medida entre los 28 y 90 días, mientras que la arcilla caolinítica calcinada lo hace entre los 7 y 28 días, mostrando su contribución desde los 7 días. Además, la reacción puzolánica refina la estructura de poros y aumenta la tortuosidad, reduciendo el transporte de agua y de agentes agresivos en el interior del hormigón. La incorporación de la arcilla illítica roja calcinada redujo el volumen de grandes poros capilares en la pasta de cemento, la penetración de agua y la capacidad y velocidad de absorción capilar del hormigón a los 90 días de curado. Por su parte, la incorporación de arcilla caolinítica calcinada redujo el volumen de grandes poros capilares de la pasta cemento y la penetración de agua en el hormigón desde los 28 días, y la capacidad y velocidad de absorción capilar del hormigón desde los 2 días, respecto al hormigón de cemento portland. Esta diferencia se debe principalmente a la diferente reactividad de las arcillas calcinadas.Los resultados del ataque por sulfatos en morteros muestran que la incorporación de arcillas calcinadas permite elaborar cementos resistentes a los sulfatos, siempre que no aumente la demanda de agua. El aumento de la resistencia al ataque por sulfatos se atribuye al efecto combinado de la disminución de la porosidad y la reducción del contenido de CH disponible para formar yeso y/o ettringita, lo que induce a la expansión y fisuración de los morteros. Además, a mayor nivel de reemplazo de cemento por arcillas calcinadas se obtienen menores expansiones. Los resultados muestran que la incorporación de arcillas calcinadas no aumenta el coeficiente de difusión de cloruros en hormigones curados 28 días, mientras que, con respecto al hormigón de cemento portland, la incorporación de arcilla illítica roja calcinada reduce el coeficiente de migración de cloruros a los 90 días y la arcilla caolinítica calcinada lo hace desde los 28 días. La reducción del coeficiente de migración de cloruros de los hormigones con arcillas calcinadas se atribuye al refinamiento de la estructura de poros y a la fijación de los iones Cl-en las fases AFm y C-S-H. Por otro lado, los hormigones con arcillas calcinadas presentaron una resistencia a la carbonatación más baja que el hormigón de cemento portland, aunque un curado de 28 días aumenta dicha resistencia, alcanzando valores similares a los del hormigón de viicemento portland. Por lo tanto, de acuerdo con la resistencia a la carbonatación de los hormigones,se clasifican de media a elevada. De análisis de ciclo de vida se obtiene que el reemplazo del 25 % de cemento portland por arcillas calcinadas permite reducir alrededor del 17% del CO2 equivalente por m3 de hormigón respecto de un hormigón de cemento portland. Además, en una columna de hormigón armado sometida a compresión simple, se requiere que el hormigón con arcilla calcinada presente una resistencia a la compresión similar a la del hormigón de cemento portland para reducir el CO2 equivalente, debido a que, de lo contrario, el aumento del volumen de materiales necesario para mantener la capacidad portante contrarresta el beneficio obtenido por la sustitución del cemento portland. Por lo expresado anteriormente, puede concluirse que las arcillas calcinadas son una buena alternativa para ser utilizadas como SCM y permiten aumentar la sustentabilidad del hormigón si se garantiza una correcta trabajabilidad sin aumento de la relación a/mc y un curado adecuado. Las modificaciones que introducen en el estado fresco y endurecido de pastas, morteros y hormigones está relacionada con su composición química y tratamiento térmico. La arcilla illítica roja calcinada no reduce la trabajabilidad del hormigón y requiere un curado prolongado (90 días) para igualar la resistencia mecánica de uno de cemento portland, reducir el transporte de agua y aumentar la resistencia al ingreso de agentes agresivos. Por otro lado, la arcilla caolinítica de bajo grado requiere utilizar una elevada dosis de aditivo superplastificante para obtener una trabajabilidad adecuada, y presenta una rápida pérdida de trabajabilidad en el hormigón. Sin embargo, aumenta la resistencia a la compresión, reduce el transporte de agua y aumenta a resistencia al ingreso de iones agresivos en la masa del hormigón desde los 28 días

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