| Título: | Proyecto "Escoria de altos hornos - Argentina" |
| Fuente: | Memorias; Seminario latinoamericano sobre utilización de escorias de altos hornos en la construcción, 1991 |
| Autor/es: | Longo, Adolfo; Fernández Luco, L. |
| Materias: | Escorias; Altos hornos; Cementos; Mezclas de cemento; Materiales granulares; Construcciones; Vivienda; Granulación; Temperatura; Curado; Ensayos; Resistencia de materiales; Argentina |
| Editor/Edición: | INTI;1991 |
| Licencia: | Se permite la lectura, descarga e impresión de esta obra. Todos los demás derechos están reservados. |
| Afiliaciones: | Longo, Adolfo. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Construcciones (INTI); Argentina Fernández Luco, L. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Construcciones (INTI); Argentina |
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PROYECTO "ESCORIA DE ALTOS HORNOS - ARGENTINA"
DR. A. LONGO (*) ING. L. FERNANDEZ LUCO (*)
RESUMEN
Los trabajos que se exponen a continuación corresponden a los resultados obtenidos en el desarrollo del Proyecto "Escoria de Altos Hornos- Argentina". En distintos congresos nacionales e internacionales se han presentado resultados obtenidos en este desarrollo, por lo cual no fueron inclufdos en este seminario, con excepción de algunos aspectos que se consideró importante reiterar o que hacen a la comprensión general de los trabajos.
Estos trabajos incluyen la caracterización de las escorias producidas en los altos hornos de SOMISA y Zapla, su activación con cemento portland para la obtención de cementos mezcla y con cales para formular un cemento de albaftileria. Se estudió la influencia de la temperatura en el desarrollo de resistencia en vista al empleo del curado acelerado en la fabricación de premoldeados. Se emplearon cementos mezcla en hormigones normales y livianos y en la fabricación de mosaicos granfticos, entre otros.
Además de las ventajas técnicas que representa la incorporación de las escorias como material cementicio, se analizan los beneficios económicos y ecológicos consecuencia de este empleo.
(*) Instituto Nacional do Tecnologfa Industrial
1
A fin de superar la resistencia natural frente a un nuevo producto, los trabajos no se circunscribieron al nivel de laboratorio sino que se extendieron a la elaboración de elementos premoldeados y a la construcción de una vivienda económica, donde este material se empleó remplazando al cemento portland normal en distintos porcentajes.
El comportamiento de los materiales y las condiciones de habitabilidad de la vivienda, ocupada por una familia, serán evaluadas en el transcurso del tiempo.
El trabajo en obra permitió observar que el empleo de este material no representa mayores inconvenientes sino más bien aporta ciertas ventajas operativas. Las experiencias recogidas en los estudios de laboratorio y en obra se han tenido en cuenta en la elaboración de las recomendaciones finales.
Los autores:
El Dr. Adolfo Longo se inició en la investigación académica en la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires, donde obtuvo su doctorado en Ciencias Qufmicas en 1966. Dirigió distintos proyectos multidisciplinarios de desarrollo aplicado y ejerció también la docencia universitaria, siendo actualmente Profesor Titular Ordinario de la Universidad Tecnológica Nacional. Desde hace catorce aRos estudia el aprovechamiento de cenizas volantes y escoria de altos hornos, en el Instituto Nacional de Tecnologfa Industrial.
El Ing. Luis Fernandez Luco se graduó en la Facultad de Ingenierfa Civil de la Universidad de San Juan en 1984 y realizó la carrera de postgrado "Tecnologfa Avanzada del Hormigón" en la Universidad Nacional de La Plata. Es profesor adjunto de la Facultad de Ingenierfa de la Universidad de Buenos Aires. Participa en el Proyecto "Escorias de Alto Horno - Argentina" desde su comienzo y en 1988 realizó en el CANMET un perfodo de entrenamiento referido al uso de escoria de altos hornos en hormigones.
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ANTECEDENTES D~-~~OYECTQ "ESCORIAS DE ALTOS HORNOS - ARGENTINA"
RESUMEN
Se informa sobre las fuentes de
producción de escorias de altos hornos en
Argentina,
capacidad
de
producción,
localización, etc.
Se describe la situación actual con
respecto a la normalización en el País, de la escoria de alto horno granulada y de los cementos con y de escoria.
Se discuten los resultados de un estudio
de prefactibilidad sobre la instalación de una planta de cemento mezcla; las conclusiones de este trabajo alentaron a la prosecución de las investigaciones de laboratorio sobre las
escorias de altos hornos. Así se analizó la uniformidad del material, actividad hidráulica, usos alternativos de incorporación al hormigón, etc.
La experiencia recogida en estos estudios sirvió de antecedente para el Proyecto "Escoria de Altos Hornos - Argentina".
ANTECEDENTES DEL PROYECTO
"ESCORIAS DE ALTOS HORNOS - ARGENTINA"
1. INTRODUCCION
En octubre de 1945 entró en producción el primer alto horno de Argentina, en la Ciudad de Palpalá, Pcia. de Jujuy, a 1.595 km de Buenos Aires, Fig. 1, desde esa fecha se dispone en el Pafs.de escoria de alto horno.
Este alto horno formaba parte de la primer planta siderdrgica integrada del Pais, Establecimiento Altos Hornos Zapla, concebido para utilizar las materias primas de la región. El hecho de no disponer de carbón mineral llevó a que se empleara carbón vegetal, recurso abundante en las provincias vecinas y a la forestación de más de 100.000 ha para la provisión futura de carbón. El mineral empleado provenia de la zona con una ley máxima de hierro del 48%, luego de su beneficio por separación manual; si bien esta ley es actualmente considerada muy baja y no económica, en esa época era del orden de la empleada en altos hornos de los paises con una industria siderúrgica desarrollada.
La baja ley del mineral de hierro utilizado tenia como consecuencia una producción de escoria superior, en masa, a la de arrabio, efectuándose en la Universidad Nacional de Tucumán los primeros estudios para el empleo de estas escorias en la fabricación de aglomerantes hidráulicos (1).
Luego del primer alto horno se construyeron otros cuatro más, quedando en la actualidad el N" 5, discontinuando la actividad de los cuatro primeros, de reducida capacidad. La sustitución gradual del mineral propio, de baja ley, por mineral importado de alta ley ha incrementado la producción de arrabio y reducido la de escoria por tonelada de arrabio a 355 kg escoria/ton arrabio; siendo la producción de escoria del año 1989 de 36.000 t la que se enfria totalmente en agua. Trabajando a capacidad máxima la producción anual de escoria seria del orden de 48.000 t.
El 20 de junio de 1960 entró en operación el alto horno N" 1 de la Sociedad Mixta Siderúrgica Argentina SOMISA, instalado en las cercanias de la Ciudad de San Nicolás, Provincia de Buenos Aires, a 232 km de la Capital Federal.
En esta misma siderúrgica se pone en marcha el alto horno N• 2 el 15 de marzo de 1974; ambos altos hornos
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utilizan mineral de hierro de alta ley y coque. La carga utilizada, la mayor capacidad y la optimización de la operación han permitido que la producción de escoria se reduzca a aproximadamente 290 kg/t arrabio.
La producción del alto horno N" 1 fue en 1989 de 210.000 t la que se granuló totalmente; la producida por el alto horno N" 2 fue de 327.000 t; ésta es enfriada al aire. Se encuentra en estudio la alternativa de granular también la escoria de este alto horno.
Resumiendo podemos decir que la producción total de escoria de alto horno en el país es de 637.000 t, de las cuales 246.000 t son escoria de alto horno granulada, Tabla N" 1.
2. ANTECEDENTES DE LAS NORMAS NACIONALES
Previendo la mayor disponibilidad de escoria con la puesta en marcha del alto horno N" 1 de SOMISA, se inician en 1959 las tratativas para modificar la norma de cemento portland normal y elaborar la de cemento portland con escoria de alto horno, para poder asi dar salida a este subproducto.
Esto, permitió que la norma IRAM 1503 "Cemento Portland Normal" contemple la incorporación de escoria granulada hasta un 10 % en masa y que en diciembre de 1967 se envíen a discusión pública las normas !RAM 1636 "Cemento Portland de Escoria de Alto Horno", que contemplaba la incorporación entre 25 y 65 % de escoria y la norma !RAM 1667 "Escoria Granulada de Alto Horno- Características", aprobadas definitivamente en mayo de 1970 y 1971 respectivamente.
Es de señalar que la norma !RAM 1636 establecía en el punto B- Alcance de esta Norma: "B-2- El cemento objeto de esta norma no es apto para ser utilizado en estructuras armadas".
Esta restricción limitaba fuertemente el campo de empleo de estos cementos y posiblemente esta haya sido la causa principal de que este cemento no se fabricara en el país.
En diciembre de 1986, a través de la Comisión para el Desarrollo de Escorias Siderúrgicas del Instituto Argentino de Siderurgia se propone al Instituto Argentino de Racionalización de Materiales la revisión de las normas IRAM 1636 a IRAM 1667. Estas propuestas incluían la eliminación de la restricción mencionada anteriormente, la ampliación del contenido máximo de escoria e incorporaba la alternativa de molienda separada del clínker y la escoria
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de alto horno y su posterior .mezcla y homogeneización para obtener el cemento portland de escoria de alto horno (2).
La propuesta de modificación de la norma para la escoria de alto horno granulada contemplaba la inclusión de la normalización de la escoria de alto horno granulada molida para su utilización directamente en obra, además de otras modificaciones que incluían los avances registrados en las normas internacionales al respec~o.
Estas propuestas fueron tratadas por el Subcomité de Cementos del !RAM, e1 que, en diciembre de 1989 y octubre de 1990, aprobó respectivamente las siguientes normas: Norma !RAM 1636, "Cemento Portland con Escoria de Alto Horno", donde el contenido de escoria está comprendido entre el 10 y 35 %, Norma !RAM 1630, "Cemento de Escoria de Alto Horno", para contenido de escoria mayores al 35% y hasta el 75 % .
En ambos casos el campo de aplicación de estos cementos es el mismo que el del cemento portland normal, excepto que "no es apto para ser utilizado en la ejecución de elementos estructurales de hormigón pretensado".
Con respecto a la normalización de la escoria de alto horno, ésta limitó su utilización a la fabricación de los cementos bajo las normas mencionadas anteriormente. No se incorporó el empleo de la escoria de altos hornos granulada molida como material potencialmente hidráulico.
De este modo la Norma !RAM 1667 pasó a ser denominada "Escoria Granulada de Alto Horno para Cemento", quedando sin cubrir, hasta la fecha, la alternativa propuesta para el empleo de la Escoria de Alto Horno Granulada Molida a la finura apropiada, directamente en obra junto con el cemento portland normal en la proporción apropiada para cada caso. Esta alternativa ha pasado para su tratamiento al Subcomité de Hormigón.
3. TRABAJOS PRELIMINARES
3.1. Estudios de Prefactibilidad para la elaboración de Cemento Mezcla
En cumplimiento de un convenio celebrado oportunamente entre Agua y Energia Eléctrica, INTI y SOMISA, se realizó un estudio de prefactibilidad para la instalación de una planta de cemento mezcla, en el cual, además de la escoria de alto horno se contempló la utilización de la ceniza volante producida en la Central Térmica de San Nicolás.
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Este trabajo incluyó el estudio de mercado, definición del producto, ingeniería básica, estructura de costos y evaluación del proyecto. Los resultados del trabajo seRalaron la conveniencia técnico-económica de construir una planta del orden de 600.000 t/año de capacidad en el Parque Industrial de COMIRSA, en San Nicolás (3).
Una de las conclusiones de este estudio es la. siguiente: "En resumen, podemos decir que se trata de un proyecto conveniente para la economía general, por el ahorro energético, la posibilidad de disponer de un cemento de características óptimas para las obras de infraestructura que el pais debe encarar, la racionalización del transporte de cemento a una región con un alto crecimiento y alejada de las fábricas de cemento y la reducción de la contaminación ambiental. Es por otro lado muy interesante desde el punto de vista económico para los capitales que se inviertan en este proyecto, representando una inversión con un riesgo relativamente bajo".
Al costo de producción de cemento debemos sumarle el costo de transporte hasta el lugar de consumo. La localización de la fuente de escoria granulada más importante, SOMISA, es en este aspecto privilegiada ya que está ubicada en el baricentro del consumo de cemento del pais y las fábricas de cemento más cercanas se encuentran a una distancia de 480 km (Figs. 1, 2).
Con respecto a las inversiones consideradas en este estudio les mismas son muy superiores a la inversión mínima necesaria; esto se debe a que se consideró la más avanzada tecnología disponible en ese momento, con la automatización de todo el proceso y la posibilidad de duplicar la producción. A estos factores se debe sumar la marcada sobrevaluación de nuestra moneda en el momento del estudio. No obstante estas circunstancias el periodo de recuperación del capital estaba comprendido entre 7,5 y 11 años según las alternativas, plazo que por lo expresado anteriormente se puede considerar de máxima, siendo de esperar su reducción a menos de la mitad.
3.2. Uniformidad de la Escoria Granulada Producida por un Alto Horno
Durante las discusiones sobre la normalización de las escorias granuladas se planteó el problema de la no constancia de las propiedades de la escoria o que la escoria no tenia una calidad constante, afirmaciones que se fundamentaban en el hecho de considerar a la escoria de alto horno como un subproducto. Presentado de esta manera estas opiniones tuvieron suficiente difusión como para desacreditar este material. En realidad no se tuvo en cuenta que el control del funcionamiento del alto horno y
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del arrabio que produce se efectúa a través de la escoria, por lo tanto la composición de la misma y su constancia son parámetros a los que se presta especial atención.
Es importante tener en cuenta que la escoria de alto horno no es una especie quimica, por lo tanto no tiene sentido hablar de su falta de uniformidad si no se establece un criterio de evaluación y aceptación. Con este fin se realizó un estudio estadistico donde se procesaron los resultados de los análisis quimicos de 1213 muestras de escorias de altos hornos granuladas, provenientes de un periodo de producción de seis meses (4).
En este estudio se tomó como referencia la uniformidad de escorias producidas en Alemania y Francia y de un cemento portland normal producido por una fábrica para la construcción de una central hidroeléctrica y de cementos de diferentes fábricas para distintas obras.
Es de práctica en la industria del cemento almacenar las materias primas en lechos de homogeneización, (Figs. 3, 5) en este estudio se analizó también la influencia de este procedimiento en la reducción de la dispersión, dando como resultado que si se toman 90 coladas consecutivas se obtiene una homogeneización del orden de la escoria europea y superior a la de los cementos portland normal estudiados y tomados como referencia, Tablas 2-4.
Se calcularon también las dispersiones de las fórmulas más utilizadas para relacionar la composición quimica de las escorias y su actividad hidráulica. Estas fórmulas, Tabla 5, como se ha demostrado (5), tienen una validez relativa y muy posiblemente las fluctuaciones de componentes minoritarios como Ti02, P205, etc. tengan una influencia similar a desviaciones más grandes de los componentes mayoritarios.
3.3. Alternativas para las formas de empleo de la Escoria de Alto Horno
Se han contemplado las siguientes posibilidades: a) molienda conjunta de clinker - escoria granulada- yeso; b) molienda separada del clinker y yeso por un lado y de la escoria granulada por otro y mezclado de ambos componentes en seco; e) incorporación de estos componentes independientemente durante la preparación de los morteros y hormigones.
Para las distintas formas de reemplazo se analizó la influencia de la finura de molienda, porcentaje de sustitución y tiempo de curado sobre la resistencia a la flexión y compresión de morteros y la resistencia a la compresión de hormigones.
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Se podria pensar que el proceso de molienda conjunta deberia llevar a una distribución más intima y uniforme de las particulas de escoria y clinker que los otros métodos y de este modo contribuir a una mayor resistencia del mortero u hormigón, sin embargo esto no fue observado en este estudio, como asi tampoco en la bibliografia.
El análisis estadistico de los resultados de resistencia promedios para morteros ensayados a las edades de 3, 7, 28, 90, 180 y 360 dias mostró diferencias significativas entre los tres métodos a las edades de 28 y 90 dias; en ambos casos el procedimiento de molienda separada dió como resultado morteros con resistencia más alta que los de molienda conjunta.
El análisis de los resultados para hormigones, ensayados a las mismas edades que los morteros, señaló diferencias significativas solamente a las edades de 7 y 90 dias, pudiéndose considerar equivalentes para las otras edades.
A la edad de 7 días la molienda conjunta da resistencias más altas mientras que a 90 días la incorporación directa de la escoria granulada molida directamente en la hormigonera es lo que produce resultados de resistencia más elevados.
Graficados los resultados promedios de las resistencias de los hormigones obtenidos por ambos métodos, en función de la edad de ensayo, muestran una diferencia muy pequeña, con una tendencia en las primeras edades de mayor resistencia para el procedimiento de molienda conjunta, tendencia que se revierte a edades más avanzadas, (fig. 4). Estos resultados son similares a resultados previos encon. trados en la bibliografía (6).
Podemos de todos modos observar que la diferencia entre los distintos métodos en general no es significativa y cuando estadisticamente lo es, la magnitud de esta diferencia es menor del 7 %, tanto para morteros como para hormigones.
Otro aspecto considerado fue la uniformidad, dentro de cada "batch", reflejada en los resultados a compresión, por el promedio de los coeficientes de variación. En este caso el test "t" de Student mostró diferencias significativas solamente para 1a edad de 7 dias, resultando menor el promedio de los coeficientes de variación para el procedimiento de adición de la escoria granulada molida por separado,
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3.3.1. Conclusiones
Las diferencias entre los distintos procedimientos no son relevantes, por lo tanto en ia decisión de adoptar ~no u otro procedimiento deben tenerse en cuenta otros factores.
A escala comercial existe a la fecha una amplia experiencia sobre la adición de la escoria granulada molida directamente en obra. En Bélgica V. Trief desarrolló el proceso, luego conocido por su nombre, en el cual la escoria es molida en húmedo y luego la suspensión es incorporada a la hormigonera junto con el cemento portland y los agregados. Este procedimiento fue empleado en la presa de Bort-les-Orguir en Francia y en las presa de Chuanie y Avon en Gran Bretaña (7-8).
Si bien este proceso elimina la necesidad del secado de la escoria previo a la molienda y permite obtener una molienda más fina con un menor consumo de energia no se difundió hasta el presente.
En Venezuela se realiza la molienda de la escoria por separado, por via seca y luego se mezcla con cemento portland normal en silos de homogeneización (9).
Por otro lado la molienda en seco de la escoria y su incorporación en obra fue adoptada en distintos países, tanto en grandes como en pequeñas obras, siendo actualmente una técnica perfectamente establecida en países como Australia, Canadá, Estados Unidos, Finlandia, Inglaterra, Japón y Sud Africa (10-11).
La molienda separada de la escoria y su incorporación junto con el cemento portland normal en la hormigonera representa una serie de ventajas: optimización de la molienda al evitar una sobremolienda del clinker, permitir ajustar la relación EAHGM/CPN en función del requerimiento del proyecto; disminución de los problemas de almacenaje ya que la EAHGM no se hidrata en ausencia de un agente activante, reducción de costos de transporte, etc.
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REFERENCIAS
(1) Seria Bravo, c. "Contribución al estudio de la
aplicación de escorias granuladas no clásicas en la industria de lo~ aglomerantes hidráulicos". "Escorias Siderórgicas- II Jornadas Técnicas". Noviembre 8, 9 y 10 de 1988. Tomo 3 pp. XIV-1-XIV-79, Bs. As.
(2) Longo, Adolfo. "Escorias Granuladas de Altos Hornos y Cementos de Escoria- Análisis y Características de Normas Nacionales e Internacionales'', "Escorias Siderúrgicas- II Jornadas Técnicas". Noviembre 8, 9 y 10 de 1988. Tomo 3 pp. XV-I-XV-17, Bs. As.
(3) Longo, A.; Carrizo, H.; Pozzi, A.M. "Estudio de Prefactibilidad para la Elaboración de Cemento Mezcla", Convenio A y E - INTI - SOMISA, Abril 1979. 103 pp. Informe Interno.
(4) Longo, A.; Berbeglia, A. "Estudio de la Uniformidad de la Escoria Granulada producida por un Alto Horno" 5" Reunión Técnica AATH La Plata, 27-31 Octubre de 1982. Tomo 1 pp. 189- 217.
(5) Smolczyk, H. Z.K.G. 6, 294 - 296, 1978. "The effect of the chemistry of the slag on the strength of blastfurnace cements".
(6) Fulton, F. S. "The properties of Portland Cements Containing Milled Granulated Blast Furnace Slag" . A Portland Cement Institute Monograph, Johannesburg, 1974. South Africa.
(7) Cléret de Langavant, J. "Pourquoi et comment le ciment de laitier par broyage humide a été adopté pour la construction du barrage de Bort'', CERILH, separata del autor.
(8) Higgins, D. "Developments and trends in the use of GGBS" Concrete, August, 1989, 35-37.
(9) Kaiser H. "Die Erzeugen von Huttenzement in getrennter Vermahlung" Zement-Kalk-Gips 25; 67, 1972.
(10) "ASTM Specification for Ground Iron Blast Furnace Slag: Its Development, Use and Future" ACI SP 91-76, Vol. 2, 1551-1576, April 1986.
(11) Higgins, D. "BS 6699- A standard for ground granulated blast furnace slag" Concrete, 20 Nro. 8, August, 1986.
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T A B L A N"
PRODUCCION DE ESCORIA PE ALTO HORNO Y CEMENTO PORTLAND NORMAL EN ARGENTINA (1989)
Productor
Altos Hornos Zapla SOMISA Subtotal Producción Total Producción de Cemento Portland Normal
Escoria Granuiada (t)
36.000
Escoria Enfriada al Aire (t)
-
210.000
327.000
246.000
327.000
573.000
4.439.171
T A B L A N• 2
MEDIAS, DESVIOS ESTANDAR Y COEFICIENTES DE VARIACION PARA 1213 MUESTRAS DE ESCORIAS
Variable Dióxido de Silicio Oxido de Aluminio Oxido de Calcio Oxido de Magnesio Azufre Oxido de Manganeso (II) Oxido de Hierro (II)
Media
37,47 11 , 13 43,16
5,82 0,91 0,50 0,36
Desvío Estandar
1 '337 0,700 1, 582 0,660
o, 114
0,347 0,216
Coef. de Variación
3,57 6,29 3,67 11 , 35 12,56 70,02 59,33
12
T A B L A N. 3
~OlAS, OESVIOS EªTANDAR Y COEFICIENTES DE VARIACION PARA LOS PROMEDIO§ MOVILES DE 90 COLADAS CONSECUTIVAS
Composición Dióxido de Silicio Oxido de Aluminio Oxido de Calcio Oxido de Magnesio Azufre Oxido de Manganeso (II) Oxido de Hierro (II)
Media 37,43 11 1 13 43,23 5,79 0191 0149 0,37
Desvío Coef. de Estandar Variación
0,609
1 , 63
0,327
2,94
0,774
1 179
0,399
6,89
01036
3,97
o1133 26,96
0,060 16,42
T A B L~A~~N~·--~4 COEFICIENTES DE VARIACION PARA LAS ESCORIAS DE SOMISA, LAS
~E REFERENCIA Y EL C~MENTO EN ESTUDIO
SOMISA
Comp.
A
1 Col 90 Col
B e D Ei Ef F
Si02 3,57 1 '63 1, 30 1188 1 , 29 1 '36 1, 63 0,85 1, 94
Al203 6,29
cao 3,67
2,94 3,72 3,65 2,72 2, 12 2,24 1 150 10,23 1 t 79 2,90 2,42 1 , 80 1 1 70 1 160 0,82 0196
MgO 11 , 34 6,89 5,07 12,75 4,89 5,65
7,65
A: AH No. 1/1964 B: AH No. 2/1964 C: AH No. 1/1965 0: AH No. 2/1965
( 1 ) Ei: Francia/1973 Sin homog. (9) (1) Ef: Francia/1973 homogeneizada (9) ( 1 ) F: Cemento util. en Sto.Grande (6)
(1)
13
T AB L A
VALORES PE QISTINTAS EXPRESIONES UTILIZADAS PARA PREDECIR LA HIPRAULICIQAQ. EN EUNCION DE LA COMPOSICION QUIMICA PE
LA ESCORIA
Fórmula Fórmula I Fórmula II Fórmula III Fórmula IV Fórmula V Fórmula VI
Media
1•e1
1. 18 . 1 '16 1 '31 1 ,50 1 f 51
Oesvfo Estandar Coef. de Variac.
0,098
6,07
0,083
6,38
0,077
8,63
0,082.
6,23
o' 106
7,06
O, 100
6,80
Fórmula I
cao + MgO + A1203
=
Si02
cao + Mgo + 1/3 Al203
Fórmula II =
Si02 + 2/3 Al203
- Fórmula III
cao
S102
- Fórmula IV
cao + Mgo Si02
- Fórmula V
cao + 1/2 MgO + Al203 Si02 + FeO + (Mn0)2
- Fórmula VI
cao + 1/2 MgO + A1203 Si02 + MnO
14
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<ll Fábrica ·de cemento • Capitales de Estados
Fig. 1; ubicación de los Altos !lomos y distancia a Smt Nicolás
de las fábricas de cemento más cercm;.1s.
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Fig. 4: Siste112as de almacenamiento
Fig. 5: Sistemas de recuperación del material
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CARACTERIZACION PE ESCORIA DE ALTO HORNO GRANULADA
RESUMEN
La escoria granulada de alto horno puede destinarse a elaborar cemento mezcla por molienda conjunta con clinker portland o puede molerse en forma separada para utilizarse como constituyente de morteros y hormigones o integrar cementos de/con escoria. En ambos casos, es necesario proceder a caracterizar el material, determinando las propiedades que lo identifican y determinan su comportamiento fisico y mecánico.
En este trabajo se resumen las formas usuales de caracterización de escoria granulada de alto horno y de la escoria granulada molida. Se indica brevemente las diferentes alternativas disponibles y los valores sugeridos para las distintas variables en función de las caracteristicas de las escorias locales.
El destinatario principal de este trabajo es el usuario, por lo que los ensayos más tecnificados, utilizados en tareas de investigación o desarrollo, pueden no estar incluidos en el mismo.
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CARACTERIZACION DE ESCORIA DE ALTO HORNO GRANULADA
1. INTRODUCCION
La necesidad de caracterización de la escoria de alto horno puede presentarse en distintas circunstancias, ya sea cuando se trata de procesar el producto para obteher escoria granulada de alto horno molida, para obtener cementos mezcla por sustitución parcial de cemento portland por escoria de alto horno o cuando se desea emplear escoria granulada de alto horno molida en la preparación de hormigones y morteros adicionándola directamente en la mezcladora.
De acuerdo con el alcance y la profundidad del análisis requerido, las técnicas pueden alcanzar cierta complejidad. En este trabajo se presentan los ensayos y determinaciones que se realizan usualmente para caracterizar el producto.
La propiedad más importante a los fines de utilizar la escoria granulada de alto horno molida como material cementicio es su hidraulicidad, o sea la capacidad de reaccionar con el agua y proporcionar resistencia a morteros y hormigones. Otras propiedades tales como el color y la molturabilidad son menos relevantes para el usuario, aunque esta última determina la cantidad de energía consumida en la molienda.
2. CARACTERIZACION
Son diversos los factores que influyen.sobre la hidraulicidad de la escoria. El análisis de cada uno de ellos permite obtener pautas de su capacidad ligante y en ello se basa la caracterización de las escorias de alto horno granuladas.
2.1. Grado de vitrificación (contenido de fase vítrea)
El grado de vitrificación depende de las condiciones de enfriamiento de la escoria y su composición quimica. La bibliografía indica que no existe un contenido de fase vítrea mínimo para asegurar adecuada hidraulicidad, aunque los resultados óptimos se obtendrían para aproximadamente un 95 % de vidrio. Aún así, no hay buena correlación entre los resultados de resistencia a la compresión y el contenido de fase vítrea.
En la práctica, el usuario de la escoria granulada no puede modificar las condiciones de la materia prima, por lo que la determinación del contenido de
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vidrio o fase vítrea puede realizarse para controlar la uniformidad en la escoria recibida.
Para su determinación, existen diferentes técnicas. El método quizás más ajustado es el Método McMaster Modificado adoptado por las normas canadienses (CSA A363 - M1983) y que consiste básicamente en un conteo al microscopio. En el INTI se ha desarrollado un método equivalente utilizando luz transmitida y un polarizador. También se utilizan técnicas de difracción por rayos X en forma cuantitativa, empleando distintos patrones de referencia.
Las djstintas técnicas no son comparables en cuanto a los resultados obtenidos y, para el caso de las técnicas de determinación por microscopía, el valor depende de la finura de molido de la muestra analizada. Para minimizar la dispersión de resultados se debe trabajar con la fracción comprendida entre los tamices #200 y #230 ó #325 (75, 62 y 45 ~m respectivamente).
Hay otros factores determinantes del comportamiento de la escoria, por lo que es difícil asignar al contenido de fase vítrea un valor mínimo absoluto. En algunos casos, se pueden obtener buenos resultados con valores tan bajos como 65 %. Debemos resaltar que tanto la escoria granulada de SOMISA como la de AHZ poseen un elevado porcentaje de fase vítrea.
2.2. Composición química
La composición química está determinada por el funcionamiento del alto horno y existe un rango más o menos amplio de composiciones para las cuales la escoria presenta buena hidraulicidad. Se han definido distintos índices para determinar la reactividad potencial en función de su composición química, pero ninguno presenta buena correlación con la resistencia a compresión de morteros a todas las edades [1]. En general, distintos autores coinciden en aceptar que lo importante, más que una composición química determinada, es una buena constancia en el tiempo.
De acuerdo con el estudio de uniformidad que se realizara hace unos a~os con la escoria de SOMISA [2], la homogeneización de coladas permite obtener una menor dispersión en la composición química que la que se observa para los cementos portland que se comercializan en nuestro país.
Algunas escorias presentan características particulares, como las de Sudáfrica y Canadá, que tienen un contenido elevado de óxido de magnesio (16, 18 %) pero no se han detectado expansiones excesivas por la
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presencia de periclasas. En nuestro país, la escoria de Altos Hornos Zapla tiene una composicón química particular por las características del alto horno, por esta razón, se la trata en forma separada [3] en este
:~eminario.
2.3. Composición mineralógica
La composición mineralógica determina las propiedades hidráulicas de la escoria en forma más determinante que la composición química. La forma de determinar los principales constituyentes es desvitrificar la escoria la escoria y permitir la completa formación de cristales; se encuentra principalmente series de solución sólida de melilita, gehlenita, akermanita y, en menor cantidad, monticelita, diópside, merwinita y otros compuestos.
Sin embargo, distintos autores coinciden en expresar que no se pueden evaluar las propiedades hidráulicas por medio del cálculo de los minerales correspondientes a esa composición en equilibrio. Los estudios de estas características son muy restringidos y se realizan con fines experimentales y de investigación.
2.4. Finura de molido
La finura de la EAHGM es un factor importante en cuanto la misma influye en la ganancia de resistencia que se puede alcanzar en morteros u hormigones. Un aumento de la finura de la EAHGM lleva a un incremento en la velocidad de reacción, otorgando mayor resistencia a todas las edades para cualquier porcentajes de remplazo. Por otro lado, una mayor finura implica un mayor consumo de energía y por arriba de ciertos valores, un desmejoramiento de otras propiedades, por lo cual se busca generalmente una solución de compromiso.
Las finuras usuales son mayores a las del cemento portland y se encuentran entre 380 y 600 m2/kg, dependiendo de las características propias de las diferentes escorias y las propiedades deseables para el producto. De acuerdo con nuesta experiencia, una finura aceptable para la escoria de SOMISA sería de 400 m2/kg [4].
Las formas de control de la finura de molido son numerosas; por tamizado simplemente se determin;; un porcentaje en masa menor a un cierto tama~o; ot·a~ técnicas, permiten estimar un tamaRo medio y las más ;nodernas, por ejemplo granulómetro a rayo laser,
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brindan información para conocer la distribución de tamaños de las partículas.
El método comunmente utilizado para evaluar la finura es la permeametria por el Método de Blaine, que vincula la finura a la superficie especifica de una masa determinada de polvo. Es importante también controlar que no existan demasiadas partículas mayores a 45 ~m pues prácticamente no contribuyen a la actividad hidráulica.
2.5. Tipo de activación
El tipo de activación es determinante de la forma y velocidad en que se manifiestan las características hidráulicas latentes de las escorias. Se pueden citar numerosas sustancias, la mayoría alcalinas o de reacción alcalina en solución, pero la que presenta mayor importancia es el cemento portland, presente en prácticamente todos los hormigones.
Precisamente, se utiliza al cemento portland como el activad~r de control para medir la actividad hidráulica de las escorias a través de la determinación del "Indica de Actividad". De esta manera, se resume en una sola evaluación todas las otras características mencionadas, obteniendo valores de fácil interpretación y sencilla vinculación con el destino final del producto: ligante en morteros y hormigones.
Este Indica de Actividad de la Escoria [S.A.I.] ha sido adoptado en EEUU y Canadá y consiste en comparar la resistencia a la compresión de morteros normalizados preparados con el cemento portland de referencia y los obtenidos utilizando una mezcla 50% de cemento portland/50% de escoria granulada molida. El valor porcentual de comparación se determina a la edad de 28 días y, en función del mismo, puede asignarse un "grado" característico a la escoria.
A efectos de estudiar la evolución de resistencia, se se determinan índices para 3, 7 ó más días. En la Tabla 1 se transcriben de la norma ASTM C989-85 "Ground !ron Blast Furnace Slag for Use In Concrete and Mortars" los requisitos físicos en lo que respecta a la resistencia a la compresión para determinar el "grado" correspndiente.
Los resultados obtenidos al caracterizar la escoria de SOMISA y Altos Hornos Zapla [4] [3] muestran que el Indica de Actividad de la Escoria no representa la actividad hidráulica propia de la escoria sino que refleja el comportamiento de la dupla cemento-escoria; una misma escoria presenta diferente actividad con distintos cementos, hecho que determina la necesidad de evaluación para cada caso en particular.
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Otro tipo de activación, distinta de la quimica, es la térmica, ya sea a presión atmosférica o en autoclave. En el primer caso, se aceleran las reacciones de hidratación, pudiendo obtenerse mayores resistencias a corta edad. Se realizó una primera aproximación al tema utilizando la escoria de SOMISA [5], para estudiar la influencia de las variables que intervienen en el proceso. En el otro caso, se trabaja con
temperaturas superiores a 100 ·e y presión mayor a la
atmosférica [6-7]. Se inducen reacciones diferentes y puede combinarse este efecto cori la activación quimica.
2.6. Otras caracteristicas que suelen evaluarse
2.6.1. Contenido de agua retenida
Previo a la molienda del producto granulado, es necesario eliminar por secado el exceso de agua retenida, operación que demanda tanta más energía cuando mayor es el contenido de agua de la escoria. Este aspecto no afecta a las propiedades finales del producto pero interviene en la ecuación económica del proceso global.
2.6.2. Molturabilidad
Esta propiedad es determinante de la energía requerida para lograr la molienda de la escoria hasta finuras compatibles con el destino que se persiga. En general, podemos indicar que son necesarias finuras más altas que las usuales para los cemento portland para compensar la escasa contribución a la resistencia a corta edad.
2.6.3. Caracteristicas morfológicas y color
La descripción morfológica de su·exámen al microscopio no resulta demasiado ótil para predecir su comportamiento en morteros y hormigones, aunque en algunos casos puede brindar información adicional acerca del proceso de enfriado, cristalización parcial, contaminación con arrabio, porosidad y molturabilidad potencial. En lo que respecta al color, existe una regla empírica que puede resultar interesante como evaluación preliminar: "Mientras más claro sea el color d~ la escoria, supuestas constantes las demás variables, mejor será su performance como adición hidráulicamente activa", Sin embargo, no debemos perder de vista la influencia de la presencia de ciertos compuestos quimicos en el color final del producto y la eventual contaminación con coque, carbón o arrabio.
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REFERENCIAS 1. Smolczyk, H.G. "The effect of the Chemistry of the
Slag on the strength of Blast-furncace Cementa" Zement, Kalk, Gips 31(6):294-296; 1978 2. Longo, A.; Berbeglia, A. "Estudio de la Uniformidad de la Escoria Granulada Producida por un Alto Horno", V Reunión Técnica de la Asociación Argentina de Tecnologia del Hormigón, La Plata, Octubre 1982. 3. Longo. A.; Fernandez Luco, L. "Evaluación de la Escoria Producida por el Establecimiento Alto Hornos Zapla" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción,· Buenos Aires, Junio 1991. 4. Longo, A.; Fernandez Luco, L. "Cementos Mezcla en base a Escoria de Alto Horno Granulada" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción, Buenos Aires, Junio 1991. 5. Longo, A.; Fernandez Luco, L. "Influencia de la Temperatura de Curado en los Cementos Mezcla" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción, Buenos Aires, Junio 1991. 6. Miretti, R.E. et al. "Hormigones Celulares en Base a Escoria Granulada de Alto Horno" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción, Buenos Aires, Junio 1991. 1. CITAC - Instituto Nacional de Tecnologia Indust~ial, Informe Interno, 1990.
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Tabla 1: Indicas de actividad de la escoria necesarios en función del grado asignado para la edad de 7 y 28 dfas, ASTM C 989-86 "Physical Requiremehts"
Grado asignado
Grado 80 Grado 100 Grado 120
Grado 80 Grado 100 Grado 120
Promedio de las 5
llltimas muestras consecutivas
Cualquier muestra individual
....I.n.dica a 7 dfas ......
75
70
95
90
Indica a 28 dfas
75
70
95
90
115
11 o
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CEMENTOS MEZCLA EN BASE A ESCORIA DE ALTO HORNO GRANULADA
RESUMEN
La escoria de alto horno granulada molida presenta capacidad hidráulica latente que se manifiesta cuando se la activa adecuadamente.
Se utilizó cemento portland y cal aérea como activadores, formulando mezclas binarias (escoria - cemento portland) y ternarias (escoria- cal -cemento). Se realizaron ensayos de caracterización de estos cementos mezcla, evaluando propiedades ffsicas y mecánicas a diferentes edades. Las mezclas se obtuvieron por molienda en escala de laboratorio, alcanzando distintas finuras para evaluar su influencia sobre las propiedades fisicas y sobre el desarrollo de resistencia.
Los resultados obtenidos son muy satisfactorios y muestran que es posible utilizar la escoria de alto horno granulada producida por SOMISA como remplazo parcial de cemento portland.
Se desarrolló además un cemento de alba~ilerfa, con excelentes prnpiedades reológicas en estado fresco y adecuada resistencia a la compresión.
Los cementos mezcla obtenidos se utilizarán en morteros y hormigones en la construcción del prototipo.
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CEMENTOS MEZCLA EN BASE A ESCORIA DE ALTO HORNO GRANULADA
1. INTRODUCCION Los elementos que forman parte del cemento
portland normal están presentes en la composición quimica de la escoria granulada molida, aunque con estructura y proporciones diferentes; en condiciones normales no reaccionan fácilmente, necesitándose la presencia de agentes externos que ''activen" esa capacidad latente.
Convenientemente activada, la escoria granulada molida es capaz de desarrollar propiedades ligantes análogas a las de un cemento portland pero debe distinguirsela de las puzolanas pues la formación de compuestos de hidratación puede producirse con agentes activantes distintos del hidróxido de calcio generado en la hidratación del cemento portland y el consumo da aste reactivo no es proporcional a la cantidad de escoria presenta.
Los mecanismos que se desarrollan para "liberar" la capacidad hidráulica latente han sido desarrollados por distintos autores [1-2].
Los activadoras más comunmente usados son el hidróxido de calcio (cal), el cemento portland y el yeso, aunque otros compuestos, entra los que podemos citar el sulfato de sodio, el hidróxido de sodio y el silicato da sodio, también han sido ensayados con éxito [3-4] como se ha expuesto en este Seminario [5].
El cemento portland es el activador qua tiene mayor importancia desde el punto de vista práctico para la elaboración de hormigones y el Proyecto se ha desarrollado empleando principalmente este material.
La elevación de temperatura favorece y acelera las reacciones de hidratación, normalmente algo más lentas que las del cemento portland normal, su influencia ha sido estudiada y los resultados se expondrán en este Seminario
[6].
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2. PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS
Se prepararon por molienda conjunta distintas mezclas binarias utilizando clfnkeres de dos orfgenes diferentes y escoria granulada. Los niveles de remplazo se eligieron de modo de cubrir el rango entre 30 %y 90% de escoria y se estudiaron tres finuras de molido. La. mayor finura mejora el comportamiento mecánico de los cementos mezcla, principalmente a edades cortas, pero aumenta en forma no proporcional el consumo de energfa. Este hecho justifica el extenso plan desarrollado para optimizar estas variables; si bien la validez de estos resultados se restringe a las condiciones de laboratorio en que fueron implementados, los mismos han sido confirmados por los resultados en obra.
3. MATERIALES
3.1. Clinkeres
Se utilizó clínker de dos fábricas. Se trituró en dos etapas, utilizando un molino a mandíbulas y otro a rodillos. Su composiciones químicas y densidades figuran en la Tabla 1.
3.2. Escoria Granulada de Alto Horno
Se utilizó escoria granulada proveniente del Alto Horno NQ 1 que SOMISA posee en San Nicolás, la que fue caracterizada mediante diferentes ensayos: análisis químico, análisis granulométrico, densidad y contenido de fase vítrea. Los resultados se indican en las Tablas 2 y 3.
3.3. Yeso
El yeso utilizado, de origen natural y tal cual se extrae de la cantera, fue previamente triturado. Su análisis químico se indica en Tabla 4.
3.4. MezclAs preparadas
Se prepararon distintas mezclas, variando el porcentaje de remplazo de clfnker por escoria y el clfnker. La cantidad de yeso se mantuvo constante en el 4 %, adoptando el criterio de mantener la misma dilución en volumen. Las distintas mezclas preparadas y sus composiciones se indican en Tabla 5.
3.5. Molienda
Se estudiaron tres niveles de finura, determinados en base al ensayo del permabilímetro de Blaine: 300,
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400 y 500 m2/kg, ya que pruebas preliminares realizadas en nuestros laboratorios en diferentes condiciones demostraron que es muy dificil alcanzar una finura de molido mayor de 500 m2/kg Blaine en muestras con alto contenido de clínker por el empastamiento de los cuerpos moledores, descartándose el uso de coadyuvantes de molienda para no introducir variables adicionales. Por esta razón, para las mezclas sin escoria (composición nominal 100 % de clinker) se alcanzó solamente los 400 m2/kg.
Se ~valuó para todos los casos la finu~a alcanzada en función del tiempo necesario de molienda (proporcional a la energía consumida).
Los tiempos necesarios para alcanzar las superficies específicas de 300, 400 y 500 m2/kg para todas las mezclas se resumen en las Tablas 6 y 7.
En las Figuras 1 y 2 se grafican los valores correspondiente• a los ceméntos mezcla que contienen 90, 60 y JO % de escoria respectivamente.
Un análisis más detallado de los resultados concernientes a la molienda conjunta pueden consultarse en otro trabajo [7]. A continuación, se transcriben un breve resumen de las con¿lusiones generales.
En general, los tiempos de molienda se incrementan para aumentos en el contenido de escoria, aunque esta observación es válida para finuras en el orden de los 300 m2/kg. Para finuras más altas, los míni~os tiempos de molienda se presentan para contenidos de escoria del 30 al 40 %. Los resultados se pueden interpretar a través del efecto abrasivo que ejercen las partículas de escoria, facilitando la reducción de las partículas de clinker. También disminuye la aglomeración de las partículas de cl1nker, la que se manifiesta para contenidos de este material superiores al 60 %, ya que la escoria no tiende a aglomerarse.
Para el clinker C se puede observar que para obtener una resistencia de 30 MPa ( norma IRAM 1636 ) a 28 días, el consumo de energía se incrementa en el orden 100%, 70%r 60%, 40%, 30%, 50% y 20% de clfnker, mientras que para el clínker B el orden es 100%, 60%, 50%, 70%, 40%, 30% y 20%.
Para una resistencia de 35 MP, a 28 dias, el consumo de energía se incrementa en el orden: 100%, 70%, 60%, 40%, 30-50%, y 20% de clfnker y 60%, 50~, 40%, 70%, 30%, y 100% de clínker, para e y B respectivamente.
Estos resultados son válidos para las condiciones de molienda utilizadas y demuestran que no siempre se consume más energía en la molienda de los cementos de escoria y que sobre la misma influyen las características del clinker y la resistencia que se busca alcanzar.
Este análisis se deberá realizar, con los ·materiales de cada caso, simulando las condiciones industriales de molienda, ten1endo en cuenta, por ejemplo,
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si la molienda es a circuito cerrado o abierto, la utilización de cylpebs o de ayuda-molienda, etc.
4. ENSAYOS
4.1. Ensayos Físicos
Las muestras preparadas fueron sometidas a los ensayos usuales de caracterización de cementos: agua para pasta de consistencia normal, material retenido en tamiz 75 um, expansión en autoclave, contracción por secado, tiempo de fraguado y densidad. Las densidades fueron calculadas a partir de los valores correspondientes de. los componentes de la mezcla y su composición; algunos valores fueron determinados en forma experimental como control. Los resultados se muestran en las Tablas 8 a 13.
4.2. Ensayos Mecánicos
Los cementos mezcla obtenidos fueron ensayados
a la compresión siguiendo las instrucciones de la norma ASTM C109. Se moldearon probetas cúbicas de 50 mm de arista con mortero de la siguiente composición:
Arena Cemento Agua
w1 e
1375 g 500 g 242 g
0,485
De acuerdo con las especificaciones de la norma se utilizó la arena llamada "de Ottawa", cuya distribución de tama~os se describe en la Tabla 14.
Las probetas se mantuvieron cubiertas durante 24 horas en sala de moldeo y luego se desmoldaron y sumergieron en agua saturada con cal hasta la edad de ensayo.
Los valores de resistencia a la compresión a las edades de 3, 7 y 28 dfas para los cementos compuestos por
escoria y clínker e y B se pueden observar en la Tabla
15. En las Figuras 3 a 8 se grafican estos resultados. Para analizar la contribución de la escoria al
desarrollo de resistencia, se calculó el valor porcentual referido al correspondiente a la mezcla de igual finura sin escoria. Los resultados se resumen en la Tabla 16 y se grafican en Fig. 9 a 14.
Se realizaron ensayos adicionales con ambos clínkeres para estudiar la evolución de resistencia hasta la edad de 90 dfas. El contenido de clínker de estas muestras fue de 30, 40, 70 y 100 ~ nominal y su superficie específica, 400 m2/kg Blaine. Los resultados se muestran en Tabla 17.
31
Los valores del Indice de Actividad de la Escoria (S.A.!.) calculados para la escoria en estudio se pueden observar en la Tabla 18, y se la puede clasificar con grado
100 y 80 para los clínkeres B y e respectivamente y finura
de 500m2/kg. Para el clínker B, se está muy cerca del gr·ado 120.
5. CONCLUSIONES
Se observa que para distintos valores de resistencia hay un porcentaje de remplazo, dependiennte del clínker utilizado, que minimiza el tiempo de molienda, es decir, el consumo de energía.
La escoria en estudio muestra un comportamiento muy diferente con los dos clínkeres. Con el de mayor contenido de álcalis, menor resistencia y molturabilidad, clinker B, la contribución de la escoria al desarrollo de resistencia es superior y se manifiesta. para edades más
tempranas que en el caso del clínker c.
En las Figs. 15 y 16 se representa la evolución de resistencia hasta 90 días para los cementos con O, 60 y 70 % de escoria, donde puede observarse las diferencias señaladas.
El desarrollo de resistencia con la edad, hasta 28 días, para los cementos con 90, 60 y 30 % de escoria, muestra un comportamiento de ac~erdo con lo esperado.
La influencia de la finura sobre la resistencia a compresión para las distintas edades y para los cementos con 90, 60 y 30 % de escoria se muestra en las Figs. 17 y 18 donde se puede observar que para el
clinker e la molienda más fina contribuye más a 28 días que
a 3-ó 7 dias. Con el clínker B la influencia de la finura es similar, pero disminuye, a la edad de 28 días, para los cementos con mayor contenido de clfnker.
Con clínker e, la resistencia a la compresión
aumenta en general con el contenido de clinker, no evidenciándose una contribución muy importante de la escoria hasta los 7 días. Para 28 días, sin embargo, se manifiesta un mayor aporte relativo para un contenido de escoria en el rango del 60 al 70%. Para 90 días y 400 m2/kg de finura Blaine, las mezclas con 40 y 70 % de clínker superan al control.
Con clínker B, la contribución de la escoria a la ganancia de resistencia se observa a los 3 días para la finura de 500 m2/kg, a los 7 días para las finuras de 400 m2/kg y 500 m2/kg y a los 28 días para todas las finuras.
A esta edad y para un contenido de escoria entre 40 y
70 %, el aporte es máximo, el que, para la finura de 500 m2/kg permite superar al control en este rango de
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reemplazo. A la edad de 90 dfas y de acuerdo con la información obtenida por el ensayo de algunas muestras, todos los cementos mezcla con finura de 400 m2/kg superan al cemento control.
En resumen, con el clfnker B se supera, a la edad de 28 dfas, entre un 8 ·y un 27 • la resistencia del cemento control, para finuras de 400 y 5.00 m2/kg, mientras
que con el clfnker e las resistencias de los cementos
mezcla no superan a la del control a la edad de 28 dfas aunque esto sf ocurre alrededor de los 60 dfas aproximadamente, con el cemento que contiene 80 ~ de escoria.
Los requisitos de resistencia mfnima a 3, 7 y 28
dfas de la norma ASTM e 595 ( 12.4, 19.3 y 24.1 MPa ) y los
de la norma IRAM 183é ( 17 y 30 MPa ) a 7 y 28 dfas no son cumplidos por todas las composiciones. Se puede observar de la Tabla 18 los contenidos mfnimos de clfnker para cumplir con los requisitos de norma en cada caso. Se debe tener en cuenta que los ensayos se realizaron de acuerdo con la norma ASTM que difiere de la norma IRAM, por lo cual los valores, respecto a esta altima, son solamente orientativos.
6. CEMENTOS PARA ALBAAILERIA Los cementos para albaftilerfa deben presentar,
además de buenas propiedades mecánicas y estabilidad volumtrica, adecuada plasticidad y capacidad de retención de agua. ·Para conferir estas caracterfsticas, es usual el uso de caliza e incorporador de aire en cementos de alba~ilerfa y de cal area o hidratada sagan corresponda en obra. En nuestro caso, se utilizó una mezcla escoria-cal en estudios preliminares para dise~ar un cemento para alba~ilerfa [8]. Los resultados mostraron la necesidad de .utilizar un aditivo plastificante e incorporador de aire y de incluir cemento portland normal en la formulación para mejorar el comportamiento reológico y mecánico a corta edad respectivamente. El cemento finalmente formulado cumplió con las especificaciones de la norma IRAM 1685 para Cementos de Albaftilerfa en los ensayos de laboratorio.
Este cemento fue utilizado para la confección de mortero de revoque de los paneles de la vivienda prototipo, como se seftala en otro trabajo presentado en aste Seminario
[9] ..
33
6.1. Materiales
6.1.1. Escoria De Alto Horno Granulada
Se utilizó Escoria Granulada Molida en la Planta Piloto de molienda que SOMISA posee en San Nicolás. ~us caracteristicas fisicas y composición quimica se indican en la Tabla 19.
6.1.2. Cal Hidratada
De acuerdo con los resultados de estudios previos,, se uti 1izó cal area hidratada en polvo. Se el igió una cal proveniente de la Prov. de San Juan. Sus caracteristicas fisicas y composición quimica se describen en Tabla 20.
6.1.3. Cemento Portland Normal
Se utilizó cemento portland normal producido en Olavarria, Provincia de Buenos Aires.
6.1.4.
Aditivo Incorporador De Aire Y Plastificante
Se utilizó un producto comercial constituido por ácidos carboxilicos grasos y aromáticos neutralizados, el que se presenta como un só1ido soluble en agua. Se utilizó la misma dosis que para trabajos anteriores [8], esto es, 18 mg/kg de ligahte y se incorporó a la mezcla diluido en agua en solución 1g/100g.
6.2. Ensayos sobre Mortero Fresco
Se trabajó en dos etapas. En la primera, se prepararon morteros no normalizados, esto es, la relación ligante/arena fue menor a la que establecen las normas IRAM, con el objeto de establecer comparaciones en estado fresco y endurecido con un mortero tradicional (1:1:6). En la segunda, se buscó caracterizar la mezcla ternaria utilizando las proporciones establecidas por norma. En este caso, el patrón de referencia lo constituyó un cemento de alba~ilerfa comercial. Los contenidos de cal utilizados fueron 20, 25, y 30 ~de cal en el primer caso y 15, 20 y 25 ~ en el segundo. Las composiciones de las mezclas ternarias se detallan en Tabla 21 y las de los morteros en la Tabla 22.
En todos los casos se utilizó arena normalizada, integrada por tres fracciones, cuya granulometrfa figura en la Tabla 23. La cantidad de agua se ajustó de modo de alcanzar una fluidez de 110 +/- 5 ~. El porcentaje de aire incorporado fue del 18 ~ aproximadamente.
34
Se realizaron ensayos de retención de agua contra succión de acuerdo con la norma IRAM 1679 "Cementos de albañilería, método de ensayo". La capacidad de retención de agua de los morteros con 18% de aire incorporado (nominal) se indica en Tabla 24.
Se moldearon probetas prismáticas de 40 x 40 x 160 mm, las que fueron desmoldadas a las 48 horas para prevenir roturas. El curado se realizó sumergiendo las mismas en
agua saturada con cal a 21 ·e hasta la edad de ensayo.
6.3. Ensayos Sobre Mortero Endurecido Se realizó ensayo de flexión y compresión a las edades de 3, 7, 28 y 90 días. Los resultados se indican en Tabla 25. En la Fig. 19 se grafican los resultados de resistencia a la compresión, por ser más representativos.
7.
ANALISIS DE RESULTADOS
Es importante destacar las excelentes características del mortero fresco en lo que respecta a su cohesión y plasticidad, igualando y en algunos casos superando a
los cementos de albañilería de uso comercial, ensayados como referencia.·
Los valores de resistencia a compresión a tres días son bajos y disminuyen con el incremento en el contenido de cal. A 7 y 28 días la resistencia disminuye levemente con el contenido de cal, aunque este comportamiento no está
bien definido pues para las mezclas con 20 y 25% de cal existen algunas inversiones.
Los valores de resistencia a flexión muestran un comportamiento menos definido, aunque los valores se mantienen en el mismo orden.
8. CONCLUSIONES
Los resultados son buenos pues en general muestran que un cemento de albañilería compuesto por escoria-cal podría competir ventajosamente con los cementos comerciales.
Las características reológicas de los morteros son excelentes pero debe prestarse especial cuidado a las condiciones de curado en obra. Ensayos orientativos realizados en laboratorio indican una influencia importante del curado al aire, el cual impide alcanzar los valores de resistencia obtenidos por el curado húmedo [7]. La incorporación de un 15% de cemento a la mezcla permite esperar una menor sensibilidad a las deficiencias de curado.
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REFERENCIAS 1. Kondo, R. and Ueda, S. "Kinetics and Mechanism of the •iidration of Cementa", Proceedings, Fifth International Symposium on the Chemistry of Cement, 4;270, Tokyo, 1969. 2. D'Ans, J. and Eick, H. "Investigations on the Setting Procesa of Hidraulic Blast-Furnace Slag", Zement, Kalk, Gips, 7:449-459, 1954. 3. Voinovitch, I; Raverdy, M.; Dron, R; "Ciment de Laitier Granulé sana clinker", 7" Congreso Internacional de Qufmica de! Cemento, París, 1980. 4. Kukko, H; Mannonen, R. "Chemical and Mechanical Properties of Alkali-Activated Blast-Furnace Slag Concrete (F-Concrete)", Nordi6 Concrete Research, Pub.1 16/82. 5. Douglas, E; Bilodeau, A. and Malhotra, V.M. "Alkali Activated Blast-Furnace Slag Concrete. Proportioning and Properties" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción. Junio 1991, Buenos Aires, Argentina. 6. Longo, A.; Fernandez Luco, L. "Influencia de la Temperatura de Curado en los Cementos Mezcla" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción. Junio 1991, Buenos Aires, Argentina. 7. Longo, A.; Lopez, A.R. "Cementos de AlbaRilerfa en Base a Escorias de Altos Hornos" IX Conferencia Interamericana sobre Tecnologfa de Materiales, Octubre 1987, Santiago, Chile. 8. Longo, A; Fernandez Luco, L.; "Cemento de AlbaRilerfa Compuesto por Escoria-Cal" 8a. Reunión Técnica de la Asociación Argentina de Tecnologfa del Hormigón, Octubre de 1989, Villa Carlos Paz, Córdoba, Argentina~ 9. Fernandez Luco, L; Longo, A. "Empleo de la Escoria de Alto Horno Granulada en la Construcción d3 una Vivienda" Seminario Latinoamericano sobre Utilización de Escorias de Altos Hornos en la Construcción. Junio'1991, Buenos Aires, Argentina.
36
Tabla 1: Composición quimica y densidades de los clinkeres (g/100g)
Residuo insoluble ........•• Dióxido de silicio (Si02) .•. Oxido de aluminio (Al203) .•. Oxido de hierro (Fe203) ...•. Oxido de calcio (CaO) ...•.•. Oxido de magnesio (MgO) .... Trióxido de azufre (503) .••. Oxido de calcio libre ....•. Oxido de sodio (Na20) ..... . Oxido de potasio (K20) ..... . Alcalinos totales ..•.......
Densidad (g/cm3) ........... .
Cl ínker
B
0,39 20, 1
6' 1o
3,61 62,4
3,61 0,49
1 , 15
0,64
1 '4 7 1 , 41
31 12
Clínker
e
o, 11
21 , 7
5, 18
3,53 66,0
0,68 0,39 0,41 0.39 1, 36 1 '29
3' 13
Tabla 2: Escoria de alto horno granulada, análisis granuJométrico.
Tamiz Nro
4
8 16 30 50 100 Fondo
% Ret. acum.
0,9 7,7 36' 1 83,5 92,3 96,2 100,0
37
Tabla 3: Escoria de alto horno granulada, análisis quimico, contenido de fase vítrea y densidad.
Residuo insoluble Dióxido de silicio (Si02) ..... Oxido de aluminio (Al203) ••..
Oxido de hierro (Fe203) ..... . Oxido de manganeso (mn203) .. . Oxido de calcio (CaO) ....... . Oxido de sodio (Na20) •....... Oxido de potasio (K20) ....... . Oxido de magnesio (MgO) ...... . .Trióxido de azufre (S03) ..... .
Su 1fu ro (S=) .....•..•........ Alcalinos totales ...•........
0,77 36,5 12,5
g/....100g
1 • 31 1, 03 42,9
...
0,38 11
0,78
3,74
o' 11
0,84 0,89
.....
Densidad .................... . 2,92 g/cm3
Porcentaje de fase vítrea
97,5%
Tabla 4: Yeso, composición química.
Residuo insoluble+ Dióxido de silicio. 0,76. g/100g
Oxidos precipitables por amoniaco •.•.. 0,32 ..
Oxido de calcio (CaO) ....•.........•.. 33 t 1 "
Oxido de magnesio (MgO) .............. . 0,02 u
Trióxido de azufre (S03) .•.........••. 43,9 u
Dióxido de carbono (C02) ...•.......... 0,64
Cloruro (el-) ........................ . 0,04
Agua combinada ...•.................... 20,2 S04Ca. 2H 20 ............•..•........••.. 94,3
.
38
Tabla 5: Composición de las diferentes mezclas y denominación de las mismas.
Ej: 84 70 B: Origen del clínker utilizado 4: Finura de molienda (400 m2/kg)
70: Porcentaje de clínker en la mezcla
Designación
B/C X 00 B/C X 70 B/C X 60 B/C X 50 B/C X 40 B/C X 30 B/C X 20 B/C X 10
Contenido porcentual (en masa)
Clínker
96 67.2 57.6 48.0 38.4 28.2 19.2
9.6
Yeso
4 4 4 4 4 4 4 4
Escoria
'
---
28.8 38.4 48.0 57.6 67.2 76.8 86.4
Nota: La "x" indica que no se identifica la finura
porque las proporciones se mantienen para las
mezclas molidas a distinta finura.
·
Tabla 6: Tiempo necesario (h:min) para alcanzar superficie específica de 300, 400 y 500 .m2/kg
(Blaine), clínker e
Superficie especifica Blaine (m2/kg)
Mezcla
300
400
500
CxOO Cx70 Cx60
ex so
Cx40 Cx30 Cx20
cx10
1:20 1 :35 1:45 1:55 2:00
2:05
2: 1o
2:25
3:05
3: 1o
3:25
3:55 3:45 3:35 3:40 4: 15
9:00 7:50 7:30 6:55
6:45
6: 1o
6:25
Nota: La "x" indica que no se identifica la finura
porque aparece como parámetro de encabezamiento de las columnas de la tabla.
39
Tabla 7: Tiempo necesario (h:min) para alcanzar superficie especifica de 300, 400 y 500 m2/kg (8laine), clinker 8
Superficie especifica 8laine (m2/kg)
Mezcla
300
400
500
8x00 8x70 8x60 8x50 8x40 8x30 8x20 8x10
3:00 3: 15 2:00 2:30 3:10 3:20 3:15 3:10
7:30 6:00 4:05
4:1 o
5:30 6:00 5:50 5:00
11:00 10:55
11:00 12:05 10:00 10:00 10:00
Nota: La ~x~ indica que no se identifica la finura porque aparece como parámetro de encabezamiento de las columnas de la tabla.
Tabla 8: Agua para pasta de consistencia normal
Mezclas C310 C410 C510 C330 C430 C530 C340 C440 C540
Agua (cm3) 22,4 23,0 23,8 21,6 23,0 24,4 21,8 23,0 24,4
Mezclas
Agua (cm3)
8310 8410 8510
21 '4
8320 8420 8520 21,8 23,0 24,0
8330 8430 8530
21 '4 22,8 24,2
8340 8440 8540 21,4 22,8 24,4
8370 8470 8570
21,6 22,8
Valores no determinados o cuyo resultado no es consistente.
40
Tabla
9:
Material para las
retenido muestras
en tamiz Nro 200 ( 75 pm )
preparadas con clfnker c.
Mezclas C310 C410 C510 C320 C420 C520 C330 C430 C530 C340 C440 C540 C350 C450 C550 C360 C460 C560 C370 C470 C570 C300 C400 C500
% retenido 6,0 2,5 0,7 7,8 2' 1 0,8
8,5 3,3 1 'o 1o, 1 2,6 1 '2
7,8 3,0 2,0 9,6 3.3 3,0 12,2 5, 1 5,0 11 '4 7,6
Tabla 9 (Cont.): Material retenido en tamiz Nro 200 ( 75 pm ) para las muestras preparadas con clinker B.
Mezclas 8310 8410 8510 8320 8420 8520 8330 8430 8530 8340 8440 8540 8350 8450 8550 8360 8460 8560 8370 8470 8570 8300 8400 8500
% retenido 10,6 4,9 1 '5
7,9 2,2 0,9 16,8 5,7 3' 1 17,2 5,5 3,2 15,7 6,2 6,2 17,2 8,3 2,0 19,9 6,5 5,0 14,2 9,6
41
Tabla 10: Expansión en autoclave
Mezclas
8330 8430 B530 8340 B440 8540
B400
Expansión ~
0,04 0,02 0,07 0,06 0,04 0,03
0,05
Mezclas
C330 C430 C530 C340 C440 C540
C400
Expansión ~
-0,01 -0,02 -0,04 -0,01 -0,03 -0,04
n.d.
Tabla 11: Contracción por secado
Mezclas
8330 B430 8530 8340 8440 B540 8300 8400
Contracción %
-0,10 -0,10 -0,10 -0,09 -O,t1 -0,12 -0,09 -0,11
Mezclas
C330 C430 C530 C340 C440 C540 C300 C400
Contracción ~
-0,08 -0,10 -0,11 -0,08 -0,08 -0,10 -0,09 -0,12
Nota: el signo (-) indica contracción
42
Tctbla 12: Tiempo de fraguado para la muestras elaboradas
con clinker c.
-------~-
Mezcla
C300 C400 C370 C470 C570 C310 C410 C510
Tiempo inicial (IRAM) 2:32
1 :39
2:28 2:04 1 : 27 4:48
4: 15 3:43
Tiempo inicial (ASTM) 2:46
1:59 2:47 2: 17 1:42 5:08
4:48
4:06
Tiempo final (IRAM-ASTM)
3:45 2:42
3:45 3: 15 2:30
8:00
6:30 6: 15
Tabla 12 (Cont): Tiempo de fraguado para la muestras elaboradas con clinker B.
Mezcla
8300 8400 8370 8470 8570 8310 8410
8510 "-·····-·
Tiempo inicial (!RAM) 2: 15 0:30 2:35 1:50
n.d. 4:55
4:00
3:50
Tiempo inicial (ASTM)
2:40
1 : 1o
3: 15.
2:25
n.d.
5:40
4:40
4:30
Tiempo final (!RAM ASTM)
3:45 2:00 3:50 3:45
n.d. 8:00
6:00 6:30
43
'.
Tabla.13: Densida(f teórica de las diferentes mezclas
preparadas con clínker e
.. Mezcla
C300 C400 C370 C470 C570 C360 C460 C560 C350 C450 C550 C340 C440 C540 C330 C430 C530 C320 C420 C520 C310 C4-1-0 C51 O
g/cm3
3' 13 3,05 3,03 3,00 2,98 2,95 2,93 2,90
Tabla 13 (Cont): Densidad teórica de las diferentes mezclas preparadas con clinker B.
Mezcla
8300 8400 8370 8470 8570 8360 8460 8560 8350 8450 8'550 8340 8440 8540 8330 8430 8530 8320 8420 8520 8310 8410 8510
g/cm3
3 J 13 3,05 3,03 3,00 2,98 2,95 2,93 2,90
Tabla 14: Granulometria de la arena de Ottawa, utilizada para ensayos de resistencia a la compresión (ASTM C 109)
Tamiz Nro. mm
16 30
40
50 100 Fondo
1 ' 18 0,60 0,425
0,30 O, 150
Retenido acumulado %
15,5 31 '7 64' 1 96,2 100,0
.. "'*~ ••
44
Tabla 15: Resistencia a la compresión para los cementos mezcla y de referencia a las edades de 3, 7 y 28 dias
Sp m2/kg
Resistencia a la compresión ( MPa )
Cl ínk
Cl{nker e
~
3 d 7 d 28 d
Cl tnker B 3 d 7 d 28 d
10 20 30 300 40 50 60
70 100
2' 1 2,4 3,9 6,2 7,3 $,3
11 ' 7 17,2
4,8 4,9 7,6 9,6
11 '3 14' 1 17,0 26,4
7,7 17 , 1 20, 1 22,8 22,2 24,3
28' 1 34,8
3,3 3,6 4,0 5,2 7,4 8,0 10,6 15, 1
6,6 6,2 8,5 9,4 12,4 13,6 19,7 25,8
12, 1 16,8
22' 1 22,7 23,0
21 1 5 28,5 29,7
10 20 30 400 40 50 60 70 100
3,2 4,0 7,9 9,0
11 '8 15,2 16,4 23,4
7,8 9,0 12,4 13,7 15,9 20,4 24,8 34,9
18,0 25,5 34,5 3'1, 7 29,8
361 1 3818
41 '4
5,3 5,5 6,0 7,6 9,2 12,9 14,3
19' 1
12,0 12,2
13 11 16,0
17 11
21 '4 23,5 25,4
19,0 27,0
3414 40,9 35,3 37,7
35 1 1 35,5
10
20
30 500 40
50 60
70 100
5,3 6,3 8,4 13,0 14,6 19,3 23,7 30,0
12,2
15 11 17,6 19,2 20,5 25,0 30,4
39,0
24,8 36,4 39,3 38,6
41 '7 46,5 48,2 60,0
9,4 7,6 8,9 10,9 12,8 14,6 17,7
21 1o
17' 1 15,9
20,3
21 'o
24' 1 26,1 24,3 27,0
24,9 32,6 43,0 45,9
4312 42,5 35,6 36,0
45
Tabla 16: Resistencia porcentual con respecto al cemento de referencia
Resistencia porcentual ( 100 ~ corresp. clinker puro)
'Edad elink
el ínker e
(d)
(~)
Finura (m2/kg)
300 400 500
10 20 30 3 40
50 60 70 100
12,2 14,2 22,7
36,0 42,7 53,9 68,0 100,0
13,8
17' 1 33,8 38,5 50,4 64,8 ·59, 9 100,0
17,7
21 'o
28,0
43,3 48,3 64,3 79, 1 100,0
el ínker 8
Finura (m2/kg) 300 400 500
21,9 . 27,9 23, 1 29,0
26,3 31 '5 34,7 39,7
49,3 48,2
52,9 67,6 70,2 75,2 100,0 100,0
44,8 36,0 42,6
52,0
61, o
69,7 84,5 100,0
10 19' 1 22,5 31 '3 25,7 47,3 63,6 20 19,4 25,9 38,7 24,2 48, 1 58,8 30 29,8 35,4 45' 1 33,0 51,6 75, 1 7 40 37,4 39,4 49,3 36,5 62,9 77,9 50 44,5 45,6 52,6 48,0 67,3 89,4
60 55,6 58,4 64' 1 52,7 84,0 96,8 70 66,9 71 , 1 78,0 76,6 92,3 90, 1 100 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
10 22, 1 43,5 49,6 40,7 53,5 69,2 20 49,0 61 , 6 72,9 56,6 76,0 90,7 30 57,8 83,3 78,6 74,3 96,9 119,6 28 40 65,7 76,4 77,3 76,5 115,3 127,5 50 63,8 72,0 83,3 77,3 99,4 119,9
60 69,8 87,0 91, o 72,5 106,0 118' 1
70 80,8 93,6 96,5 96,0 98,9 98,8 100 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Tabla 17: Serie de ensayos adicionales para 56 y 90 dias Superficie especifica 8laine: 400 m2/kg
Resistencia a la compres;ion (MPa)
~ clinker
30 40 70 100
el ínker e
56 d
90 d
----
34,0
-3-2-,-6*
34,0 46,9 48,0. 39,2·
el ínker 8
56 d
90 d
38,2
44,2 35,5 38,3
42,7
-5-0-,4-
35,8
* Probetas no moldeadas Valores no consistentes
46
Tabla 18: Indica de actividad de la escoria (S.A.!.) con los clínker C y B para distintas finuras y edades
Super. Espec. (m2/kg)
300
400
500
Indica de actividad de la escoria
Clínker C
ClÍnker B
3 d 7 d 28 d
3 d 7 d 28 d
42,7 44,5 63,8
49,3 48,0 77,3
50,4 45,6 72,0
48,2 67,3 99,4
48,3 52,6 83,3
61 'o 89,4 119' 9
Tabla 19: Porcentaje mínimo de clínker con el cual los cementos cumplen con la resistencia a la compresión mínima segun normas.
Norma Finura (m2/kg)
3d
e
B
7d
e
B
28 d
e
B
300
100 100 100
70
60
70
ASTM
400
e 595
60
60
60
60
20
20
500
40
50
40
30
10
10
300 !RAM
*
*
70
70 100
400 1636
*
*
60
50
30
500
*
*
30
30
20
* No requerida por la norma !RAM 1636
100
30 •
. 20
47
Tabla 20: Escoria de alto horno granulada molida, análisis químico, contenido de fase vítrea y densidad.
Residuo insoluble Dióxido de silicio (Si02) .... . Oxido de aluminio (Al203) ... . Oxido de hierro (Fe203) ..... . Oxido de manganeso (mn203) .. . Oxido de calcio (CaO) ....•... Oxido de sodio (Na20) ..•.•... Oxido de potasio (K20) ....... . Oxido de magnesio (MgO) ...... . Trióxido de azufre (S03) ..... . Sulfuro (S=) •................ A1ca 1i nos tota 1es ~ .......... .
1 , 00 31 , 3
g/. 100g
11 '9 4,47
..
0,92
44,2 0,44
..
0,88
3,71 0,88
.
1 '04
1 '02
Densidad..................... 2,96 g/cm3 Porcentaje de fase vítrea .... 98,0%
Finura Blaine ................ 380 m2/kg
Tabla 21: Cal aérea hidratada en polvo.
Análisis químico.
Residuo insoluble ............. 0,28 g/100g
Dióxido de silicio (Si02) ....•. 1,45 "
Oxido de aluminio (Al203) ..... 0,17 "
Oxido de hierro (Fe203) ....... 0,16
Oxido de ·calcio (CaO) ........ 71,3
Oxido de magnesio (MgO) ....... 0,56
Dióxido de carbono (C02) ...... 7,1 Indice de cal útil (CaO) ..... 64,5
.
Oxido de calcio libre ........ 62,6
Análisis físicos
Finura
Tamiz Nro
30 100 200
% retenido acumulado
o' 14 0,66 2,0
Expansión en autoclave: 0,03 % Plasticidad ( Emley ) : 150
48
Tabla 22: Composición de cementos
Designación Cemento portland Escoria
~
~
Cal aérea
%
020
15
025
15
030
15
01: 1:6 **
65
65
20
60
25
55
30
35
A15 A20
A25 APL *
15
70
15
15
65
20
15
60
25
*Cemento de albañileria comercial ** Unica mezcla sin incorporación intencional de aire
Tabla 23: Composición de morteros
Mezcla Cemento Escoria Cal Agua Aditivo
020
47,0
209
65
280
58
025
48,0
188
78
285
57
030
46,0
168
91
290
55
01:1:6 200,0
107
285
A15
75,0
350
75
295
90
A20
75,0
325 100
300
90
A25
75,0
300 125
305
90
APL * 500,0
*Cemento de albañileria comercial
Nota: Todas las mezclas se prepararon con 1500 g de arena normalizada para albaflileria.
Tabla 24: Granulometria de la arena normalizada para ensayos de resistencia de cementos de albañileria.
Tamiz Nro
16 30 50 100 Pasa 100
~ Ret. acumulado
0,0 48,0 73,4 97,4 100,0
49
Tabla 25: Retención de agua de los morteros (%)
Mezcla
A15 A20 A25 APL
Retención(%)
67 69 72 71
Tabla 26: Resistencia a flexión y compresión
Iden.
Flexión. (MPa)
3d 7d 28d 90d
Compresión (MPa) 3d 7d 28d 90d
020 0,25 1 '07 2, 17 2,30 0,73 2,81 5 J 74 6,60 025 0,26 1' 13 2,04 2,30 0,73 3,03 4127 6,20 030 0,28 1 ' 19 1 165 2,00 0,68 2,90 4,30 4,80
-1-:-1-:-6 --0-,3-3----1-,-2-4---2-,0--0---1-1-8-0- --2-,5-5----4-' -1-o---6-1-8-0---6-,6--0A15 0169 1 '95 3,40 2,70 2,02 4,98 10,9 13,80 A20 0,47 1 , 69 3,30 3,50 1 14 7 4,96 9,4 11,60 A25 0,52 1 1 61 31 1o 3140 1 , 67 5,41 9,6 11 '70 APL 0,35 0,71 1 ' 1o 1 '60 1 '03 2101 3,30 4,80
Nota: La mezcla 01:1:6 no tiene aire intencionalmente incorporado
50
700 -
600 ....
500 -
400 ·-·/·---./·---.\\ • 500m2 /kg
• ·~ 300
200
~.--•----.~·~ ·~
400 mZ/kg
·--·--·--·-· ·----· ---·~---·~•
o 10 20 30 40 so 60 70 "'o clinker 100
Fíg. 1: Tiempo de molie11da necesario para a/cawzar fiuuras con superficie
.espedfica Blaiuc de 300, 400 y 500 m2/kg en jimció11 del
porcentaje de c/iuker C.
51
Tiempo (min.}
700-
.""
·--------·------------·
600 •--•r--••
500-
•
•
300
200
-·
• 500 ml /kg
100
+ 400 ml /kg
• 300 ml fkg
o 10 20 30 40 50 60 70 'l'oclinker
100
Fig. 2: Tiempo de molieud,T necesario para alcanzar finuras de
superficie específica de 300, 400 y 500 m 1 !kg, e11 función
del conteuido de cliuker B.
52
1'\\
MPa
.. ---------.
/---:/ ~.·-/·-··--.------------------------=-·· '
.:::::..-.--- \_\_\_• ..---
• 500 ml fkg
•-----•:•:::-::::::-:+•\_....--+- -+
• 400 ml /kg
+ 300 ml /kg
10 20 30
40
50 60
70 80 % clínker 100
Fig. 3: Resisteucia a la compresión a la edad de 3 días e11 fimcióu del
porcentaje de clinker C.
·
R MPa
50
40
•
•
30
20
•
.. / .
.----· \_
.
/
/
.
/
•
•---
...---•
.---- • 500ml/kg
10
. ·--- ·----- ~ .----
·----·
.---•
·---
.----
• 400 ml/kg
+ 300ml/kg
10
20
30
40
50 60
70
"'o clínker
100
Fig. 4: Resisteucia a la compresión a Id edad de 7 días en fuucióu del
porcentaje de clinker C.
53
120 100
80 60 40 20
10 20 30 40 50 60 70 'Yo clinker 100
Fig. 13: Resistencia porceJJtual respecto al clínker puro en función del porcentaje de clinker C; {i11ura Blaine 500m2/kg.
120
100 80
60
o 28 d
7d
40
* 3d
20
50
'Yo clinker
Fig. 14: Resistencia porcentual respecto al clinker puro en función del porcentaje de clinker B; finura Blaine 500 m2/kg.
58
Re
MPa 48 44
40 36
. .----------·
~·
.
------------~·
a==:=:::::::: ·---------·
32
28
24
20
• 440
16
• 430
• 400
12
8
4
37
28
56 Log T (días}
90
Fig. 15: Resistencia a la compresióu en función del tiempo hasta la edad de 90 días para los ce"?en~os cort O, 60 y 70 Ofo de escoria (clinker B).
Re
MPa
44
40
•
36
32
28
24
• 440
20
• 430
16
• 400
12
8
4-
37
28
56 . Log T (días}
90
Fig. 16: Resistencia a la compresión en función del tiempo hasta la edad de 90 dlas para los cementos con O, 60 y 70 Ofo de escoria (clinker C).
59
R MPa
90% escoria
5.1 -
60 'lliescoria
-
30 %escoria
45-
39-
33 ,...
27-
./·
21 -
-
15-
9-
/.
.Ji.
•
/ ~·
• 3- ----·
-.- . / • / • ~~·
~Sdías
• 7días • 3 d1as
300 400
500 300 400
500 300 400 500
Superficie específica Blai11e (m 2/kg)
Fig. 17: Resistencia a la compresión en función de la finura para cementos con 90, 60 y 30 %de escoria y clinker C.
60
R
MPa -.
51 -
1
1
90% escoria
45 39 -
33 27 1-
60 Ofo escoria
1
1
l
300fo escoria
-
-·
-
• 28 días • 7 días • 3 días
1
300 400
1
1
1
500 300 400 500 300
400 500
Superficie específica Blaine (m2 /kg)
Fig. 18: Resistencia a la compresión en función de la finura para cementos con 90, 60 y 30 Ofo de esc01'Ía y cliuker B.
61
= Para h 2.40 m Se deterioraron las juntas entre paneles. Ensayo NQ 2, panel central:
Para h = 0.45 m Fisura horizontal cara opuesta al = golpe, zona del golpe
Para h 1.20 m Fisura vertical cara opuesta al golpe en toda la longitud del
= panel.
Para h 2.10 m Fisura cara opuesta al golpe.
= Para h 2.40 m Se deterioraron las juntas entre paneles. Ensayo NQ 3, panel central:
= Para h 0.90 m Fisura vertical cara opuesta al golpe.
76
APENDICE
1. DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA
Los muros son autoportantes y están constituidos por la unión de los paneles respectivos, según se trate de muros interiores o exteriores. Los paneles consisten en un bastidor perimetral de chapa galvanizada que actúa como encofrado perdido del panel y sirve de elemento de unión entre paneles propiamente dichos, entre los paneles y las fundaciones y con la solera superior.
Los paneles constan de tres estratos: dos externos de hormigón liviano y uno intermedio de poliestireno expandido. Esta estratificación se interrumpe en la zona de nervaduras estructurales, donde el panel es macizo, constituido por hormigón liviano. Sobre los paneles se ejecuta un revoque con terminación de pintura y revestimiento. El arrriostramiento longitudinal de los paneles se realiza mediante un encadenado de chapa galvanizada. Tanto la carpinterfa, que es de chapa galvanizada, como las instalaciones eléctrica, sanitaria y de gas, se encuentran incorporadas en los paneles respectivos.
2. ELEMENTOS QUE INTEGRAN EL SISTEMA
2.1. Panel muro exterior
Se trata de elementos portantes de 0.09 m de espesor, 0.60, 0.70 ó 0.80 m de ancho y 2,55 o bien 2,75 m de alto.
El panel presenta distinta composición según las diferentes zonas climáticas, adoptándose en nuestro caso un primer estrato de hormigón liviano de 30 mm de espesor, luego un estrato intermedio de planchas de poliestireno expandido de 20 mm (densidad 30 kg/m3) y un tercer estrato de hormigón liviano con arcilla expandida como agregado, de 30 mm de espesor.
Las planchas se disponen en cantidad de seis por panel, entre las cuales se alojan dos hierros de diámetro 4,2 mm con extremos soldados al bastidor de chapa galvaniiada. En estos sectores se constituyen nervios (tres verticales y cuatro horizontales) de 50 mm de ancho por todo el espesor del panel.
En obra se revocan ambas caras en espesores
no inferiores a 5 mm, con lo que se completa el espesor
de 100 mm del panel. Finalmente se aplica un salpicado plástico hidrófugo con soplete, lo que le da al panel el espesor final de 106 mm.
77
2.6. Paneles con carointeria
La totalidad de la carpinteria metálica se realiza en chapa galvanizada, elaborando en fábrica sus componentes, ensamblando las partes e incorporando el elemento terminado en el bastidor del panel previo al hormigonado.
La carpinteria de madera se coloca en obra, siendo el caso tfpico las puertas placa de fabricación standard. En caso de utilizarse cerramientos de madera, se deja previsto en el panel un elemento de transición que consiste en un premarco de chapa al cual se fija posteriormente la abertura.
2.7. Techo y cubierta
El sistema, como ya se indicara, admite diferentes soluciones. En nuestro caso, se adoptó la cubierta de tejas.
Se utiliza una estructura de tiranteria de madera con disposición y secciones variables según los cálculos de cada situación particular.
El anclaje de los cabios a los paneles se realiza mediante escuadras de chapa galvanizada BWG NQ 18 soldadas al encadenado superior y fijando la madera con clavos. El techo lo constituye el entablonado de 1,25 cm, cartón embreado como aislante hidrófugo, clavaderas y tejas cerámicas sin esmaltar. Todos los elementos citados se disponen y ejecutan en forma convencional.
3. DESCRIPCION DEL MONTAJE
3.1. Nivelación y replanteo
Se procedió a eliminar la capa superior de suelo vegetal y luego se rellenó con tosca hasta aleanzar el nivel acorde con lo indicado por el nivel de calzada.
Decidida una fundación constituida por vigas armadas, se procedió a excavar en la tosca una zanja que constituyó en encofrado natural de la fundación.
3.2. Fundaciones
En el espacio conformado se colocaron parrillas de tres hierros de 4,2 mm de diámetro en el sentido longitudinal con estribos (hierros transversales de 6.0 mm de diámetro) cada 0.20 m, separados al menos 25 mm del nivel del suelo.
Se dejó espacio para efectuar las interconexiones de cañerias (bajo piso), se verificó los niveles
80
de encofrado y se procedió al hormigonado utilizando cemento mezcla con un remplazo parcial de cemento portland del 50 %. Los materiales cementicios (cemento portland y escoria granulada molida) se incorporaron en forma separada a la hormigonera y se prolongó el mezclado a 5 minutos para asegurar la mezcla intima de los componentes.
3.3. Contrapiso y esqueleto cloacal
Se ejecutó tomando el nivel superior de la viga de fundación como enrase del mismo, pues estaba prevista la colocación de mosaico granitico.
Se empleó un hormigón pobre, sin armadura, en el que la escoria granulada molida constituyó el 67 % (2/3 partes) del. ligante.
3.4. Descarga y montaJe de paneles
La descarga y montaje de paneles se realizó en la forma corriente, por personal de la Empresa. No se describe en detalle esta operación pues no existen operaciones particulares derivadas de la utilización de la escoria granulada molida.
Una vez verificado el aplomado de los paneles, su escuadra y el correcto encastre, se procede a encastrar un perfil metálico de encadenado superior, arriostrando de este modo cada uno de los muros. La fijación efectiva del encadenado a los paneles se realiza mediante soldadura.
3.5. Techo
Como se trata de una cubierta de tipo convencional, las tareas son ejecutadas de acuerdo con las reglas del arte.
3.6. Cordón exterior
Previa verificación del correcto alineado de los paneles exteriores y antes de dar comienzo a los revoques, se procedió a la colocación de moldes en todo el perimetro exterior de la vivienda y a la ejecución del cordón exterior. Este cordón incluye un material hidrófugo en su composición y lleva una pendiente del 40 %. La junta superior se tomó con un sellador elástico.
3.7. Llenado de marcos
Una vez revisada toda la carpinteria para verificar que los encuentros de dinteles, jambas y umbrales tengan un buen ajuste y adecuada terminación, se procedió al llenado de los elementos verticales de
81
los marcos con mortero de cemento-arena (1:3), asegurándose que no quemaran zonas huecas.
3.8. Revoques interiores y exteriores
Una vez verificado el alineamiento de las aletas de los paneles, las que serán utilizadas como nivel de control de1 revoque, se humedecieron con agua los muros a revocar, cargando el material en dos veces. En la primera, se presionó con el fondo de la cuchara de modo de forzar el ingreso del mortero de revestimiento en los poros del hormigón del panel. En la segunda, se verificó la correcta nivelación con las aletas, quedando estas últimas perfectamente limpias para el trabajo de colocación de mordiente y salpicado.
El ligante utilizado en ambas superficies, exterior e interior, estuvo constituido por la mezcla ternaria cemento:cal aérea:escoria granulada molida, adicionada de un aditivo plastificante e incorporador de aire. Este cemento de albañilería desarrollado en el Proyecto mostró un buen comportamiento en pruebas en laboratorio y en obra, tanto en estado fresco como endurecido.
3.9. Interconexiones
Se procedió luego a realizar las interconexiones correspondientes a la inst~1ación de gas y agua, verificando la estanqueidad de las mismas.
3.10. Colocación de pisos
Se realizaron los trabajos de colocación de pisos, utilizando una mezcla de asiento en la que se remplazó el 50 % del cemento portland por escoria de alto horno granulada molida. Los mosaicos graníticos utilizados, ya descriptos, incorporan escoria como remplazo parcial de cemento.
3.11. Colocación de revestimientos
Para la zona sanitaria, se colocó el revestimiento previsto. En estos casos, el nivel del revoque alcanza las aletas de los paneles para que el material de asiento adhiera uniformemente. Los azulejos y cerámicos se continúan también sobre la zona correspondiente a la unión entre paneles.
Toda la tarea, salvo las aclaraciones precedentes, se ejecutaron con la misma rutina que en la obra tradicional.
82
3.12. Cableado electricidad
Como continuidad de las tareas, siguiendo las indicaciones del plano respectivo, se procedió a efectuar la totalidad del cableado en la vivienda, realizando una primera prueba del servicio.
3.13. Aplicación de mordiente
Todas las partes metálicas de la vivienda a ser pintadas o salpicadas, se limpiaron perfectamente dejándolas libres de grasitud, rebabas, restos de materiales, polvillo, etc, para proceder a la aplicación de mordiente especial para superficies galvanizadas mediante soplete. En estas condiciones, fue posible realizar el acabado final con perfecta adherencia, evitando el desprendimiento del producto aplicado.
3.14. Pintura
Luego de efectuar un repaso final verificando la correcta terminación de los elementos (libres de imperfecciones, abolladuras, correcta soldadura, pulido, masillado y limpieza) se procedió a la aplicación con soplete de una primer mano de pintura a todos los elementos metálicos.
3.15. Salpicado interior
Los muros a trabajar se limpiaron con cepillo de cerda para eliminar el polvo y la arena suelta residual, procediendo luego a corregir las imperfecciones (raspaduras profundas, oquedades, salientes).
Posteriormente se aplicó el material diluido en agua con rodillo de piel cubriendo en forma pareja y total el muro. Una vez seca esta base se aplicó la carga final con compresor y pistola, cuidando que tuviera un aspecto uniforme en cuanto a textura, color y cobertura.
3.16. Salpicado plástico exterior
Los trabajos se realizaron en forma similar a lo descripto en el Item anterior. El material aplicado sobre los muros cubrió el cordón exterior para permitir que el agua escurra hasta el perímetro exterior de la fundación. Este salpicado plástico tiene la función de barrera impermeable para el agua de lluvia, dado que ni los paneles ni el revoque proveen esta protección.
83
3.17. Terminación propiamente dicha En esta etapa se colocaron los vidrios, se
realizó la puesta en servicio de las instalaciones, se efectuó una segunda mano de pintura dando el acabado final y se colocaron artefactos y accesorios.
84
Tabla 1: Análisis qu1mico del cemento port1and
Residuo Insoluble
Dióxido de Silicio (Si02) Oxido de Aluminio (Al203) Oxido de hierro (Fe203) Oxido de Calcio (CaO) Oxido de Sodio (Na20) Oxido de Potasio (K20) Oxido de Magnesio (MgO)
Trióxido de Azufre (S03)
1 g/100g
0,32
21, o
4,80
4' 14 63,9
0,05 0,97 0,68 2,40
Oxido de Calcio Libre (CaO)
0,59
Alcalinos totales (Na20 + 0,658.K20) 0,69
Sulfuros (S=)
0,02
Tabla 2: Escoria de alto horno granulada molida, análisis químico, contenido de fase vítrea y densidad.
Residuo insoluble Dióxido de silicio (Si02) .... . Oxido de aluminio (Al203) ... . Oxido de hierro (Fe203) ..... . Oxido de manganeso (mn203) .. . Oxido de calcio (CaO) ....... . Oxido de sodio (Na20) ....... . Oxido de potasio (K20) ....... . Oxido de magnesio (MgO) ...... . Trióxido de azufre (S03) ..... .
Sulfuro (S=) ................ . Alcalinos totales ........... .
1 '00
31 , 3
11 '9
4,47 0,92
g/..100g
....
..
44,2
0,44 0,88
..
3,71
0,88
1 '04
1 '02
Densidad ..................... 2,96 g/cm3 Porcentaje de fase vítrea .... 98,0% Finura Blaine ................ 380 m2/kg
Tabla 3: Granulometría del agregado grueso
Tamiz
1 ..
3/4" 1/2" 3/8" #4 Fondo
% ret.ac.
o
2 31 56 91 100
85
Tabla 4: Granulometría del agregado fino (arena fina Paraná)
Tamiz
#4 #8 # 16 # 30 # 50 # 100 Fondo
% ret.ac.
o
2.8 5.7 23.2 60.0 96.5 100.0
Tabla 5: Dosificación y propiedades del hormigón fresco
a/c+EAHGM = 0.45 REMPLAZO DE CEMENTO POR ESCORIA[%]
Material [kg/m3]
o
30
50
70
Piedra partida
1081 1082
1090
1093
Arena fina Paraná 694
692
690
689
Cemento Tipo I
404
284
200
117
E.A.H.G.M.
-
122
200
274
Agua
182
181
180
177
Asentamiento [cm] 7.0
7.5
7.0
9.0
Aire inc. [%]
1.8
2.2
1.9
2.2
PUV fresco [kg/m3] 2360
---
2356
---
86
Tabla 6: Dosificación y propiedades del hormigón fresco
= a/c+EAHGM 0.65
Material [kg/m3]
REMPLAZO DE CEMENTO POR ESCORIA[%]
o
30
50
70
Piedra partida
1057 1064
1070
1074
Arena fina Paraná 770
765
762
760
Cemento Tipo I E.A.H.G.M.
312
215
146
87
-
92
146
203
Agua
204
198
190
189
Asentamiento [cm] 7,0
8,5
7,0
8,0
Aire inc. [%]
1,6
PUV fresco [kg/m3] 2347
2,0
----
2,2 2316
2,4
----
Tabla 7: Resultados de resistencia a la compresión y módu-
=lo de elasticidad estático para hormigones de w/c 0,45
A/C
0,45
7
Cont.de Res.a
escoria comp.
[%]
[MPa]
o
30,7
30
2410
50
16,2
70
13,2
Edad [di as]
28
91
Res.a comp.
[MPa]
E
Res.a
comp.
[GPa] [MPa]
411 o 38, 1 43,8
3619 3517 44,3
34,4 36,4 42,8
34' 1 34,3 42,6
180
Res.a comp. [MPa]
46,4
4616
44,6
43,5
365
Res. a comp. [MPa]
51 15
4 71 1
47,8
50,2
87
Tabla 8: Resultados de resistencia a la compresión y
= módulo de elasticidad estático para hormigones
de w/c 0,65
A/C
0,65
7
Cont.de Res.a
Escoria comp.
[%]
[MPa]
o
17,4
30
15,3
50
9,7
70
6,0
Edad [días]
28
91
Res.a comp. [MPa]
E
Res. a
comp.
[GPa] [MPa]
24,6 31 J 6 27,4
26,5 31 J 8 33,7
24,4 29,4 30,4
19,0 26,4 28,8
180
Res.a comp. [MPa]
28,8
35,6
32,8
31 '9
365
Res.a comp. [MPa]
30,7
36,2
41 Jo
35,3
Tabla N. 9: Resultados de resistencia a la compresión
rela w/c
t=iv0a,45po(r1c0en0%tuacl oprraersapohnodrme iagonlae
s
de mezcla
de
control a la edad correspondiente).
A/C 0.45
% de Escoria
Q
30
50
70
7 Res.a comp.%
100 78,2 52,8 43,0
Edad [días]
28
91
180
Res.a Res. a Res. a comp.% comp.% comp.%
100
100
100
90,0 1o1 1 1 - 100,4
83,9
97,7
96' 1
83,2
97,3
93,7
365 Res. a comp.%
100
91 '5 92,8 97,5
88
Tabla 10: Resultados de resistencia a la compresión
relativa porcentual para hormigones de w/c =
0,65 (100 ~ se le asigna a la mezcla de control a la edad correspondiente.
- a/c+EAHGM
0,65
7
Res.a .% Escoria comp.%
o
100
30
87,~
50
55,7
70
34,5
Edad [dfas]
28
91
180
365
Res.a comp.%
Res. a
comp.~
Res. a Res. a
comp.~ comp.~
100
100
100
100
107,7 99,2
123,0 110,9
123,6 117 ' 9 113,0 133,6
77,2 105' 1 110,8 115,0
Tabla 11: Resultados de tracción indirecta para hormigones
de razón agua/cemento = 0,45
Tracción por compresión diametral [MPa]
a/c+EAHGM =
0,45
Edad [dfas]
~ Escoria
28
91
o
3,8 +/- 0,2
3', 5 +/- 0,3
30
3,3 +/- 0,3
3,6 +/- 0,3
50
3,3 +/- 0,2
3,5 +/- 0,3
70
3,2 +/- 0,2
3,6 +/- o' 1
89
= Tabla 12: Resultados de tracción indirecta para hormigones
de razón agua/cemento 0,65
Tracción por compresión diametral [MPa]
a/c+EAHGM =
0,65
Edad [días]
% Escoria
28
91
o
3,2 +/- 0,2
2,8 +/- o t 1
30
3,0 +/- 0,2
3' 1 +/- 0,4
50
3,0 +/- 0,2
3' 1 +/- 0,3
70
2,8o +/- 0,02
3,0 +/- o t 1
Tabla 13: Resistencia a la compresión de morteros preparados con los cementos mezcla utilizados para los hormigones
% Escoria
o 30 50 70
7 días
23,0 13,6 10,7
9t 1
Edad 28 días
32,3 31 t 3 31,0 22,3
91 días
32,9 39,0 44,9 34' 1
Tabla 14: Resistencia a la compresión de morteros ASTM e
109 de cemento portland normal y cemento portland con escoria ( 50 %) a las edades de 7 y 28 días.
CEMENTO
RESISTENCIA A COMPRESION (MPa}
7 días
28 días
CN
14,8
24,7 (*)
CN/EAHGM
8,5
25
(*) Valor anormalmente bajo.
90
Tabla 15: Resultados de ensayo de mosaicos graniticos
TIPO DE CEMENTO MOSAICO
TIPO DE RESIST.A DESGASTE ABSORCION
CURADO FLEXION [mm]
[%]
[MPa]
14
8,3
Granitos
CN/EAHGM
28
8,2
Primera
14
--
serie Calcáreo 28
--
CN
Granitico Verde Alpe
28 *
6,8
2,0
7,5
2' 1
7,2
2' 1
8,4
1 '6
8,3
2,0
9' 1
Granítico CN/EAHGM Verde Alpe
28 *
3,7
1 '3
9,6
* De acuerdo con lo indicado para la segunda serie de ensayos.
Tabla 16: Resultado de ensayo de probetas de hormigón liviano utilizado en la confección de los paneles para la vivienda prototipo, curadas en las mismas condiciones que los paneles.
Densidad seca
Resist.
Promedio
comp,(MPa)
(MPa)
1. 11
7.3
1.13
7.5
7.7
1. 16
8.4
1.14
7.5
n.d.
7.9
n.d.
B.O
7.8
n.d.
7.2
n.d.
8. 1
Nota: para las probetas identificadas con n.d. no se indica la densidad por no encontrarse
= secas al momento del ensayo. Su densidad
media (húmedas) 1.25
91
Tabla 17: Re~ultados de ensayo a compresión excéntrica
CARGA
daN
2.0 9.8 l 2.0 19.6 2.0 29.4 2.0 39.2 2.0 49.0 2.0 58.8 2.0 68.6 2.0 78.4 2.0 88.2 2.0 98.0 2.0 107.8 2.0 117. 6 2.0
----
ACORTAMIENTO
Panel Panel Panel NQ 1 NQ 2 NQ 3
mm
mm
mm
0.00 0.04 0.00 0.09 0.00
o .14
0.00 0.20 0.00 0.23 0.00 0.30 0.00 0.43 0.00 0.48 0.00 0.55 0.00 0.61 0.00 0.72 0.00
----------
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.08 0.00
o. 16
0.00 0.27 0.00 0.27 0.00 0.41 0.02 0.47 0.02 0.53 0.03 0.60 0.03 0.65 0.04
----
0.00 0.06 0.00
o .14
0.00 0.27 0.00 0.39 0.00 0.51 0.02 0.63 0.03
o. 78
0.05 0.90 0.06 0.99 0.06 1.09 0.08 1 . 20 0.08 1.33 0.09
----
FLECHA LATERAL
Panel Panel Panel NQ 1 NQ 2 NQ 3
mm
mm
mm
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.04 0.00 0.04 0.00
-------
----
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00
o. 1o
0.00
o. 1o
0.00
o. 11
0.00
o .13
0.00
o. 13
0.00
o. 15
0.00
----
0.00 0.00 0.00 0.03 0.00
o .10
0.00
o .10
0.00
o. 15
0.00 0.20
0.00 0.20 0.00 0.25 0.00
0.25
0.00 0.27
0.00 0.30 0.00 0.32 0.00
----
92
Tabla 18: Resultados del ensayo de impacto blando
ALTURA DE
CA IDA
ENERGIA DE
IMPACTO
FLECHA INSTANT.
Panel Panel Panel NQ 1 NQ 2 NQ 3
m
daJ
cm
cm
cm
0.00
o. 15
0.00 4.5
0.00 0.00 0.00
0.2 0.2 o. 1
0.30
9.0
0.4 0.5 0.3
0.45 13.5
0.6 0.7 0.4
0.60 18.0
0.7 0.8 0.5
0.75 0.90
22.5 27.0
0.8 0.9 0.6
1.0 1 . o 0.7
1.05 31 . 5
1.0 1 . 1 0.8
1.20 36.0
1 . 2 1 . 1 0.9
1. 35 40.5
1.4 1. 4 1.0
1. 50 45.0
1.6 1 . 7 1.1
1. 65 49.5
1.8 1 • 9 1.3
1. 80 54.0
2. 1 2. 1 1.5
1.95
2. 1o
58.5 63.0
2.5 2.3 1 . 6 3.3 2.6 1.8
2.25 67.5
4. 1 3. 1 2.2
2.40 2.55 2.70 2.85
72.0 76.5 81.0 85.5
6.4 3.6 2.6
--- 4. 1 3.2
--- --- 4.0
--- --- ---
FLECHA RESIDUAL
Panel Panel Panel NQ 1 NQ 2 NQ 3
mm
mm
mm
0.00 0.00 0.00
0.70 0.43 0.20
1. 17 0.92 0.34
1 . 27 1 • 16 0.37
1. 33 1. 21 0.67
1. 33 1 . 60 0.98
1. 33 1. 76 1. 22
1 . 86 2.06 1.52
2. 15 2.28 1. 97
2.53 2.87 1. 97
3.00 3.89 2.05
3.47 4.47 2.53
3.96 5.44 3.05
4.67 6. 16 3.36
---- 6.93 ----
---- ---- ------- ---- ------- ---- ----
---- ---- ----
---- ---- ----
93
Tabla 19: Resultados del ensayo de impacto de la bola de acero.
ALTURA DE CAlDA DE LA BOLA DE ACERO (m)
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1. 75 2.00
IMPRONTA
DIAMETRO (cm) PANEL PANEL PANEL
NQ 1 NQ 2 NQ 3
PROFUNDIDAD (mm) PANEL PANEL PANEL
NQ 1 NQ 2 NQ 3
0.00 0.00 0.00
0.00 0.00 0.00
0.60 0.78 o:62
0.30 0.30 0.20
1. 18 1. 11 0.97
0.60 0.60 0.50
1. 62 1. 25 1.43
0.80 1. 00 0.70
1. 92 1. 53 1. 75
1.1 o 1.10 0.90
1. 93 1. 72 1.87
1.30 1. 20 1. 00
1. 95 1. 76 1. 99
1.40 1.50 1. 30
2.30 1. 91 2.25
1. 70 1. 70 1. 70
2.34 1. 96 2.30
2.00 2.00 2.00
94
100
90
........
o
80
"'Cll
.-i
~ 70
;:::l
u
...t.'.l.j.,
60
t'lj !1)
Cll
p. 50
U)
Q)
U1
;:::l O"
3 40
S::
Q)
·rl
u,... 30 o
p.¡
20
10
o
, , --
/ L L L
1
1
1
1
1!\_
..,.
!
..,. ~
,,
1
1
/
1
1
",/
1
1
/
1
,, / /
1 1
100
50
30
16
Tamiz Número
- --
,
n
l. 1
11 L 1 1 1
1 1 1
1
I 1 /
/
1
/
/
I
L
1
1
1 1
1
1
8
4
3:18''1'2.. 3~''7"
¡ i
1
1 1
1 1
Fig. 1: Granulometría del Agregado Fino, Agregado Grueso y Agregado Compuesto
Penetración (lb/in2) 4000
3000
(!)
m
....... 1
....... ·J!'
. :f.
11 .• 1
/~
...
1
1
1
1
.¡
...
•1
1
.1 100% pceomrtelnaton~//
• /A.1 / 1
4600 %% ~scoria
em. portland
•""y···· ..... ·//
.. /
\_,; ..; :~
...
3
4
5
Tiempo. (h)
Fig. 2: Tiempo de fraguado del hormigón elaborado con cemento portland y con el 60 % ~e escoria como remplazo parcial de cemento.
·-----· -----· Rc(MPa)~------------------------------------------~ 50
A-------------- A--------A--------
40
0---- 0 ----------------
o ----o
30
•
• 365 días
20
• 91 días o 28 días
• 7 días
10
•~
·----------·•
30
50
70
%escoria
Rc(MPa)r----------------------------.
40
.----------·~~.
---- ----0 A------A ------- e \_\_\_- -------
30
A
O
o.
.
20
~o
•
WIC"' 0.65
• 365 días
10
... 91 días
o 28 días
• 7 días
. ·~ --------•
30
50
. 70
.. Resrste11cta
a
la
, compresio11
para
bormigo11es
de
w/c
=
0.%45eyscOu.n6a5
y
diferentes
porcentajes de reemplazo de cemeuto por escoria.
97
Re( o¡~
120
100
80
W/C =0,45
60
• 365 dlas
"' 91 días
o 28 dlas
• 7 días 40
• ~ D----o
·~ •
20 L\_\_\_\_L\_\_\_\_j \_\_\_\_\_\_\_\_\_-L--------~~------~~--~
o
10
30
050
70
%escoria
R1e4(0 %)~--------------------------------------------~
120
. ~<:~.
100
•
-
-
-
-
\_
o .
--
--
--
o- -~ - - -
...
80
WIC =0,65
60
.•..
365 91
días días
o 28 días
• 7 días
40
o
•~•
20
o
10
30
50
70
%escoria
Resistencia a la compfesión relativa porcentual para hormigones con w/c=0,45
y 0,65; 100% corresp01zde a la mezcla control (100% CPN).
98
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DE CURADO
EN LOS CEMENTOS MEZCLA
RESUMEN
El curado acelerado de los elementos premoldeados es utilizado normalmente en la industria por razones operativas y/o económicas, ya que permite una circulación más rápida del capital de trabajo.
El empleo de la escoria de alto horno granulada representaria una ventaja económica importante para la industria de premoldeados, permitiéndole, en algunos casos, competir favorablemente con otros materiales como, por ejemplo, en el caso de los bloques. Con el curado acelerado, el desarrollo más lento de resistencia de los cementos de escoria no representa un inconveniente sino que, en principio, se obtendría una pérdida relativa de resistencia final menor.
El objetivo de este trabajo es conocer el comportamiento de los cementos de escoria a las temperaturas normalmente utilizadas en el curado acelerado y también la influencia de tempe-
raturas inferiores a 20 ·c. Con este fin se
analiza el efecto de la temperatura sobre el desarrollo de resistencia de morteros preparados utilizando cementos con distintos niveles de contenido de escoria.
Se han tenido en cuenta también otras variables que afectan el desarrollo de resitencia: tiempo de espera a la temperatura normal de moldeo hasta comenzar el curado, duración del curado a la temperatura establecida y gradientes de cambio de temperatura, tanto en ascenso como en descenso.
99
1. INTRODUCCION
Es bien conocido el efecto de la elevación de tempelatura en la aceleración de las reacciones de hidratación, circunstancia relativamente más ventajosa para los cementos de escoria por. su menor ganancia de resistencia a edades tempranas. Por otro lado, en la industria de premoldeados es conveniente, por razones económicas, alcanzar la resistencia minima necesaria para el movimiento de los elementos elaborados en el menor tiempo posible. Debe contemplarse sin embargo el consumo adicional de energia y la reducción de resistencia a largas edades con respecto al curado normal; estos factores dependen de las condiciones de curado y el tipo de cemento utilizado.
Entre las variables que afectan el desarrollo de resistencia se ha evaluado el tiempo de espera, la temperatura de curado, la duración del mismo y las velocidades de cambio de temperatura.
El curado a temperaturas inferiores a la normal, 2o·c, aporta información sobre el comportamiento de los cementos de escoria cuando se emplean en estas condiciones que son menos favorables porque estos cementos requieren mayor energia de activación. Esta situación puede presentarse en la zona de mayor probabilidad de uso de los cementos de escoria.
2. PLAN DE ENSAYOS
2.1. Cemento
Los cementos utilizados para este estudio se obtuvieron por molienda conjunta, en un molino de laboratorio, de clinker de cemento portland, escoria granulada de alto horno y yeso natural. En las Tablas 1 y 2 se indican las composiciones quimicas y en la Tabla 3 la composición porcentual de los cementos y su identificación.
2.2. Morteros
Se moldearon probetas cúbicas de 50 mm de arista, de
acuerdo con la norma ASTM e 109.
100
2.3. Temperaturas de curado Las temperaturas de curado seleccionadas fueron 5,
12, 20 (curado normal), 33, 55 y 80 ·c.
2.4. Tiempos de espera
Se fijaron tres niveles para el tiempo de espera entre la finalización del moldeo y la colocación de las probetas dentro del baño de agua saturada con cal a la temperatura de curado. Para las temperaturas de curado de 33, 55 y 80 ·e, estos tiempos fueron de 4, 8 y 24 horas, considerando que los mismos podrían adoptarse en un proceso
industrial. Para las temperaturas de curado de 5 y 12 ·e,
los tiempos de espera fueron solamente de 4 y 24 horas.
2.5. Edades equivalentes en curado normal
Se programaron los ensayos para las siguientes edades equivalentes: 3, 7, 14, 28 y 56 días, a las que se agrega-
ron 1,7; 2 y 2,4 días para 33 ·e, 1,7; 2,1 y 2,6 días para 55 ·e y 1,7; 2 y 2,7 para 80 ·e, con un tiempo de espera de
24 horas en todos los casos.
Los tiempos durante los cuales las probetas se mantu-
vieron a la temperatura de curado T ·e se calcularon utili-
zando la siguiente expresión en la que se prevé un gradiente térmico de 20 "C/h para el calentamiento y 30 "C/h para el enfriamiento.
t(h) =-M - 20.ti
T
T
(T-20). (T+20) 2.T.20
(T+20).(T-20) 2.T.30
donde, M: madurez ("C/h) ti: tiempo de espera (h)
Experimentalmente no se pudo cumplir en forma riguro-
sa con los gradientes térmicos planificados al no poder
utilizarse el equipo que se tenía previsto emplear. Como
consecuencia de este inconveniente, la madurez real es
levemente superior a la nominal ya que el calentamiento fue más rápido y el enfriamiento más lento que lo supuesto. En
el esquema se indica con líneas de trazos el gradiente real estimado y con líneas continuas el previsto en los cálculos.
101
.5h
f
~
20
t·1
t-20
20
t
t-20
30
Las probetas se retiraron del baño de curado media
hora antes del ensayo y se sumergieron en agua a 20 ·c. Para la temperatura de 80 ·e, el enfriamiento se realizó en
dos etapas para disminuir el gradiente térmico y evitar
tensiones excesivas.
2.6. Influencia del Curado en la Resistencia a largas Edades
Para evaluar la influencia del curado a temperaturas diferentes a la normal a edades tempranas sobre la resis-
tencia a mayores edades, un grupo de probetas fue curado a
temperaturas T, durante el tiempo necesario para alcanzar las edades equivalentes de 3 y 7 días, luego de lo cual se
continuó el curado a 20 ·e sumergidas en agua hasta llegar
a las edades de 28 y 360 días.
3. EQUIPOS UTILIZADOS
Para obtener los diferentes curados a las temperaturas previstas, se debieron improvisar diferentes equipos de modo de mantener la temperatura constante en los valores preestablecidos. En todos los casos, la variación promedio
de temperatura no fue superior a 1,5 ·c.
4. GRADO DE HIDRATACION
Se intentó seguir el proceso de hidratación determinando el agua combinada químicamente, por calcinación a
1050 ·c. Para ello, una masa de 130 g de las probetas
ensayadas fue pulverizada sumergida en acetona a fin de
detener el proceso de hidratación, luego sometida a secado
en estufa a 105 ·e durante 24 horas y posteriormente calcinada durante una hora a 1050 ·c. El grado de hidratación se
calculó mediante la expresión:
102
cw 105 \_ w1o5o > \_ O( e \_1\_ w 105 -
o(a \_~\_ w105
wn =
1+g
1+g
g
w1o5o - ( 1 - CXa)
w 105
1+g
donde
Wn: masa de agua unida quimicamente por unidad de masa de cemento
w105: masa de material luego del secado a 105 ·e
w 1050: masa de material luego del secado a 1050 ·e
o(
.
e.
pérdida
por
calcinación
del
cemento
mezcla
0(a .. pérdida por calcinación del agregado
g .. relación masa agregado/masa cemento
5. RESULTADOS
En las tablas 4 a 9 se presentan los resultados de resistencia a compresión y grado de hidratación para 1as distintas temperaturas de curado, tiempos de espera y edades equivalentes.
En las Figuras 1 a 10 se representan las resistencias en función de los tiempos de curado para el tiempo de espera de 24 horas y los tres cementos ensayados. En algunos casos no se observa un incremento regular de la resistencia con el tiempo de curado, apreciándose incluso una disminución de la resistencia para las temperaturas más altas a tiempos prolongados de curado.
Para 55 y 80 ·e y tiempos de espera de 4 y 8 horas,
el desarrollo de resistencia con el tiempo de curado no es regular, siendo esto más marcado para el tiempo de espera
de 4 horas y la temperatura de 80 ·c.
El desarrollo de resistencia en función del grado de hidratación no muestra una correlación satisfactoria. Suponiendo una relación lineal, . el mejor coeficiente de correlación encontrado fue 0,66. Esto indica que otros factores, además del grado de hidratación deben ser tenidos en cuenta, por lo menos en el rango de variables estudiadas.
103
El tratamiento de los resultados se realizó de acuerdo con el procedimiento desarrollado por Carlina [1], el que puede consultarse en el apéndice. Los cálculos se realizaron únicamente para el tiempo de espera de 24 horas y se determinó:
Ru: resistencia última o resistencia a la compresión a edad infinita
k(T): valor de la función de temperatura o constante de velocidad de ganancia de resistencia, a temperatura T
t edad a la cual se considera que comienza la ganancia de resistencia
Ea: energia de activación aparente
En primer lugar se evaluaron los resultados a 20"C, siguiendo el siguiente procedimiento:
a) se consideraron todos los resultados disponibles a esta temperatura
b) de las curvas R = f(t) se descartaron aquellos valores
que más se alejaban de la curva, dejando al menos un valor a edad avanzada
e)
Con de el
los valores la recta 1/R valor de 1/Ru
a=pnfat(er1ari/ot1)r/etsy=ssueOs
calcularon errores,
los parámetros determinándose
d) Considerando to = O se comenzaron a descartar los
valores correspondientes a edades cortas, partiendo de las edades más bajas, de uno en uno, buscando el menor
error de 1/Ru
e) Determinado el valor de Ru, se procedió al cálculo de to
y k(T). Para ello, con todos los valores aceptados
Rin/(iRciua-lRm) e=nt
e se f(t),
calcularon los determinándose
parámetros to, k(T)
de y su
la e
recta rror
f) A partir de ese resultado, se comenzó a descartar los valores correspondientes a las edades más largas de uno en uno, en forma decreciente, buscando el menor error de k(T)
El mismo procedimiento se siguió para las otras temperaturas, donde el tiempo de espera se tuvo en cuenta para
= el cálculo de Ru, sumando 24x20/T al tiempo de curado del
primer cálculo. Esta aproximación y la de to O no afectan
significativamente los resultados, ya que como se indicó anteriormente se tienen en cuenta principalmente los resultados a largas edades.
104
Luego de obtener el primer valor de k(T) y para el siguiente cálculo de k(T) y to, el tiempo total se calculó sumando al de t el valor ti.k(20)/k(T) , donde ti es el tiempo de espera, 24 horas para los casos calculados.
Para el cálculo de las energías de activación, se consideró que la variación de k(T) con la temperatura sigue
= la ecuación de Arrhenius, por lo que se calculó la pendien-
te de la recta ln k(T) f(1/T), a ~artir de la cual se obtuvo Ea.
En las Fig. 11 y 12 se representan los valores de k(T) en función de T ("C) y el ln k(T) en función de 1/T (1/K) respectivamente. En las Tablas 10 a 12 se muestran los resultados de Ru, to, k(T), Ea y los errores calculados para cada caso.
6. DISCUSION DE LOS RESULTADOS
parti
r
Es de
dificil efe las curvas
cRtua=r
un f(t
a ),
nálisis siendo
de los resultados a más conveniente ha-
cerlo a través de la evaluación de los parámetros calcula-
dos.
En general, Ru disminuye con el incremento de tempP-
ratura, como era de esperar. Los valores para 8400 y 8440 a
20 ·e son anormalmente altos, con respecto a la evolución
encontrada
Los valores más bajos los presenta el cemento 8400,
mientras que entre 8470 y 8440 no hay una diferencia definida. El valor más alto se alcanza con el cemento 8470 para
5 ·e y los valores más bajos los presentan este cemento y el 8400 para ao ·c.
El valor de k(T) aumenta regularmente con la temperatura, como es de esperar, con las excepciones de 8400
para 55 ·e y 8440 a 20 ·e, donde encontramos un valor anor-
malmente alto y anormalmente bajo respectivamente con respecto a los esperados de acuerdo con la tendencia general.
Para una temperatura constante, los valores más altos de k(T) corresponden al cemento de referencia 8400, mientras que entre 8470 y 8440 las diferencias son relativamente mencres.
Los valores de to disminuyen regularmente con el
aumento de T, con algunas excepciones como el
corespondiente a 8440 para 5 ·e, anormalmente bajo. Es de
hacer notar el rápido incremento del tiempo to cuando la
temperatura desciende de 20 ·e para el cemento 8440 y de 15 ·e para los cementos 8400 y 8470, Fig. 13.
105
Los valores de la energía de activación para los cementos 8400 y 8440 son prácticamente similares si se tiene en cuenta el error experimental, en tanto que para el 8470 es inferior.
Los morteros de cemento con el contenido mayor de escoria, 8440, curados a las edades equivalentes de 3, 7 y 14 días, muestran una ganancia de resistencia superior que curados a las mismas edades a temperatura normal (20 'C). Esto también es válido para 3 y 7 dias para el cemento con 30 % de escoria, 8470, mientras que para el cemento de referencia los valores de resistencia están en el mismo orden o presentan una disminución.
Para la edad de 28 dias hay, en general, un comportamiento similar para todos los cementos, evidenciando una disminución de resistencia por efecto del curado acelerado, Tablas 13-16. Los mejores resultados se obtienen para una
temperatura de 33 ·e, para la cual se alcanzan o superan
los valores del curado normal pero las resistencias relativas de los cementos de escoria son menores que las correspondientes al cemento portland normal.
7. CONCLUSIONES
Con el clinker de cemento portland utilizado en este estudio se obtuvo muy buena respuesta a corta edad· en la activación de la escoria a temperatura normal. Es de esperar que cuando se aplique ~1 curado acelerado a un cemento con escoria donde se emplee un clinker que brinde naturalmente menos activación, los resultados relativos sean aún más beneficiosos.
En las Tablas 17 y 18 se pueden ver los valores absolutos y la relación porcentual de la resistencia alcanzada por curado acelerado a temperatura T, a· las edades equivalentes de 3 y 7 dias, continuando con el curado normal hasta completar los 28 y 360 dias después del moldeo. Los valores de referencia son las resistencias a 28 y 360 dias de curado normal desde el moldeo, a los que se asignó el valor 100.
Cuando se completa el curado a 28 dias, después del curado a una temperatura distinta de la normal, no se alcanza, en general, los mismos valores de resistencia. Si bien no hay una tendencia perfectamente definida, parecería que el cemento con mayor contenido de escoria es el más afectado.
~n cambio, cuando el curado se extiende a 360 dias,
se observa que hasta 33 ·e hay un incremento en las resis-
tencias para el cemento con mayor contenido de escoria,
8440. Para temperaturas superiores a 33 ·e las resistencias
a 360 días son menores que para el curado normal desde el
106
moldeo y no hay una diferencia definida en el comportamiento de los tres cementos. La prolongación del tiempo de espera de 4 a 24 horas tiene un efecto positivo, como era previsible.
De esto se concluye que el curado acelerado representa una ventaja relativa para los cementos con escoria con respecto al cemento portland normal y que no es conveniente superar la edad equivalente de 14 dias. A temperaturas más altas no se observa una diferencia sistemática significativa para las distintas condiciones y cementos. Se observa también un efecto negativo cuando el tiempo de espera se acorta a 4 horas.
En resumen, los mejores resultados se obtienen con un
curado a 33 ·e, un tiemp0 de espera de 24 horas y una edad equivalente de 7 dias, siguiendo el de 55 ·e, 24 horas de
espera y una edad equivalente de 3 dias. Los resultados obtenidos no pueden extrapolarse a
otros clínkeres, ya que son válidos solamente para los cementos estudiados.
107
APENO ICE
La velocidad de ganancia de resistencia a cualquier edad puede expresarse [2] como una función de la correspondiente resistencia R y la temperatura T:
dR
= f(R).k(T)
dt
En base a la experiencia empírica se propuso para la función de resistencia f(R), la forma:
= f(R)
Ru [ 1 - ( R/Ru)] 2
donde Ru es la resistencia límite a edad infinita.
Con la aproximación que Ru es independiente de la temperatura y considerando las dos expresiones anteriores, tenemos:
dR
[1 - R/Ru] 2
=
Ru ( t
Jto
k(T) .dt
donde se tuvo en cuenta el período de inducción y por lo tanto R es igual a cero hasta un tiempo to y k(T) es el valor de función de temperatura o constante de velocidad.
Si se considera el caso de curado a temperatura cons-. tante, es decir, bajo condiciones isotérmica, k(T) es independiente del tiempo y la integración de las funciones anteriores nos lleva a:
Ru
= k (T) • (t - to )
(1)
Ru-R
108
Reagrupando esta expresión, obtenemos:
1
1
=
+
R
Ru.k(T).(t-to)
Ru
En una primera aproximación y para consideraciones a largo plazo (t>>to), se puede tomar to =O, por lo tanto:
1
=
R
1
1
+
·Ru.k(T) .t
Ru
De esta expresión es posible obtener Ru.
Volviendo a la expresión original (1) y reordenando:
R = k(T).t- k(T).to
R-Ru
De esta ecuación y con el valor calculado anteriormente para Ru, podemos obtener k(T) y to, utilizando preferentemente los resultados a edades cortas.
Si la temperatura no permanece constante es necesario expresar la función de temperatura k(T) en términos de T; una primera aproximación, utilizada en el concepto de madurez, considera una relación lineal:
k(T) = A (T - To)
donde A: constante
To: temperatura por debajo de la cual no hay
desarr decir,
ollo de k(To)
=rOesi
stencia
con
el
tiempo,
es
De esta manera, la función temperatura-tiempo, M, se puede expresar:
lo ( t
(t
M = fr k(T) dt = A
(T - To) dt
0
M = A ( T - To) t
109
El valor comúnmente aceptado para Toes -10 ·e; lle-
vando esto a la expresión anterior, tenemos:
M = A ( T + 10) t
Un mejor ajuste de la función k(T) con la temperatura se consigue utilizando la ecuación de Arrhenius, que expresa la variación de la constante de velocidad de una reacción química con la temperatura:
k(T) = B • e - Ea/RT
donde B es una constante, Ea la energía aparente de activación, R la constante universal de los gases y T la temperatura absoluta de curado.
Tomando logaritmos a ambos miembros de esta ecuación, obtenemos:
Ea ln k(T) = ln B -
R.T Por lo tanto, vemos que si la función k(T) puede expresarse mediante la ecuación de Arrhenius, la representación del ln k(T) en función de 1/T (1/K) debería ajustarse por una recta. En el caso estudiado, Fig 12, esto se cumple, aunque con una dispersión importante, y podemos estimar de la misma el valor de la energía de activación Ea.
110
REFERENCIAS 1. Car11no, N. J. "The matur1ty method: Theory and
app11cat1on" Cement, Concrete and A;;re;atae. Vol. e,
Nro. 2. W1nter 1884, pp 81-73.
2. Bernhardt, c. J. "Harden1n; of Concrete at 01fferent
Temperatura•" Proceed1n;e of the RILEM Sympoa1um on Winter concret1n;, Oan1eh Inet1tute for Bu11d1ng
Research, Copanha;en, Oenmark, 1see, 18 pp.
111
Tabla 1: Composición química y densidad del clínker utilizado (g/100g)
Composición
1
Residuo insoluble ......... .
Dióxido de silicio (Si02) .. . Oxido de aluminio (Al203) .. . Oxido de hierro (Fe203) .... .
Oxido de calcio (CaO) ...... . Oxido de magnesio (MgO) ... . Trióxido de azufre (S03) ... . Oxido de calcio libre ..... . Oxido de sodio (Na20) ..... . Oxido de potasio (K20) ..... .
Alcalinos totales ......... .
0,39 20, 1
6' 1o 3,61 62,4 3,61 0,49
1 , 15
0,64
1 '47
1 , 41
Densidad (g/cm3) ........... . 3' 12
Tabla 2: Escoria de alto horno granulada, análisis químico, contenido de fase vítrea y densidad.
Composición
1
Residuo insoluble DiÓXido de si 1 i e i o (Si 02 ) .... . Oxido de aluminio (Al203) ... . Oxido de hierro (Fe203) ..... . Oxido de manganeso (mn203) .. . Oxido de calcio (CaO) ....... . Oxido de sodio (Na20) ....... . Oxido de potasio (K20) ....... . Oxido de magnesio (MgO) ...... . Trióxido de azufre (S03) ..... .
Su 1fu ro (S= ) ••...•.••.•••••••
Alcalinos totales ........... .
0,77 36,5 12,5
1 , 31 1 , 03 42,9 0,38
0,78
3,74
o, 11
0,84 0,89
Densidad (g/cm3) ............ . 2,92 Porcentaje de fase vítrea .. . 97,5
112
Tabla 3: Composición porcentual de los cementos y su identificación
Identificación
. 400 470 440
Composición
Clínker 96
Escoria
-
67,2
28,8
38,4
57,6
Yeso 4 4 4
Tabla 4: Resistencia a la compresión y grado de hidrata-
ción para temperatura de curado de 5 ·e
Edad Tiempo Tiempo equiv. de a T de (20"C) espera curado
Grado de
hidratación
--
Resistencia
a
compresión (MPa)
di as h
h
400 470 440 400 470 440
3
4 24
271 1 91
0,20
o, 14
o' 18
0,21
o, 14 27,9
0,27 13' 9
15,9 18,8
10,4 26,5
7
4
655 o' 19 o' 19 o' 13 33,6 25,2 16,9
24
575 o' 1o 0,24 o' 18 13,4 26' 1 25,2
14
4
1327 0,31 0,21 o' 18 31 '4 25,6 22,0
24
1247 0,28 o' 19 0,33 35,9 31 , 8 39, 1
28
4 24
---- 2671
2591
0,26 0,24
----
0,20 34,9
---- 31 '6
26' 1
----
26,1 36,8
56
4 5359 ---- ---- ---- 38,6 22,6 38,3
24
5279 0,32 0,22 0,23 35,3 44,8 40,2
3(28) 4 24
3(360)
4
24
7(360)
4
24
271 0,29 0,27 0,27 30,5 27,0 25,8
191 0,29 o' 19 o, 16 33,3 32,3 31 '2
271 191
----
----
---- ----
---- ---··"-'
40,3 39,6
49,3 33,7
49,5 47)8
655 ---- ---- ---- 38,0 43,5 52,4 575 ---- --- ..~ ---- 41,5 35,7 48,0
Tabla 5: Resistencia a la compresión y grado de hidrata-
ción para temperatura de curado de 12 ·e
Edad Tiempo Tiempo
e<q2.0u·iev>.
de espera
a T de curado
Grado de
hidratación
Resistencia a
compresión (MPa)
di as h
h
400 '470 '440 400 470 440
3
4
113 0,20 oJ 14 0,37 18' 9 14,0 7,1
24
80 0,28 oJ 16 oJ 12 16,9 12 J 1 6,3
7
4
273 o' 19 o' 18 o' 16 25,4 18,0 13,6
24
240 0,21 oJ 18 o' 12 25,5 23 J 1 20,3
14
4
553 0,29 0,20 o' 17 35,3 23,7 20,0
24
520 0,28 0,22 o' 19 29,0 26,7 21 '8
28
4 1113 ---- ---- ---- 28,8 29' 1 26,5
24
1080 0,40 0,27 0,20 32,0 33,5 34,6
56
4
24
3(28)
4
24
7(28)
4
24
3(360) 4 24
7(360)
4
24
2233 2200
113 80
273 240
113 80
273 240
0,25
o' 19
0,28 0,22
----
0,27
---------------
o' 19
0,22
----
o' 18
----
0,26
--------
------
0,20 33,2
o' 19 27,0
o' 19 28,7
0,21 32,0
---- 29,0
o' 19 34,9
--------
39,5 42,3
--------
41,7 38,6
28,4 27,3
31 '2 24,7
25,3 36,6
45' 1 41,2
40,7 44,5
36,4 32,7
22,3 28,8
20,4 32,5
47,3 50,3
53,9 44,3
114
Tabla 6: Resistencia a la compresión y grado de hidra-
tación para temperatura de curado de 20 ·e
Edad Tiempo Tiempo equiv. de a T de (20"C) espera curado
Grado de
hidratación
Resistencia
a
compresión (MPa)
di as 1
2 3 7 14 28 49 56 360
h
h
--- 24 --- 24
--- 48
--- 72
--- 168
--- 336
--- 672
--- 1176
--- 1344
--- 8640
400 470 440 400 470 "440
---- ---- ---- 6,6 ---- ---- ---- 7,6
4,0 4,8
1 '5 1' 7
---- ---- ---- 12,9 8,9 3,9
0,21
o' 14
0,28
o' 1o o, 12 o, 17
o, 14 20,9
0,08 25, 1
o, 14 28,6
12,3 18,7 28,3
8,8 12,6 18,9
0,30 0,30 ---- 30,7 32,9 36,8
0,30 0,24
----
0,31
-------
0,28 37,9 0,32 39,4
---- 39,9
38, 1
----
48,2
42,8 42,8 42,6
115
Tabla 7: Resistencia a la compresión y grado de hidrata-
ción para temperatura de curado de 33 ·e
Edad Tiempo Tiempo equiv. de a T de
(20"C) espera curado
Grado de
hidratación
Resistencia
a compresión (MPa)
di as h
1 '7
24
2
24
2,4 24
h
.400 470 440 400 470 440
10 ---- ---- ---- 9,9 7,3 219
14 ---- ---- ---- 13,6 9,2 4,8
20 ---- ---- ---- 15,9 11 19 5,6
4.
38 0120 o 117 o' 16 22,2 17,3 11 'o
3
8
36 o, 17 o' 13 o, 11 20,5 15,0 1 1 ' 1
24
27 0,20 o, 19 o' 12 25, 1 1710 11 15
4
88 0,21 o' 17 0,21 27,7 22,8 25,0
7
8
86 0122 0,17 0,15 29,8 25,7 24,4
24
78 0,21 0,20 0,22 24,9 27,2 25,4
4
176 0,24 0,24 0,22 28,9 20, 1 26,1
14
8
175 0,22 0,22 0,24 25,0 25,6 24,0
24
166 0,28 0,31 0,26 27,9 26,6 28,0
28
4 8
354 351
o' 18
0,20
0,26 0,22
0,33 34,9
o, 19 38,4
31 , 1 31 , 2
36,0 39,0
24
343 0,23 o, 17 0,26 36, 1 31,4 36,9
4
707 0,27 0,32 0,29 29,8 38,8 41 , 3
56
8
705 o' 19 0,27 o, 18 34,3 32,9 35,5
24
697 0,25 0,26 0,21 30,6 29,0 35,3
3(28) 4 24
7(28) 4 24
3(360) 4 24
7(360)
4
24
38 27
0,35 0,22
0,25
o, 16
0,34 25,7
---- 32,4
31 'o
33,0
29, 1 25,4
88 ---- ---- ---- ---- ---- ----
78 0,21 0,20 o' 18 31,1 33' 1 36,6
38 27
--------
--------
--------
32,3 34,0
40,3 48,0
38,8 52,8
88 78
-------
----
----
--------
37,8 39,3
43,0 49,6
54,0 44,7
116
Tabla 8: Resistencia a la compresión y grado de hidrata-
ción para temperatura de curado de 55 ·e
Edad Tiempo Tiempo equiv. de a T de (20'C) espera curado
Grado de
hidratación
Resistencia a
Compresión (MPa)
di as
h
1 17
24
2 11
24
216
24
4
3
8
24
h
.400 470 '440 .400 .470 440
6 ---- ---- ---- 1517 1212 518
10 ---- ---- ---- 1517 1512 815
14 ---- ---- ---- 1913 1 7 11 11 '8
26 0124 0126 o119 2112 19,4 18,8 24 o116 0,22 0120 22, 1 20,6 18,9 18 0120 o, 18 o, 18 19 11 19,6 19' 1
4
62 0125 o' 17 0,29 1916 18,2 19,0
7
8
59 0121 0,21 0124 2215 23,3 25,4
24
53 0124 0128 0124 2514 23,7 22,2
4
123 0,29 o, 19 0,26 19,9 23,7 22,7
14
8
120 o' 19 o118 o, 17 2317 241 1 2815
24
114 0,22 0,23 0119 2319 2716 29,4
4
245 0128 o, 17 0,30 2414 20J4 23,0
28
8
242 0,31 0,24 0,24 21 , 6 19,9 13,5*
24
237 0,27 0121 0123 27,5 35,4 33,0
4
489 0,32 o118 ---- 20,9 1715 21 , 9
56
8
487 0,27 0,27 0,21 14,3 1612 21 '4
24
481 0,32 0,27 o114 26,0 36' 1 29,5
3(28)
4
24
26 0,21 0,28 0,22 19,3 20,2 22,0 18 0,25 0,24 0,21 2819 2619 26,8
7(28)
4
24
62 0,22 54 0,25
3(360)
4
24
r-·
7(360)
4
24
26 18
--------
62 ---53 ----
* Valor no consistente
0,26 0,26
--------
-------
0,24 24,4 0,19 20,3
--------
18,7 28, 1
-------
3018 3214
24,5 18,3
27,2 26,8
31 13 33,5
26' 1 24,7
30,8 25,0
32,8 29,5
117
Tabla 9: Resistencia a la compresión y grado de hidrata-
ción para temperatura de curado de 80 ·e
Edad Tiempo Tiempo equiv. de a T de (20"C) espera curado
Grado de
hidratación
Resistencia a
compresión (MPa)
di as h
1 '7
24
2
24
2,7
24
4
3
8
24
h
400 470 .440 400 470 .440
4 ---- ---- ---- 17,8 16,5 9,9
6 ---- ---- ---- 16,9 16,4 9,7
10 ---- ---- ---- 16,2 19,0 15,0
---- 19 0,22
o' 17 21 '8 16,8 24,5
18 0,22 o' 18 o' 14 21 '6 17,9 22,0
14 o' 16 o' 17 o' 14 15,8 16,6 15,6
4
43 0,20 0,23 o' 16 15,3 13,7 14,7
7
8
42 o' 14 o' 15 o' 19 19,2 21 '6 27,9
24
38 0,20 o' 16 0,21 22,2 22,6 26,7
4
85 0,22 0,47 o' 18 21 '7 22,0 23,2
14
8
84 o' 18 o' 17 o' 18 23,3 24,3 29,1
24
80 0,23 0,24 0,21 20,8 20,7 25,2
28
4 8
169 168
o' 19
0,28
o' 18
0,28
-o-' -1-4
17 '7 27,5
21 '3 23,0
17,7 29' 1
24
164 0,23 0,23 o' 19 24' 1 26,1 29,2
4
337 0,22 o' 18 o' 17 19,8 17 '6 20,3
56
8
336 0,21 0,20 o' 18 16,7 23,0 33,0
24
332 0,22 o' 19 o' 18 26,2 26,3 29,2
3(28)
4
24
7(28)
4
24
3(360)
4
24
7(360)
4
24
---- 19
14
0,21
----
0,21
-o-' -1-8
21,2 23,2
17,0 26,7
22,2 20,0
---- 43 ---- ---- ---- 19,4 21 '6 23,4
38 0,20 0,22
24,7 26,5 26,6
19 14
----
----
--------
--------
32,4 34' 1
44,7 39,3
32,2 45' 1
43 38
-------
----
----
--------
18' 1 21 '3
33,6 39,8
31,1 33,0
118
Tabla 10: Valores de los parámetros Ru, k(T) y to para los distintos cementos y temperatura de curado
Temp. de Curado <.e) 5 12 20 33 55 80
Ru(MPa)
38,0 34,7 44,6* 31 '8 27,6 26' 1
4 kt.0,001 (1/h)
o o to (h)
2,4 11 ' 1 14' 1 53,7 236,3* 15,8 300,8 38' 1 12' 2 7,3 5,5 3,6
Ru (MPa)
47,7 41 '4 38,9 38,3 37,7 27,2
4 kt.0,001 ( 1/h) 7
o to (h)
2,99 3,9 9,3 22,0 49 ,·8 147,6
291 , 1 58,4 13,2 9,6 1 , o 2,6*
Ru (MPa)
43,8 39, 1 55,9* 39,9 33,3 31 '8
4 kt.0,001 (1/h) 4
o to (h)
2' 1 7,5 2,9* 25,3 67,9 147,2 9,8* 83,0 14,9 12,0 4,0 4,2
* Valores no consistentes
Tabla 11: Errores estimados de los valores 1/Ru y k calculados
Temperatura de
5
12
20
33
55 80
Curado (" C)
%
%
%
%
%
%
E ( 1/Ru)
1, 5
1 '3
1, o 0,2
4,2 3,2
400
E [k(t)] 7,9 3,3 4,7 3,3 7,7 7,3
E ( 1/Ru)
6,7
2,8
2,7
1 '2
5,4 1 , o
470
E [k(t)] 5,6 4,7 2,4 0,5 1 , 7 3,0
E ( 1/Ru) 0,4 9,3 5,6 6,4 4,9 3,6
440
E [k(t)]
1 '8
2,7
2' 1 2,0
2,9 7,9
119
Tabla 11 Cont. Edades para las cuales se determinó 1/Ru y
k (T)
Mezcla ' 400
470 400
Temp. CC)
5 12 20 33 55 80
5 12 20 33 55 80
5 12 20 33 55 80
Edades (1/Ru) di as
Edades [k(T)] di as
3; 28; 56 7; 14; 28 14; 28; 56 7; 14; 56 3; 7; 14; 28; 56 7 ; 28; 56
3·•
37.·••
3;
28; 14;
2;
56 28
1
1 , 7; 2; 2,4
1, 7 ; 2, 1; 2,6; 3; 7
2", 7; 3; 7
7; 14; 56
37 • ; '
14; 14;
28 28
3; 7; 28
7; 14; 56
7; 28; 56
3·'
1 1
; ,
7. 37 2·;'' •'
14; 14;
3; 2;
56 28 7 2,4
1 , 7 ; 2' 1 ; 2,6; 3
2; 3; 7 ; 28
7; 28; 56 7; 28; 56 14; 28; 56 7; 28; 56 3; 14; 28; 56 14; 28; 56
7; 28; 56
3; 7; 28
1. 1'
,
2; 7;
3; 2;
7; 3
14
1 '7; 2, 1 ; 2,6; 3; 14
1 ' 7 ; 2 , 7 ; 3; 7
Tabla 12: Energia de activación, kJ/mol entre 5 y 80 ·e
para los distintos cementos
Cemento
Ea
E%
-400
45,8
1,7
470
42,9
0,5
440
46,6
1 '4
120
Tabla 13:
Resistencias relativas de probetas curadas a distintas temperaturas, a la edad equivalente de 3 dias, con respecto al curado normal a la misma edad.
Tiempo
Resistencias Relativas
Tempee. rea)tura
de espera (h)
400
470
440
4
133,5 129,3 118,2
5
24
66,5 152,8 301 , 1
4
90,4 113,8 87,5
12
24
80,9
98,4
71 , 6
20
-
100
100
100
4
106,2 140,6 125,0
33
8
98, 1 121 , 9 126,1
24
120, 1 138,2 130,7
4
101 ,4 157,7 213,6
55
8
105,7 167,5 214,8
24
.. 91,4 159,3 217,0
4
104,3 136,6 278,4
80
8
103,3 145,5 250,0
24
75,6 135,0 177,3
121
Tabla 14:
Resistencias relativas de probetas curadas a distintas temperaturas, a la edad equivalente de 7 días, con respecto al curado normal a la misma edad.
Tiempo
Resistencias Relativas
Temperatura
de
CC)
espera (h)
400
470
440
4
133,9 134,8 134, 1
6
24
63,4 139,6 200
4
1o1, 2 96,2 107,9
12
24
101 , 6 123,6 161 , 1
20
-
100
100
100
4
11 o' 4 121 , 9 198,4
33
8
118,7 137,4 193,6
24
92,2 146,4 201,6
4
78, 1 97,3 160,8
56
8
89,6 124, 1 201,6
24
101 , 2 126,7 176,2
4
61,0 73,3 116,7
80
8
76,6 116, 6 221,4
24
88,4 120,9 211 '9
122
Tabla 15:
Resistencias relativas de probetas curadas a distintas temperaturas, a la edad equivalente de 14 dias, con respecto al curado normal a la misma edad.
Tiempo
Resistencias Relativas
Temperatura
de
("C)
espera ( h)
400
470
440
4
109,8
90,5 116,4
5
24
125,5 112 '4 206,9
4
123,4 83,7 105,8
12
24
1o1 '4
94,3 115 '3
20
-
100,0 100,0 100,0
4
1o1 'o 71 'o 138,1
33
8
87,4
90,5 127,0
24
97,5
94,0 148' 1
4
69,2
83,7 120,1
55
8
82,9
85,2 150,8
24
83,6
97,5 155,5
4
75,9 71,7 122,7
80
8
81 , 5 85,9 154,0
24
72,7
73' 1 133,3
123
Tabla 16:
Resistencias relativas de probetas curadas a distintes temperaturas, a la edad equivalente de 28 diaa, con respecto al curado normal a la misma edad.
Tiempo
Resistencias Relativas
T e m<p• ee>r a t u r a
de espera (h)
400
470
440
4
113,7 79,3 70,9
5
24
102,9
-
100,0
4
93,8 88,4 72,0
12
24
104,2 101 , 8 94,0
20
-
100,0 100,0 100,0
4
113,7 94,5 97,8
33
8
125, 1 94,8 106,0
1
24
117,6 95,4 100,3
4
79,5 62,0 64, 1
55
8
70,3 60,5 36,7
24
89,6 107,6 89,7
4
57,6 64,7 48, 1
80
8
89,6 69,9 79,1
24
78,5 79,3 79,3
124
Tabla 17: Resistencia absoluta a la compresión de probe-
tas curadas a las edades equivalentes de 3 y 7 días a las temperaturas T y curado normal hasta completar 28 y 360 días.
T Edad Tiempo Resist.a 28 d(MPa) Resist.a 360 d(MPa)
e. de e) equiv espera 400 470 440
400
470 440
3 5
7
4 30,5 27,0 25,8 40,3 49,3 49,5
24 33,3 32,3 31 '2 39,6 33,7 47,8
4 ---- ---- ---- 38,0 43,5 52,4 24 ---- ---- ---- 41 '5 35,7 48,0
1 1
3
12
7
20 28
4 28,7 31 '2 22,3 39,5 45' 1 47,3 24 32,0 24,7 28,8 42,3 41 '2 50,3
4 29,0 25,2 20,4 41,7 40,7 53,9 24 34,9 36,5 32,5 38,6 44,5 44,3
-- 30,7 32,9 36,8 ---- ---- ----
3 33
7
4 25,7 31 'o 29' 1 32,3 40,3 38,8
24 32,4 33,0 25,4 34,0 48,0 52,8
4 ---- ---- ---- 37,8 43,0 54,0
24 31 '1 33' 1 36,6 39,3 49,6 44,7
!
3
55
7
4 19,3 20,2 22,0 18,7 27,2 30,8 24 28,9 26,9 26,8 28' 1 26,8 25,0
4 24,4 24,5 26, 30,8 31 '3 32,8 24 20,3 18,3 24,7 32,4 33,5 29,5
3 80
7
4 21 '2
24 23,2
-
4 19,4
24 . 24' 7
17,0 26,7 21 '6 25,5
22,2 32,4 20,p 34' 1 23 ,i4 18' 1 26 ,;6 21 '3
44,7 39,3 33,6 39,8
32,2 45' 1 31 '1 33,01
125
Tabla 18: Resistencia relativa a la compresión de probetas curadas a las edades equivalentes de 3 y 7 días a las temperaturas T y curado normal hasta completar 28 y 360 días.
T Edad Tiempo Resist.a 28 d(MPa) Resist.a 360 d(MPa)
de
CC) equiv espera 400 470 440
400
470 440
3 5
7
4
99,3 82,2 70,0 101 'o 102,3 116,2
24 108,5 98,3 84,8 99,2 69,9 112,2
4 --- ---- ---- 95,2 90,6 123,0
24 ---- ---- ---- 103,2 74' 1 11'2,7
3 12
7
20 28
4
93,5 94,9 60,5 99,0 93,6 111 'o
24 104,2 75,2 78' 1 106,0 85,5 118' 1
4
24,3 76,8 55,3 104,5 84,4 126,5
24 113,7 111 , 2 88,3 96,7 92,3 104,0
-- 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
3 33
7
4
83,6 94,4 78,9 80,9 83,6 91,1
24 105,5 100,3 68,8 65,2 99,6 123,9
4 ---- ---- ---- 94,7 89,2 126,8
24 101 '4 100,6 99,3 98,5 102,9 104,9
3 55
7
4
62,9 61,3 59,7 46,9 56,4 72,3
24
94,0 81 '7 72,9 70,4 55,6 58,7
4
79,6 74,4 70,8 77,2 64,9 77,0
24
66,2 55,6 67,1 81,2 69,5 69,2
3 80
7
4
69,0 51 , 8 60' 1 81,2 92,7 75,6
24
75,4 81 , 3 54,4 85,5 81,5 105,9
4
63,3 65,6 63,6 45,4 69,7 73,0
24 80,5 80,6 72,2 53,4 82,6 77,5
126
Re MPa
42 361--
.....
N -..J
--------·
--------------~4
+ B440
.... 8400 • 8470
""=""%;:..:..---------
287 671
(3d) (7d)
1343 (14d)
2687 (28d)
tiempo (h)
5375 (56d)
Fig. 1: Resistencia a la ccmzpresión e1t funcióu del tiempo de curado, para tiempo de espera de 24 by temperatura de curado de 5 °C.
Re
MPa
39
33
•
27
21
N
en
15
••
9
... B400
• 8470
+ B440
o 120 280
(3d) (7d)
560 (14d)
1120 (28d)
tiempo (h)
Fig. 2: Resistencia a la compresión en función del tiempo de curado, para tiempo de e.sper~ de 24 h y temperatura
de curado de 12 oc.
2240
(56d)
Re
MPa
1
.......,
U)
!/
••
•
... 8400 • 8470 • 8440
\_O
24
48
72
Tiempo (h)
168
Fig. 3: Resistencia a la compresión e11 u funcióu del tiempo de curado, temperatura de curado de 20 oc- Corta edad.
Re MPa
52
44
28
\_a
w
o
20 r I 1
1
... 8400 .• 8440
• 8470
72 168 336
672
tiempo (h)
Fig. 4: Resistencia a la compresión en fuJZción del tiempo de curado, temperatura de curado de 20 oc.
2T60
Re
MPa
24
20
16
12 w\_.
8
,-
... 8400 • 8470 • 8440
¡-----------1 ,\_\_\_,
1 .&.
4
•
14,5
24,5
28,5
34,5 tiempo (h) 41,5
Fig. 5: Resistencia a la compresióu en fuucióu del tiempo e de curado, para tiempo de espera de 24 by temperatura
de curado de 33 oc- Corta edad.
Re MPa ~--T-----r----------r------------------~r-----------------------------------------r-~
39
...
...
21
w
N
1
Á 8400 • 8470 • 8440
41 91
180
357
tiempo (h)
710
Fig. 6: Resistencia a la compresión e12 función del tiempo de curado, para tiempo de espera de 24 by temperatura
de curado de 33 oc.
Re MPar-~---------------A--~-------------,--------¡r--------,---------'l
20
16
12
...
w w
8
4 J-
/•e
~
... 8400
• 8470
• 8440
T
o
o
8,7
14,7
18,7 tiempo (h) 22,7
26,7
Fig. 7: Resistencia a la compresión en función del tiempo de curado, para tiempo de espera de 24 h y temperatura
de curado de SS oc- Corta edad.
Re MPa
36
30 t-
....
~
1
-/~~
24
....
(.,J
~
18l .r·
12
----------------·
-•
...
.... 8400 • 8470 • 8440
6
27 62 (3d) (7d)
123 (14 d)
246 (28d)
tiempo (h)
496 (56d)
Fig. 8: Resistencia a la compresi~n .eu juució1t del ~iempo de c\_urado, para tie1~po de e\_sper~ de ~4 by ~emperatura
de curado de SS °C.
·
.
.
Re
M~
22'-
! 1
18 1-
....
w
(11
,
¡
1
·-
•\_...
- ---t-
Á 8400 • 8470
+ B440
6
10
12
16
20(3d)
Fig. 9: Resistencia a la compresió11 e11 función del tiempo de curado, para tiempo de espera de 24 h y temperatura
de curado de 80 oc- Corta edad.
11!
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w
"-J
1
1 1
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t
Á /·~.
- · --~¡:.:::::=:·
o5
12
20
33
Fig. 11: k (T) en fuución de la temperatura de curado (oc)
Á 8400 • 8470 • 8440
55 temperatura de curado oC 80
k(T)(días-1 )
+ 2,\_ + 1,\_
o
1
•
• 8400 • 8470
• 8440
•
...
-1
w
00
-2
•
-3
80
12
28
29
30
31
32
33
34 .
35
Fig. 12: Logaritmo natural de k(T) e1t función de la inversa de a la temperatura absoluta.
5 (oC)
36x 10-4 1/T0
tJ(hJ·~71----------------------------------------------------~
\\
o·
20
1
•
10
• 400 • t!-70 o 440 5
~-=======--\_\_,-C
5 Fig. 13: Variació11 de t enfunción de la temperatura, para cada
0
uno de los cenze1itas estudiados.
13 9
--------------------------
EVALUACION DE LA ESCORIA PROPUCIDA POR EL ESTABLECIMIENTO ALTOS HORNOS ZAPLA
RESUMEN Este estudio se encaró considerando el posible empleo de las escorias producidas en Altos Hornos Zapla como material potencialmente hidráulico. Los objetivos fijados fueron: caracterizar el material, evaluar su capacidad hi~ dráulica, analizar sus diferencias con una escoria "estandar" y determinar las ventajas que podría significar la optimización de la operación de granulación con la instalación de un equipo especial, caja de granulación, ("blowing box"), cedido por el CIID (Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo- Canadá). Los resultados obtenidos muestran que esta escoria, molida a una finura adecuada y en presencia de cemento portland normal, desarrolla propiedades hidráulicas, aunque en forma más lenta que otras escorias. En base a los resultados obtenidos y a las observaciones realizauas en la planta, se efectúan una serie de recomendaciones que posibilitarían el aprovechamiento comercial de esta escoria en remplazo parcial de cemento portland normal.
141
ESCORIA DE ALTOS HORNOS ZAPLA
1. INTRODUCCION
La primer planta siderúrgica integrada instalada en Argentina fue Establecimientos Altos Hornos Zapla, el que comenzó su producción de arrabio en octubre de 1945. Al primer alto horno se le sumaron otros, de mayor capacidad, encontrándose al presente solamente en funcionamiento el más reciente de ellos, el alto horno NQ 5.
La escoria de este alto horno es muy particular, ya que en su composición química presenta un contenido alto de Si02 y bajo de CaO, respecto a las escorias destinadas a la fabricación de cemento de escoria o siderúrgico. Esta composición química está relacionada con la circunstancia de utilizar mineral de hierro de baja ley, es decir, alto contenido de Si02 y carbón vegetal en lugar de coke, trabajando a temperaturas relativamente bajas. En los últimos años, el mineral empleado fue gradualmente remplazado por otro de ley más alta, . llevando consecuentemente a una reducción de la masa de escoria por unidad de arrabio producida y a un cambio en la composición química.
En este trabajo se consideran las escorias producidas "regularmente" por AHZ, la escoria producida por la caja de granulación y una escoria granulada molida obtenida en un molino industrial en la planta de AHZ.
2. EVALUACION PRELIMINAR
Este estudio se 1n1c1a con la evaluación de la escoria producida y granulada "regularmente" por el alto horno NQ 5 del Establecimiento Altos Hornos Zapla. Como activante se emplea un clinker producido por una empresa cementara en las cercanías de la planta siderúrgica.
Esta evaluación tiene el carácter de preliminar y de referencia a una definitiva a realizar una vez instalada la caja de granulación y superados algunos problemas operativos.
Los objetivos principales fueron analizar la uniformidad de la escoria producida en distintas coladas y la constancia en la composición química, detectar diferencias entre los dos canales de granulación y evaluar el porcentaje de fase vítrea y las propiedades potencialmente hidráulicas de una muestra representativa de la escoria producida.
142
2.1. Toma de muestras
A fines del mes de octubre de 1988 se realizó la toma de muestras de la escoria producida por el alto horno Nro. 5 granulada en el canal principal y auxiliar, las que se identificaron como P y A respectivamente.
Una vez finalizado cada escoriado, se recogió de la parte superior de la pila formada una muestra de escoria con el auxilio de la cuchara de almeja, evitando contaminar las muestras con escoria perteneciente a otras coladas. Luego de permitir algunos minutos de drenado, se volcó el material en la playa ubicada inmediatamente a continuación de las piletas de enfriamiento.
De cada pila se extrajo una muestra representativa, de aproximadamente 25-30 kilos, cuarteada mediante un partidor de Jones.
Por efecto del "soplado del horno'", las muestras se contaminaban con carbón vegetal. En particular, la escoria "principal'" se mostró más afectada pues la piquera casi enfrenta la pileta. Esta diferencia no se cuantificó, pero era notable a simple vista.
Se determinó el contenido de humedad retenida por las muestras de escoria extraídas del centro de las pilas, luego de permitir el drenaje durante 18 a 20 horas. Los valores obtenidos se muestran en la Tabla 1.
2.2. Tratamiento posterior de las muestras
Se examinaron visualmente las muestras y se detectó una excesiva contaminación con arrabio, el que se presentaba en forma aislada o unido a partículas de carbón vegetal o de escoria granulada. Por otra parte, el grado de contaminación no era regular.
De las 10 muestras extraídas, identificadas como A1, A2, A3, A4, A5, P1, P2, P3, P4 y P5 se pensó realizar un común representativo de todas ellas, pero la falta de uniformidad, fundamentalmente en el grado de contaminación, motivó la decisión de elegir las dos menos contaminadas para formar el común designado como ZAP.
2.2.1. Descontaminación de las muestras
Previo a la caracterización de la escoria granulada, fue neces.ario separar el carbón vegetal y el arrabio.
El carbón vegetal se separó parcialmente por tamizado, vía seca, sobre tamiz de 4,75 mm de abertura de ma 11 a.
143
La presencia de partículas de carbón con arrabio
adherido, unido a la elevada absorción del primero, impidieron la separación por flotación. El residuo de carbón se consideró despreciable en masa por su baja densidad.
La separación del hierro se realizó en forma manual con un imán permanente, con tantas pasadas como
fueron necesarias hasta que la masa de material magnético retenido en el imán fue despreciable.
Se determinó entonces el porcentaje de contaminación en masa, para la muestra con más contenido de hierro y la menos contaminada, arrojando los siguientes valores:
Muestra más contaminada: A2 y A4; la primera se descartó pues el operador del alto horno informó que correspondía a una escoriada con contenido anormal de hierro.
Material magnético: superior al 25 %
Muestra menos contaminada: de las muestras menos contaminadas, se eligieron dos, A5 y P5 para constituir un común denominado ZAP. su contenido de hierro se evaluó efectuando la separación del material magnético, previa trituración por rodillos, para liberar el arrabio de la
escoria.
Material magnético
8,8 %
Material no magnét .: 90,4 %
Material contaminado: 0,8 % (escoria contaminada con
hierro, no separados por la trituración en los rodillos.)
A los efectos de desarrollar un lu~'todo expeditivo que sirviera para detectar diferentes grados de contaminación con arrabio, se determinó el Peso de la Unidad de Volumen (PUV) suelto de las diferentes muestras. La influencia del contenido de hierro (Pe= 7,85) se pone de
manifiesto en el incremento del PUV (Fig. 1). Aunque el
método no mostró la sensibilidad deseada, es eficaz para
detectar rápidamente muestras con contaminación anormal.
2.3. Caracterización de la escoria granulada
La escoria granulada seleccionada, se caracterizó macroscópicamente, observándose partículas de diferente coloración.
2.3.1. Análisis mineralógico
El material se presenta en forma de partículas de tamaño arena gruesa, en tanto la parte más fina se produce como consecuencia de la partición de las primeras debido a su friabilidad.
144
Al microscopio, se observa una textura eminentemente vítrea que en algunos casos incluye partículas metálicas de forma esférica, óxidos de hierro y buroujas. Pueden ser incoloras, transparentes o translúcidas aunque también hay una cierta proporción de verdosas y blancas.
En el caso de partición, los bordes son irregulares y la fractura concoide. En las variedades blancas, son notorias las características de friabilidad y la estructura semejante a una pómez por su gran cantidad de poros.
2.3.2. Determinación del contenido de vidrio
Sobre una muestra ZAP molida, se determinó por conteo al microscopio el porcentaje de fase vítrea, encontrándose el siguiente resultado:
Vidrió .................... 93,2%
Partículas cristalinas .... 2,8% Partículas opacas ......... 4,0%
La caracterización mediante técnicas de difracción por rayos X (XRD) determinó la ausencia de partículas cristalinas; es decir, el contenido de partículas cristalinas de la muestra está por debajo del umbral de detección mediante esta técnica.
2.3.3. Análisis químico
Para no introducir errores apreciables, se descontaminaron las muestras antes de efecuar el análisis químico. Los resultados obtenidos se muestran en las Tablas 2 y 2 bis, donde también se informan los contenidos de hierro metálico obtenidos por análisis.
2.4. Preparación de los cementos mezcla
Para la preparación de los cementos mezcla se utilizó clínker de una empresa cementara ubicada a aproximadamente 70 km de AHZ en la localidad de Puesto Viejo, piedra de yeso y escoria granulada de alto horno descontaminada. En la Tabla 3 se muestra la composición química del clfnker empleado.
Se realizaron moliendas conjuntas, con contenidos nominales de O, 20, 35, 50 y 60 % de escoria, alcanzando finuras de 400 y 500 m2/kg Blaine.
En la Tabla 4 se puede ver la composición de los cementos mezcla preparados, las finuras alcanzadas y el tiempo necesario para alcanzar esas finuras.
145
En el siguiente cuadro se puede observar la dife-
rente molturabilidad de la escoria de AHZ cuando se la compara con una estudiada previamente (SOMISA), Fig. 2.
FINURA (m2/kg)
300 400 500
TIEMPO DE MOLIENDA
ZAPLA
SOMISA
3:20
2:15
6:15
4:05
12:00
8:00
Con las mezclas preparadas se moldearon probetas cúbicas de 50 mm de arista para evaluar la resistencia de los morteros a la compresión a las edades de 3, 7, 28, 91 y
180 días de acuerdo con la norma ASTM e 109.
Las proporciones del mortero y la granulometría de la arena utilizada (arena de Ottawa) se consignan en las Tablas 5 y 6 respectivamente.
Las probetas se desmoldaron a las 24 horas de moldeadas y se mantuvieron sumergidas en agua saturada con cal hasta la edad de ensayo. Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 7.
Para evaluar la hidraulicidad de la escoria, la
norma ASTM e 989 determina un "Indica de actividad de la
escoria" (S.A.I.), definido como el valor porcentual de la resistencia a la compresión a la edad de 28 días para un cemento mezcla que contenga 50 % de escoria con respecto al cemento portland normal de referencia.
Realizados estos cálculos, para la edad de 7 y 28 días y con las dos finuras, 400 y 500 m2/kg, se obtuvieron los valores de la Tabla 8.
2.5. Molienda conjunta y separada
Para simular la condición de mezcla de los componentes del cemento mezcla en el momento de elaboración del mortero (u hormigón), se realizó molienda separada, alcanzando con el clínker una finura de 400 m2/kg y con la escoria, finuras de 500 y 600 m2/kg. Se moldearon probetas
cúbicas de 50 mm de arista de acuerdo con ASTM e 109, las
que se mantuvieron sumergidas en agua saturada con cal hasta la edad de ensayo. La rotura a la compresión se realizó a las edades de 3, 7, 28, 91 y 180 días. Los resultados se consignan en la Tabla 9.
146
2.6. Conclusiones
Para alcanzar una finura determinada con la escoria de AHZ, se necesita mayor tiempo de molienda que para la escoria de SOMISA, lo cual puede atribuirse a su composición menos básica.
La contaminación con arrabio es alta y variable de colada en colada, siendo necesaria su eliminación antes de la molienda. Es conveniente hacer una premolienda a tamaño menor que 1 mm para liberar las partículas adheridas.
El análisis químico de las muestras señala una relación Si02/[Ca0 + MgO] superior a la deseable, desde el punto de vista de sus propiedades hidráulicas. El contenido de aluminio está dentro del rango aconsejado por la bibliografía. El contenido de alcalinos es relativamente alto, atribuible al uso de carbón vegetal y seria interesante estudiar su influencia. El resto de los componentes está dentro de los valores que presentan normalmente las escorias.
El grado de vitrificación es adecuado. Su relativamente bajo contenido en fase cristalina puede atribuirse a su composición química.
El porcentaje de agua retenida luego del drenaje se considera relativamente bajo, favoreciendo la posterior operación de secado.
Los valores de finura elegidos, 400 y 500 m2/kg Blaine, son adecuados para esta evaluación preliminar ya que una finura menor no hubiera arrojado valores satisfactorios en lo que hace a su actividad hidráulica. Esto se manifiesta en el Indica de Actividad de la escoria (S.A.!.). A la finura 500 m2/kg le corresponde un grado 80, casi en el límite con el grado 100 (70 para 7 días y 90 para 28 días).
Se observa un incremento muy importante en el desarrollo de resistencia cuando se pasa de finura 400 a 500 m2/kg, lo que se pone de manifiesto en forma más acentuada a la edad de 28 días. La resistencia a la compresión a 3 y 7 días para el cemento de referencia (O ~ de escoria) muestra valores menores para 500 m2/kg con respecto a 400 m2/kg; esto puede atribuirse a un problema de control en la molienda, ya que repetidos los moldeas para 500 m2/kg se obtuvieron resultados similares.
Es de interés señalar que, para 400 m2/kg, la resistencia a la compresión disminuye en forma regular a 3 Y 7 días con el aumento del contenido de escoria. Esto indica muy poca, si alguna, contribución de la escoria al desarrollo de resistencia, la que sí se manifiesta a 28 días. Para 500 m2/kg se observa que a 3 y 7 días la
147
3. EVALUACION DE LA ESCORIA GRANULADA MOLIDA EN LA PLANTA DE ALTOS HORNOS ZAPLA
3.1. Introducción
Ante el requerimiento por parte de Autoridades de AHZ de evaluar una escoria producida y molida en planta, que fue utilizada en algunos trabajos experimentales fuera del alcance de este estudio, se determinó su composicón química y contenido de hierro metálico, Tabla 11, y se evaluó su actividad hidráulica potencial a través del S.A.I. (ASTM C 109).
La Tabla 12 resume los valores de S.A.I. a las edades de 7 y 28 días. Algunas probetas se desintegraron durante el curado, hecho que se atribuyó a la presencia de hierro metálico, por lo que procedió a separarlo con un imán permanente, en forma manual. Los resultados obtenidos con esta escoria descontaminada se indican también en la Tabla 12; la densidad y la superficie específica fueron 2,91 g/cm3 y 310 m2/kg, respectivamente.
3.1.1. Conclusiones
El análisis químico muestra un nivel de contaminación con hierro superior a lo deseable. La oxidación y correspondiente expansión provocada en las primeras horas pudo haber sido la causa de desintegración de algunas probetas. Moldees realizados con la misma 'escoria desmagnetizada no presentaron este problema, arrojando mayor resistencia a 7 días, aunque el comportamiento a las edades de 28 y 91 días fue similar.
Los valores obtenidos son relativamente bajos, fundamentalmente si se los compara con escoria de igual procedencia evaluada en el punto 2.
4. CARACTERIZACION DE LA ESCORIA OBTENIDA CON LA CAJA DE GRANULACION
4.1. Introducción
De acuerdo con las recomendaciones dadas por el experto enviado por el Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo, CIID, de Canadá, personal del Establecimiento Altos Hornos Zapla instaló la caja de granulación en la salida de la piquera de escoriado lateral. El decantador de arrabio previsto no fue construido, de modo tal que no fue posible eliminar la contaminación de la escoria con el hierro metálico.
149
Debido a inconvenientes en el funcionamiento del alto horno no se pudo realizar más de una experiencia, por lo tanto la granulación obtenida con esta caja muy probablemente pueda ser optimizada.
Por las circunstancias mencionadas anteriormente, no se justificó la realización de un estudio más extenso, tal como se tenia previsto efectuar.
4.2. Proceso de granulación
El proceso de granulación consiste en transformar la escoria al estado liquido, a una temperatura de alrede-
dor de 1400 e, en un material granular mediante el impacto
con un chorro de agua a alta presión, disminuyendo simultáneamente su temperatura a un valor cercano a la ambiente.
Como segunda etapa de este proceso la escoria debe ser separada del agua y transportada de la vecindad del alto horno hasta la playa de almacenamiento o despachad~ directamente mediante vagones o camiones.
Distintos procesos han sido diseñados para optimizar estas operaciones y también para disminuir la contaminación ambiental, producida por la emanación de vapores de agua, H2S, etc, que llevan a una disminución de visibilidad y a serios problemas de corrosión, además de crear condiciones de trabajo inadecuadas. Si bien estos problemas son considerablemente menores cuando la escoria es granulada que cuando es enfriada al aire, es aún posible una reducción de los niveles de contaminación a valores insignificantes.
La caja de granulación forma parte de uno de estos sistemas operativos (1) y se instala a la salida del canal de escoriado donde se produce el proceso de granulación. Su diseño permite dispersar la escoria liquida en pequeñas gotas que son rápidamente enfriadas y trans~a:tadas, mediante la inyección de agua a través de dos cor1juntos de pequeños orificios y una rendija horizontal. El caudal y presión de agua de alimentación de estos dos cc>njuntos pueden ser variados independientemente permitiendo así modificar el tamaño de los gránulos, densidad y grado de vitrificación.
En la figura 14 se muestra un esquema del sistema instalado, donde se puede apreciar que, fijado el caudal de agua de alimentación principal, el caudal y presión de alimentación a cada una de las cámaras de la caja de granulación puede ser controlado individualmente.
Se realizó la calibración del equipo y el personal del alto horno fue instruido por el experto canadiense, QLien dirigió la instalaión y puesta en marcha del equipo,
150
4.4.4. Análisis químico
Las muestras descontaminadas se molieron en molino a bolas hasta una finura de 340 m2/kg aproximadamente. Se determinó la composición química, incluyendo el contenido de hierro metálico. Los resultados se muestran en Tabla 15 donde se puede observar el incremento en el contenido de Si02, la disminuciór. del cao y un valor anormalmente alto de los alcalinos totales, expresados como Na20.
4.4.5.
Contenido de fase vítrea y difracción por
rayos X.
Se determinó el contenido de fase vítrea por conteo al microscopio y se realizó una difracción por rayos X. Los resultados se indican en Tabla 16.
Resultados de la difracción por Rayos X (XRD):
Muestra BB: Abundante material amorfo y muy escasa presencia de partículas cristalinas.
Muestra ce: El contenido de partículas cristalinas es
inferior al umbral de detección por este Método.
Microfotografía:
En las Figuras 15 y 16 se puede observar la
microfotografía de las muestras 88 y ce con distintos au-
mentes. Las muestras corresponden a la fracción entre 1000 y 590 um.
4.4.6. Molturabilidad
Se realizó una molienda hasta 500 m2/kg, obteniendo muestras parciales para evaluar la molturabilidad de ambas escorias. Los resultados se resumen en Tabla 17.
4.4.7. Conclusiones
Prescindiendo de la contaminación presente en ambas muestras, la escoria procesada mediante la caja de granulación presenta una mejor distribución de tamaños y mayor tamaño medio, como indica su módulo de finura.
La escoria granulada con la caja de granulación tuvo menor porcentaje de fase vitrea, lo que podría manifestarse como una menor actividad hidráulica potencial. Este hecho puede atribuirse a causas diferentes del enfriamiento propiamente dicho, tales como composición química y temperatura de la escoria.
152
Las ventajas que aportó el nuevo equipo, aún en
,0tapa de calibración y optimización en su operación, se tradujeron en una mejor molturabilidad de la escoria, lo que permitiría ahorrar energía en la molienda.
4.5. Propiedades mecánicas
4.5.1.
Resistencia a la compresión
Se realizaron moldeos de acuerdo con la norma
ASTM e 109 (cubos de 50 mm de arista) para determinar la
resistencia a la compresión a diferentes edades. En la
Tabla 18 se resume el plan de ensayos efectuados. El esque-
ma se repite para ambas muestras, BB y ce.
En las Tablas 19 y 20 se indican los resultados obtenidos ha~~~ la edad de 91 días. Se calcularon valores porcentuales relativos al cemento control ( 100 % CPN) para cada edad, los que se consignan en Tablas 21 y 22.
Con el valor de la resistencia a la compresión a
las edades de 7 y 28 días para el cemento patrón (100 % CPN), y con el valor correspondiente al 50% de remplazo de cemento por escoria se determinó el índice de actividad, (S.A.!.) de ambas escorias. Los resultados se indicQn en Tabla 23.
4.5.2.
Conclusiones
Los valores de resistencia distintas edades y finuras son del obtenidos para la escoria granulada existente en AHZ.
a la compresión para mismo orden que los con el procedimiento
La influencia de la mayor finura de molido se hace ~vidente en los resultados a 28 días y se acentúa a 91 días. Las diferencias se incrementan para contenidos de escoria del 50 y 60 %, en cuyos casos se supera a las mezclas con mayor contenido de cemento portland.
Idénticas conclusiones se extraen del análisis de los Indices de Actividad (S.A.I.) a 7 y 28 días.
5. MORTEROS PARA ALBANILERIA
De acuerdo con las experiencias obtenidas con la
escoria de Somisa, en lo que respecta al diseño de cementos para elaborar morteros para albañilería, se ensayaron distintas proporciones de la mezcla ternaria: escoria granulada molida- cemento portland - cal aérea hidratada en polvo.
153
Se utilizó la escoria granulada mediante el sistema preexistente en Zapla, molida en los laboratorios del .rJTI. Por tratarse de una evaluación preliminar, ésta se liMitó al estudio de la evolución de la resistencia a la flexión y compresión en función de la edad, para distintos ~ontenidos de cal aérea. El contenido de cemento de las me:clas se mantuvo constante.
La dosificación utilizada para los cementos de 1LaRileria y los respectivos morteros se esquematiza en la l~bla 24 y la granulometrfa de la arena, en la Tabla 25.
Se ajustó el contenido de agua de manera de mantener constante el extendido en 110 +/- 5 %. Se moldearon probetas prismáticas de 4 x 4 x 16 cm, las que se mantuvieron 48 horas en el laboratorio antes de ser desmoldadas. El curado se proporcionó sumergiendo las probetas en agua saturada con cal, a una temperatura constante de 23 +/- 2"C hasta la edad de ensayo. Se ensayaron a la flexión (carga en el centro) y a la compresión. Los valores de resistencia obtenidos se indican en Tabla 26.
Se utilizó la misma dosis de aditivo que para la escoria de SOMISA pero, al determinar posteriormente el contenido de aire incorporado, se observó que éste era insuficiente. Este comportamiento se atribuye a la presencia de carbón no eliminado en forma manual en el proceso de descontaminación. Para alcanzar el nivel de aire deseado (18 %), fue necesario duplicar la dosis del aditivo.
5.1. Conclusiones
El comportamiento al estado fresco es satisfacto-
rio.
Los resultados indican escasa actividad de la ~scoria a corta edad, pero el comportamiento mejora a 28 dias y más aún a 91 días. Es evidente la necesidad de proiongar el curado húmedo.
La presencia de carbón aumenta la dosis de aditivo necesaria para lograr una correcta incorporación de aire. Es probable que este hecho se reitere para otros aditivos de uso corriente en morteros y hormigones, pero sería conveniente realizar los ensayos correspondientes en cada caso.
154
6. CONCLUSIONES GENERALES
La escoria producida por Altos Hornos Zapla puede ser utilizada como material potencialmante cementicio, ya sea para la obtención de cemento de escoria, por molienda c~njunta, o como adición hidráulicamente activa en obra, con una finura adecuada. Para que esto pueda ser implementado satisfactoriamente este material debe ser considerado como un coproducto del arrabio que se produce simultáneamente.
Es necesario tener una carga definida para el alto horno y efectuar el control de cada colada mediante análisis químico y medición de temperatura, de modo tal que se pueda asegurar la uniformidad en las características de la escoria producida.
Se debe mejorar la separación de la escoria y el arrabio y eliminar la mayor parte de éste, intercalando una trampa antes de la granulación de la escoria ya que de esta manera se reduce el costo de la separación magnética y se incrementa la producción de metal del horno.
Es conveniente poder eliminar aquellas escorias que por razones circunstanciales, baja temperatura, alta contaminación, etc, no tengan la calidad adecuada, desviándolas a otra fosa o vagón termo, de modo tal de no disminuir la calidad promedio de la escoria producida.
La finura de esta escoria debería estar comprendida entre 400 y 500 m2/kg, en función de los niveles de reemplazo y aplicaciones que se le quiera dar. Una finura menor no permite desarrollar todo su potencial hidráulico, mientras que una mayor finura incrementaría el costo de molienda sin una ventaja proporcional.
El nivel de sustitución de cemento portland normal por esta escoria puede llegar hasta el 60 %, dependiendo esto del grado de molienda, cemento portland con el cual se incorpore y requerimientos de la obra.
La escoria puede ser utilizada para la fabricación de cementos de albañilería, pero, principalmente en este caso, como en el empleo en remplazo parcial de cemento portland normal, se deben cuidar las condiciones de curado ya que el desarrollo de resistencia es lento a las primeras edades pero importante a largo plazo.
Se recomienda el empleo de esta escoria en fábrica de premoldeado con corado acelerado y en obra con un buen control de calidad.
Es conveniente profundizar y extender los estudios sobre esta escoria una vez implementadas las acciones ,~~~~geridas anteriormente.
155
REFERENCIAS: (1) Arthur W. Cooper, M. Solvi, M. Carmes. "Blast furnace slag granulation" Iron and Steel Engineer, 46-52, Ju1y
1986.
(2) Arthur W. Cooper, "Informe Interno", Noviembre 1990, Manager Engineering Services, Paul Wurth Ltd, Hamilton, Ontari o, Canadá.
156
Tabla 1: Humedad retenida por la escoria granulada
Muestra 1 2 3 4
Humedad retenida % 7,8 7,4 7,4 8,7
Tabla 2: Análisis qufmico de muestras P1, P2, P3, P4 y PS en g/100g
Composición
P1
P2 P3 P4
PS
Residuo insoluble Dióx. de silicio (Si02) ox. de aluminio (Al203) ox. de hierro (Fe203) Ox. de manganeso (Mn203) ox. de calcio (CaO) Ox. de sodio (Na20) Ox. de potasio (K20) Ox. de magnesio (MgO) Trióx. de azufre (S03) Pérdida por calcinación
1:Alcal1.nos totales
2,54 2,77 2,76 1 '29 3,42 38,3 39,2 38,5 40,3 40,9
14,4 13,4 14,0 14,0 13' 6 0,65 0,65 0,64 0,52 0,39
1 'o 1 1 '36 1 '27 1 '08 1 ' 15 36,9 36,6 36,4 37,2 37,4
0,31 0,40 0,31 0,35 0,28
1 '63 3,38 o' 15 1, 00
1 '88 3,81 0,05
o' 18
1 '82 3,56
o. 16
0,85
1 '66 3,50 0,04
o' 12
1 '30 4,00
o' 17
o' 17
1 '38 1, 64 1 '51 1 '44 1 , 13
H·i erro metá 1i co
13,0 11 '8 6,71 7,25 7,55
157
Tabla 2 bis: Análisis quimico de A1, A3, A4, AS y ZAPen g/100g
Composición
Residuo insoluble Dióx. de silicio (SiC~) Ox. de aluminio (Al203) Ox. de hierro (Fe203) ox. de manganeso (Mn203) Ox. de calcio (CaO) ox. de sodio (Na20) ox. de potasio (K20) ox. de magnesio (MgO) Trióx. de azufre (503) Pérdida por calcinación
Alcalinos totales
Hierro metálico
A1
A3 A4 AS ZAP
6,06 3,42 3,73 2,68 4,89 35,6 38' 1 38' 1 39,1 36,7 13,7 13,8 14,2 13,2 13,3
0,68 0,43 0,53 0,41 0,44
1 '29 1 ' 17 1 ' 19 1 ' 13 1 ' 13 36,7 37,3 36,9 38,6 38,6
0,30 0,29 0,31 0,26 0,26
1 '72 1 '48 1,73 1'23 1' 17 3,50 3,41 3,44 3,69 3,75 0,03 0,07 0,06 0,07 0,07 0,54 0,58 0,39 0,50 0,29
1 '43 1'26 1'46 1'07 1'03 18,9 8,0 26,8 7,86 8,62
Tabla 3: Análisis quimico del clinker
Composición
g/100g
Residuo insoluble Dióxido de silicio (5i02) Oxido de aluminio (Al203) Oxido de hierro (Fe203) Oxido de calcio (CaO)
Oxido de sodio (Na20) Oxido de potasio (K20) Oxido de magnesio (MgO) Trióxido de azufre (503) Pérdida por calcinación Oxido de calcio libre (CaO)
0,23
21 '4 4,37 3,56
62,8
o' 18 0,36 2,94 2, 12 1, 66 0,20
Alcalinos totales (Na20 + 0.668 K20) 0,41
158
Tabla 4: Composición y finura de los cementos mezcla
Ident. Z400
Ese.
~
---
Clink.
~
96,0
Yeso
~
4
Finura m2/kg
400
Tiempo molienda h :min
Z420 19,2 76,8 4
400
4:45
Z435 33,6 62,4 4
400
Z450 48,0 48,0 4
400
4:40
Z460 57,6 38,4· 4
400
Z500
--- 96,0 .4
500
5: 1o 8:30 (*)
Z520 19,2 76,8 . 4
500
Z535 33,6 62,4 4
500
Z550 48,0 48·, o 4
500
0:50
Z560 57,6 38,4 4
500
6:20
(*) Para esta muestra no se retiró la mitad de la carga como para las demás; se agregaron cylpebs al alcanzar una finura de 400 m2/kg .
Tabla 5: Composición del mortero ASTM e 109
Cemento Agua
Arena de Ottawa
Razón a/c (*)
500 g
242 g 1375 g 0,485 g
(*) con "e" se designa al material cementicio, cemento portland (clfnker + yeso) o cemento mezcla (cemento + escoria)
159
Tabla 8: Indica de Actividad de la Escoria (SAI)
Edad (d) 7 28 '
S. A. I .
400 m2/kg 500 m2/kg
41
69
66
87
Tabla 9: Resultados de resistencia a la compresión de morteros obtenidos por molienda separada
Finura Contenido
{m2/kg) de escoria
35 % 500
50 %
35 % 600
50 %
Resist. a la compresión (MPa) 3d 7d 28d 91d 180d
11 '4 19,4 38,3 44,5 50,7 7,5 15,7 35,8 46,4 61 '9
11 '4 19,4 39,1 52,2 54,2 8,4 14,9 43,8 57' 1 66' 1
Tabla 10: Resistencia a la compresión e Indica de Actividad de la Escoria con cementos de diferente origen
Cemento Portland normal
ZPV
ZL
ZY
'
Edad (d)
7
28
7
28
7
28
Resistencia (MPa) 11 '9 24,3 8,8 33,0 11 '4 31 '9
S.A.!.
41 61 25 80 45 90
161
Tabla 11: An411a1a qufm1co de la aacor1a mol1da an Planta de A.H.Z., en g/100g
Residuo Insoluble Dióxido de Silicio (Si02) Oxido de aluminio (A1203) Oxido de hierro (Fe203) Oxido de manganeso (Mn203) Oxido de Calcio (CaO) Oxido de Sodio (Na20) Oxido de Potasio (K20) Oxido de Magnesio (MgO) Trióxido de Azufre (S03) Pérdida por Calcinación
0,98 39,2
9,84 3,68 1 t 86 36,4
0,67
1 t 77
3,67
0,33
3,42
Alcalinos totales, equiv. en Na20 1,73
Hierro metálico
5,39
Observaciones: El análisis químico fue realizado sobre muestra libre de hierro metálico.
Tabla 12: Determinación del Indica da Actividad de la Escoria molida en Planta en A.H.Z.
a) Muestra original, sin tratamiento alguno
Edad 50 % escoria
CPN
S.A. l.
7d
7,6 MPa
22,2 MPa
34
28 d
16,8 MPa
32,6 MPa
51
91 d
29,4 MPa
38,9 MPa
76
b) Muestra desmagnetizada
Edad 60 % escoria
CPN
S.A.I.
7d
8,8 MPa
20,0 MPa
44
28 d
.16' 7 MPa
(*)
51
91 d
27,6 MPa
37,4 MPa
74
(*) El valor obtenido no se considera representativo, por lo que se utiliza el resultado de la muestra patrón del grupo anterior (32,6 MPa) para al c41cu1o del
S.A. I.
162
Tabla 13: Análisis granulométrico de las muestras de escoria granulada
% Retenido acumulado
Tamiz Abertura Muestra BB Muestra CC
#
(mm)
4 8 16 30 50 100 Fondo
4,75 2,36 1 , 18 0,600 0,300
o' 150
0,5
9,2 47,4 90,0 97,3 99,3
100,0
0,0
2,9 32,0 82,3 94,8 98,9 100,0
M.F.
3,43
3, 11
Tabla 14: Porcentajes en masa de contaminación
% de carbón % de hierro
Muestra BB 1 , 58
20,0
Muestra ce
1 '59 13,6
Tabla 15: Análisis químico, en g/100g
Composición
Muestra
ss
ce
Residuo Insoluble
0,32
Dióxido de Silicio (Si02)
43, 1
Oxido de aluminio (Al203)
10,0
Oxido de hierro (Fe203) Oxido de manganeso (Mn203)
1 ' 17
1 , 71
Oxido de calcio (CaO)
34,7
Oxido de sodio (Na20)
0,66
Oxido de potasio (K20) Trióxido de azufre (S03)
2,35
o, 12
Pérdida por calcinación
0,32
Oxido de magnesio (MgO)
5,30
Alcalinos totales, equiv. en Na20 2,21
0,52 42, 1
9,91 1, 59 1 , 59 33,0
1 '06 3,90
o, 14
0,37 4, 94
3,63
Hierro metálico
0,48 0,78
163
Tabla 16: Valores obtenidos por microscopía óptica
Fase
Vidrio Cristalinas Semi cristalinas Opacos Total
Identificación
BB
ce
87,9
93,8
1,5
0,3
1,6
0,7
9,0
5,2
100,0
100,0
Tabla 17: Molturabilidad comparada de ambas escorias (BB y CC)
Escoria BB
Tiempo de molienda
h:min
Finura Blaine
m2/kg
2:00
238
3:00
308
4: 15
371
4:45
390
5:05
410
6:30
440
8:05
497
Escoria ce
Tiempo de molienda
h:min
Finura Blaine m2/kg
2:00
234
3:00
307
4: 15
359
5: 15
396
6: 15
425
8:30
457
9:45
500
Tabla 18: Esquema de variables y niveles evaluados
Finura de molido (m2/kg) Contenido de escoria (%) Edad de ensayo (días)
400 y 500 O, 35, 50 y 60 7, 28, 91
164
Tabla 21: Resultados de la resistencia a la compresión en morteros, para la escoria "CC", valores porcentuales. (100 % para el CPN a la edad correspondiente
Escoria
%
Finura Blaine (m2/kg)
o
.......... -~
35
300 400 500
400 50
500
400 60
500
* Valor dudoso
Resistencia Porcentual
7d
28 d 91 d
100
69,6 77,5
100 91 '9 102,7
100
---
129,0
94' 1*
53,9
79,4 11 9' 1
52,9 100,3 131 '7
42,6
83,4 114' 1
53,4 103,4 138,7
·rabla 22: Resultados de resistencia a la compresión en mortero para la escoria granulada BB (Caja de Granulación), valores porcentuales (100% corresponde al CPN a la edad correspondiente)
... ~,.·--
Escoria
%
<
o
35
---
50
~."--------·-~-·-e~~.
'
60
....\_ • •~ .,.. <.w-·,
Finura Blaine (m2/kg)
300
Resistencia Porcentual
7d
-
100
28 d 100
91 d 100
400
64,7
94,6 117,0
500
74,0 102,0 122,0
400
49,0
77,7 108,8
500
51' 5
91 '9 123,5
-
400
33,8
68,9 102,6
500
44,1
85,5 129,0
·------- -- ..... .. ''""' -'. --··----------···---·--·---·...
-- .t1~ 23: Valores de resistencia a la compresión para el cemento patrón y S.A.I. de las escorias.
-.-.,-
~- E.se.~ % -··
1o
50
[\_\_
Finura (m2/kg)
300
400
500
Edad (di as)
7 28
7 28
7 28
Resistencia Compr. (MPa)
20,4 29,6
10,0 11 t o
23,0 23,5 10,5 10,8 27,2 29,7
S.A.I.
BB
ce
Control
49
54
78
79
51
53
92
100
Tahla 24: Dosificación en masa de cementos y morteros de albañileria
Denominación
AZ-15
AZ-20 AZ-25
'-··-
% CPN % EAHGM % CAL
15
70
15
15
65
20
15
60
25
Cemento Alb.
AZ-15 AZ-20 AZ-25
"-···
Arena (g)
1500
1500
1500
Agua Aditivo (cm3) (cm3)
290
9
305
9
310
9
167
Tabla 25: Granulometría de la arena utilizada (!RAM 1679)
Fracción Tamiz
#
20 - 30
30 - 50
50 - 100
Masa
(g)
750 540
210
Tabla 26: Resistencia a la flexión y compresión a las edades de 7, 28 y 91 días (MPa)
Identif.
AZ-15 AZ-20 AZ-25
Resistencia
Resistencia
a la flexión (MPa) a la compresión (MPa)
7d 28d 91d
- -·
7d
28d 91d
2,3 4,7 5,5 7,7 20,4 25,8
2, 1 4,4 4,9 7,0 17,6 23,2
1 '9 4,2 4,9 6,5 16,2 21 '9
168
PUV
kg/m 3 1400
1300
1200
+
1100
+ +
10
15
20
25
30
Contenido de hierro (%}
Fig. 1: M.-usa de la unidad de volumen en función del porcentaje de ancho e11 la escoria.
Sp ~~g ~------------------------------------------------------~
500
G ZAPLA
400
•
300
o
3
6
9
12 Tiempo {h}
Fig. 2: Superficie específica e11 función del tiempo de molieuda para las escorias de
SOMISAy Altos Hornos ZAPLA
16 9
(rv\\Pa)
40
30
+
20
~:
10
~~
+ 0% Escoria o 20% "
• 35% "
o 50% " • 60% "
Sp =400m 2 fkg
3
7
28
91
180
Edad (días)
Fig. 3: Resiste7tcia a la compresióu para distÍ7ttos contenidos de escoria en función de la edad. Superficie espedfica 400 ml !kg.
170
R
(MPa}
50
40
30
20
'10
•
+ 0% Escoria
~. 20%
"
• 35% "
13 50%
"
• 60% "
Sp = 500 ml /kg
3
7
28
91
180
Edad (días}
Fig. 4: Resistencia a la compresión para distimos co11tenidos de escoria en función de la edad. Superficie espectfica 500 m 2 !kg.
17 1
!{
MPa 70
60
50
40
30
20
10
Escoria. 35 Ofo
• Sp : 500 m1 /kg o Sp : 600 ml/kg
7
28
Q.l
180
Edad (días)
Fig. 7: Resistencia a compresión de morteros obte11idos por molie1tda separada, en función de la edad, pam 35 %de esco1'ia y ftmu·a 500 y 600 ml !kg.
173
R MPa r-------------------------------------------------------------~
10
o
60
so
•
40
30
Escoria . 50 % • Sp : 500 m2 / kg
o Sp : 600 m2 fkg
20
10
o•
3
7
28
91
180
Fig. 8: Resistencia a compresión de morteros obtenidos por molienda separada, e1t función de
la edad, para 50% de escoria y finura 500 y 600 m 1 /kg.
174
Sp
\_\_\_\_\_\_.. 5m00lnr------------------------------------------------.----------------------•
400
-'-1
U1
300
• Escoria CC • Escoria BB
200
2
3
4 ..
5
6
7
8
9
Tiempo de molienda {h)
Fig. 9: Superficie específica en funcióu del tiempo de molie1tda para la escoria grmzulada normalmente (CC) y con la a caja de gra1tulación (BB).
Re (MPa)
•
40
30
20
•
•
10
{!]
• O Ofo Escoria
• 35 Ofo " 0 50 Ofo " [!) 60 Ofo "
Sp: 400 mz /k~
7
28
91 Edad (días)
Fig. 10: Resistencia a la compresión para disti11tos niveles de reemplazo, escoria granulada 1zormalmente (CC), en función de la edad. Finura de la escoria 400 nz2 !kg.
176
j(.¡\_
(f"t!¡p ú) r - -----
40
20
• 0% Escoria • 35% "
0 50% " 1!1 60% "
Sp: 500 ml /kg
7
28
91 Edad (días)
Fig. 11: Remi.<:acia a la compresión para distintos niveles de reemplazo, escoria granulada normalmente (CC), en función de la edad. Finura de la escoria 500 m 2 !kg.
17 7
Re MPa.
40
30
20
10
• 0% Escoria
.... • 35% ..
(!) 50 "'o G 60%
Sp . 500 ml/kg
7
28
91 Edad (días)
Fig. 13: Resistencia a la compresión para distintos niveles de reempJazo, escoria obtenida co11 la caja de granulación (BB), en funcrón de la
edad. Finura de la escoria 500 ml /kg.
17 9
-' O)
11
o
~
1. Caja de granulación. 2. Canal de escoria líquida. 3. Canal de escoria fría 4. Válvula principal. 5. Válvula cámara superior.
Fig. 14: Esquema de instalación de la caja de granulación.
6. Válvula cámara inferior. 7. ·Manómetro cámara superior. 8. Manómetro cámara inferior. 9. Placa orificio. 1O. Manómetro.
ASPECTOS ECONOMICOS Y ECOLOGICOS ASOCIADOS AL EMPLEO DE EAHGM
RESUMEN
Se analiza la incidencia del consumo de energia en la construcción, observándose las ventajas del empleo del cemento con respecto a otros materiales.
Se describe el proceso de obtención de cemento y se estima la diferencia en el consumo de energia entre este material y la EAHGM, teniendo en cuenta todas las variables invoiucradas.
Se compara las ventajas relativas del empleo de la escoria de alto horno como material potencialmente cementicio con respecto a otros empleos.
Se tiene en cuenta también aspectos ecológicos y económicos asociados como costo de movimiento de material, deterioro de equipos por corrosión, etc. De este balance surgen cl~ramente las ventajas de granu1ar las escorias de alto horno y de su empleo en la construcción en remplazo parcial de cemento portland.
El costo de la energia · influye fuertemente en el costo final del cemento; esta razón y el incremento constante en el precio de los combustib1es han impulsado el uso de adiciones activas como las escorias de alto horno en remplazo parcial de cemento.
183
En el caso.de la escoria de alto horno granulada, su capacidad potencialmente hidráulica se conocfa desde 1862 y desde mediados de la primera mitad de siglo fue empleada en impo;·tantes obras de interés ingenieril, principalmente en Europa e inclusive en Japón (3).
2. EVALUACION DEL CONSUMO DE ENERGIA EN LA PRODUCCION DE CEMENTO
En principio las plantas de cemento se instalan en las cercanías de los yacimientos de caliza, ya que ésta es la materia prima más importante y la disponibilidad de arcillas en general no representa un problema. En el proceso de fabricación del cemento hay una reducción muy importante de masa, por lo menos del 44 % que corresponde a la descomposición de la caliza, de acuerdo con la siguiente reacción:
CaC03
cao + co2
Como consecuencia resulta más económico transportar el producto final a los lugares de consumo, que instalar las plantas cerca de los mismos.
El proceso de fabricación del cemento comienza con la extracción mediante explosivos de los minerales, calizas y arcillas de las canteras y finaliza con el envasamiento y despacho del cemento, de acuerdo con la secuencia del Cuadro Nro. 1.
Podemos comparar el diagrama del cuadro anteriormente mencionado con el correspondiente a una planta de molienda de escoria; cuadro Nro. 2.
El consumo de energfa de las distintas operaciones y procesos que intervi~nen en la fabricación del cemento no tienen un valor único ya que dependen fundamentalmente de la tecnologfa utilizada, capacidad de producción, antigüedad de la planta, etc. Sin embargo, estos valores pueden acotarse perfectamente. Se observa una constante declinación en los consumos específicos, tendencia que también se aprecia en nuestro país, (4) cuadro Nro. 3.
A los fines de simplicidad para el cálculo del consumo de energía, dividiremos el proceso de fabricación del cemento portland normal en tres partes: la primera, desde la extracción de las materias primas en las canteras hasta la obtención del crudo o harina, la segunda parte corresponde al proceso de clinkerización y la tercera, a la de molienda del clínker y despacho del producto final.
Los requerimientos de energía para la primera etapa, Cuadro Nro. 4, difieren si el proceso es por vía húmeda o
185
seca; se estima que el procesamiento de los materiales representa en prbmedio cerca del 10 % de la energía total para la elaboración del cemento (2).
El proceso de calcinación del crudo o harina en los hornos de clinkerización consume alrededor del 83% de la anergfa total, de esta cantidad 80% corresponde al consumo
de combustible del horno.
El cálculo teórico de la energía necesaria para producir 1 kg de clinker es de 420 kcal (1.758 kJ), pero si
tenemos en cuenta que en el proceso real hay pérdidas de energía prácticamente imposibles de eliminar, por ejemplo el clfnker no puede ser enfriado a temperatura ambiente recuperando toda la energia almacenada por el mismo, el valor estimado está entre 2.360 kJ/kg clfnker y 2.790 kJ/kg
clínker según el tipo de horno. A estos valores hay que sumarle otras pérdidas, por ejemplo el calor de los gases Ge combustión, radiación, etc., que dependen del equipa-
miento utilizado, condiciones de trabajo, capacidad de procesamiento, etc.
En general el proceso de clinkerización puede ser por vía seca o húmeda, con distintas variantes dentro de cada
uno dirigidas a un mejor aprovechamiento energético.
La diferencia entre ambos procesos está basada en la alimentación del crudo como un polvo o como una pasta, con
una humedad del orden del 35 %. Actualmente predomina la utilización del proceso por via seca con el sistema de
precalentamiento en suspensión.
En el cuadro Nro. 5 se resumen los valores promedios
estimados para distintos procesos, se puede observar que el valor de 4.186 kJ/kg clinker es muy próximo al calculado para nuestro país, de acuerdo con la producción y el consu-
mo de combustible en 1989, cuadro Nro. 3, por lo cual tomaremos este valor para nuestros cálculos.
La etapa final del proceso de fabricación de cemento
corresponde a la molienda fina del clínker con la adición
de alrededor de 4 % de yeso; el material obtenido es ensilado, homogeneizado y despachado a granel o embolsado.
Distintos factores influyen en el consumo especifico
de energía para la molienda del clínker o la escoria. Por
un lado debemos tener en cuenta la tecnología empleada para la molturación, en la que predomina el uso de molino a
bolas a pesar de la tendencia creciente en el empleo de los molinos a rodillos, (roller mill).
En cuanto a la eficiencia de los molinos a bolas, Jos
factores que afectan su rendimiento son la capacidad de
molienda, el número de revoluciones óptimo en función del
diámetro del molino, tamaño, tipo y cantidad de los cuerpos
moledores, relación largo/diámetro del
molino,
186
aproximadamente 480 km, podemos estimar que el acortamiento de la distancia, utilizando la escoria producida por SOMISA, es en promedio de 240 km.
El requerimiento de energia para el transporte de cemento por camión, medio por el cual se transporta el 81 % del cemento producido en el país (4), ha sido estimado en 1,5 kJ/kgkm según la información bibliográfica (2), pero suponiendo un transporte con semiremolque a granel se ha estimado un consumo de 0,37 kJ/kgkm que para 240 km representa un ahorro de energia de 89 kJ/kg.
En el cálculo anterior no se han tenido en cuenta otros factores concurrentes como conservación de caminos, ya que se trata de tránsito pesado, amortización de equipos, etc.
4. AHORRO ENERGETICO Y EVALUACION ECONOMICA
Con los valores anteriores podemos estimar los consumos de energia especificas para la obtención de cemento portland normal y escoria de alto horno granulada molida, obteniéndose los valores que se indican en el Cuadro Nro.
6.
Si se utilizara toda la producción de escoria de los altos hornos, que en total representa 537.000 t/año y considerando que el alto horno Nro. 2 de SOMISA granule la escoria que actualmente enfría el aire, el ahorro de energía total, si esta escoria se utilizara ·en reemplazo parcial de cemento portland, seria de prácticamente 2.600.000 GJ, equivalente a 59.150 t fuel oil por año, considerando un calor de combustión de 43.953 kJ/kg para el fuel oil.
En términos económicos este ahorro en combustible representa alrededor de 9.500.000 U$S anuales, considerando para el fuel oil un precio de exportación de 160 U$S/t.
Los valores anteriores deben considerarse de mínima ya que no se tuvo en cuenta la reducción de costo~ correspondientes a la diferencia en el orden de magnitud entre la complejidad de producir una tonelada de cemento portland normal y una tonelada de escoria granulada molida, fundamentalmente en equipamiento, instalaciones, mano de obra, centro 1, etc.
189
5. OTROS USOS PARA LA ESCORIA DE ALTOS HORNOS
El ahorro energético y las ventajas económicas calculadas anteriormente deben compararse con las otras alternativas de uso de la escoria producida en los altos hornos.
La escoria de altos hornos granulada, es decir con propiedades hidráulicas latentes, tiene una granulometria similar a la de una arena gruesa, módulo de finura, mayor de 3, pudiéndose utilizar por lo tanto como agregado fino en morteros y hormigones. Los ensayos de laboratorio realizados con este fin demostraron que los requerimientos de agua se incrementan con respecto a los de una arena gruesa u ''oriental", esto se puede atribuir a una mayor porosidad y rugosidad que afecta negativamente la trabajabilidad. No se observó ninguna ventaja en cuanto al desarrollo de resistencia.
Otros empleos posibles de la escoria granulada es pctra el mejoramiento de suelos destinados a la agricultura y en la estabilización de suelos para caminos vecinales o en capas estructurales de pavimentos flexibles.
Además de las aplicaciones anteriormente mencionadas existen otras posibilidades de uso de las escorias granuladas, por ejemplo, prefiltro en drenajes, como aporte de calcio en alimentos balanceados, etc., pero solamente podrian representar un porcentaje muy reducido del volumen total de la escoria disponible.
La escoria de alto horno enfriada al aire, triturada y clasificada es utilizada como agregado grueso en hormigón, en la construcción de bases y sub-bases, concretos asfálticos y sellados superficiales, balasto para ferrocarril, rellenos, etc. En general podemos decir que puede reemplazar a la piedra partida en la mayor parte de los casos de empleo de este material.
Una alternativa muy interesante, no muy extendida y no empleada en nuestro pais es la peletización o expansión de la escoria, proceso desarrollado originariamente en Canadá por la National Slag Ltd. de Hamilton y que fuera implementado en Francia como Proceso Galex. Como el enfriamiento es relativamente rápido, ayudado por inyección de agua, las particulas más finas tienen estructura vitrea y por lo tanto poseen propiedades similares a la escoria granulada.
El uso más apropiado de la escoria peletizada es como agregado liviano para hormigones, en reemplazo de arcilla expandida u otros materiales de origen natural.
Desde el punto de vista económico cualquiera de los empleos de las escorias de altos hornos mencionados anteriormente representan un valor económico muy inferior a su
190
utilización como material potencialmente hidráulico; asi por ejemplo la relación entre el precio del cemento portland normal y el de la piedra partida están en una relac~ón superior de 10 a 1. Si bien la zona de influencia de la planta de SOMISA, donde uno de los altos hornos produce escoria enfriada al aire, no dispone de agregados naturales y este podria ser un argumento en favor de la producción de este material, como vimos anteriormente, también el cemento debe ser transportado de las zonas proveedoras de la piedra partida, dándose por lo tanto, en lo que hace al transporte, una situación similar.
6. ASPECTOS ECOLOGICOS
Por último, pero no menos importante, es necesario analizar los aspectos ecológicos asociados con los distintos métodos de procesamiento de la escoria liquida que se produce en un alto horno.
La escoria granulada se produce por el enfriamiento brusco de la escoria liquida y de acuerdo con la técnica empleada, por ejemplo en SOMISA y Altos Hornos Zapla, queda sumergida en agua, alcanzando de este modo una temperatura muy próxima a la ambiente a los pocos segundos de su evacuación. En este proceso se produce un gran volumen de vapor de agua y también la formación de dióxido de azufre y posiblemente vestigios de sulfuro de hidrógeno. Esta producción de gases y vapores dura el tiempo de escoriado y se utilizan distintas técnicas para raducir la contaminación ambiental, incluso el reciclado del agua de enfriamiento.
Uno de los problemas más serios que producen estos gases, desde el punto de vista económico, es la corrosión de equipos e instrumental cercanos al alto horno.
En el método de enfriamiento al aire la escoria li-
quida, a una temperatura de alrededor de 1500 ·e, se acumu-
la en una superficie limitada por dos paredes y se deja enfriar por conducción y radiación. Este proceso de enfriamiento es lento y se ayuda con un rociado de agua, que además permite el resquebrajamiento de la masa sólida, que se retira con una topadora de carga frontal cuando la temperatura disminuye lo suficiente.
Durante este proceso se produce la emanación de gases sulfurosos, vapor de agua y la radiación de calor, en forma prácticamente constante ya que por la lentitud del enfriamiento se debe trabajar alternativamente con dos fosas de escoriado.
Las posibilidades técnicas para reducir esta contaminación son prácticamente imposibles de implementar y las operaciones involucradas en el manejo de esta escoria son
19 1
mucho mas engorrosas y probablemente más costosas que en el caso de la escoria granulada.
Finalmente debemos considerar el proceso de expansión peletización de la escoria o proceso Galex; en este caso ~: problema más serio que se presenta es la formación de la~a de vidrio, peligrosa para los operarios y dificil. de eliminar. En este caso la evacuación de la escoria se ve facilitada por su granulometrfa.
En resumen podemos decir que desde el punto de vista d~ la contaminación ambiental, facilidad de evacuación y economia del proceso, la granulación de la escoria es la más ventajosa de las técnicas alternativas de tratamiento.
192
.R E F E R E N C I A S
1. Brown, P. W.; Clifton, J. R.; Frohnsdorff, G., "Energy Conservation Through the Facilitation of Increased Blended Cement Use" Energy Research and Development Administration, NBSSIR 76-1008,
December, 1975.
2. Portland Cement Association, "Energy Conservation
Potencial in the Cement Industry" Federal Energy
Administration, Washington
D.C.
20461,
Conservation Paper Number 26, 1975.
3. Ozaki, S.; SUgata N. "Sixty Year Old Concrete in
a Marine Environment" Concrete in Marine Environment, Proceedings Second International Conference St. Andrews by the sea, Canada, Ed. V.
M. Malhotra ACI SP-109 pp. 587-597, 1988.
4. Asociación de Fabricantes de Cemento Portland, Anuario 1989, Buenos Aires, Argentina.
5. Longo, A., Ferl'landez Luco, L. "Propiedades Mecánicas y Molienda Conjunta de Cementos de Escoria de Alto Horno". Asociación Argentina de Tecnolo-
gía del Hormigón. IX Reunión Técnica, Buenos Aires, 31 de octubre al 3 de noviembre 1989.
6. "New Energy Saving Vertical Roller Mil 1 for Cement" JCI News, Japan Consulting Institute, December 1988.
7. D.G.F.M. "Complejo Industrial "Ramallo
San
Nicolás" Informe Interno, Octubre 1967.
8. Hilgard, G. "Das neue Hochofenzement Mahlwerk Duisburg" ZKG 29, 11, 1976.
9. Duda, Walter H. "Cement Data Book" 2da. Edición Macdonald & Evans London, 1978.
193
CUADRO Nro.
Diagrama esquemático del proceso de fabricación de cemento portland
Obtención de mat. primas
Carga y transporte de materias primas
t
Almacenamiento y prehomogeneización de materias primas
Preparación
de mat. primas
Trituración primaria
l
Secado de
mat. primas
t
Molienda de
mat. primas
Homogeneización y almacenamiento
de crudo
1
Precalentamiento y calcinación de crudo
~
jclinkerización
...
Enfriamiento del clínker
j
Almacenamiento del el ínker
J
t
Molienda del clínker
Embolsado yjo despacho
CUADRO Nro. 2
Diagrama esquemática de una planta de molienda de escoria de altos hornos granulada
Almacenamiento y Prehomogeneización
t
Molienda
Transporte
Secado
J
Embolsado y/o despacho
194
QUADRO Nro 3 .EY.<:~.l~J.ción del consumo especifico de energía para el croceso
de obtención del clinker
Af\\o
1970 1975 1980 1985 1989
Producción
4.743.375 5.463.590 7.132.770 4.629.940 4.448.931
kJ/kg
8.308 6.823 5.839 4.730 4.228
• CUADRO Nro. 4
Beayerjmiento de energia promedio para la obtención del
crudo
CkJ/kg clinker)
Proees o
Extracción
Explosivo Combustible
C1ectr1cidad
,.,,., ....
Trituración, secado
Combustible Electricidad
Molienda
E1ectr1c1dad
Homogeneización Electricidad
To t a 1
Hllmedo
1o. 17
18,63 29,64
-
33,61
Seco
10,17 18,63 20,93
372. 13 54,92
352,46 454,18
23,90
48,81
468
980
195
CUADRO Nro. 5 ~alares oromedios para distintos procesos de clinkerización
p roeeSO
Consumo (kJ/kg clinker)
Húmedo
5.442
s/precalentamiento
Seco c/precalentamiento
41186 3.349
CUADRO Nro. 6
Consumos especificas de energia (kJ/kg)
\_,\_,.
ope r a e i 6 n
Cemento Escoria de Alto Horno
Portland
Granulada Molida
Obtención del crudo
, \_\_
Clinkerización
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4.841 kJ/kg escoria
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RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL EMPLEO DE LA EAHGM Y CEMENTOS DE ESCORIA DE ALTOS HORNOS
RESUMEN Cuando se introduce en el mercado un material con el cual el usuario no tiene una experiencia previa, es necesario evitar que se cometan errores en su empleo por las correspondientes pérdidas económicas directas y las consecuentes a la desacreditación del producto, que afecta en definitiva al proveedor del mismo. A los efectos de reducir al mínimo esta posibilidad, se ha confeccionado una guía de recomendaciones que consideramos útil tanto para el proveedor como para el usuario y que no representa ninguna dificultad cumplimentar. Si bien estos cementos se caracterizan por una mayor versatilidad con adecuado margen de seguridad, es conveniente recurrir al asesoramiento profesional para lograr el máximo aprovechamiento de las ventajas que representa su utilización.
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RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL EMPLEO DE LA EAHGM Y CEMENTOS DE ·ESCORIA DE ALTOS HORNOS
1 . INTRODUCCION
El empleo de la escoria de altos hornos granulada molida como adición potencial~ente hidráulica o la de cementos de escoria de altos hornos no introduce un problema adicional, por lo contrario, en general representa ventajas
con respecto al empleo exclusivo de cemento portland nor-
mal. No obstante es necesario tener en cuenta la experiencia que a nivel internacional se ha reunido sobre este
material para su correcta utilización.
En base a los conocimientos acumulados en el desarro-
llo del proyecto ''Escoria de Altos Hornos
Argentina"
sumados a las conclusiones obtenidas a través de la biblio-
grafía, se ha elaborado esta guía de recomendaciones para
la producción, almacenamiento y utilización de la EAHGM y
de los cementos de escoria de altos hornos.
2. PRODUCCION
2.1. Secado
Luego del proceso de granulación, la escoria retiene una cierta cantidad de agua que debe ser eliminada antes de la molienda fina.
En la operación de secado es conveniente evitar que
la escoria alcance temperaturas superiores a 500 ·e a fin
de que no se produzca la desvitrificación de la misma, en perjuicio de sus propiedades hidráulicas. Desde un punto de vista económico, también es aconsejable que no se alcancen temperaturas altas.
2.2. Molienda
Si bien los cementos de escoria, del mismo modo que el cemento portland norm•J, tienen límites mínimos de finura definidos por las respectivas normas, es aconsejable una superficie específica Blaine del orden de 350/400 m2/kg, según el contenido de escoria .
Del mismo modo, la escoria de altos hornos granulada molida debe tener una superficie específica preferentemente superior a 400 m2/kg, aunque en realidad, se debería adecuar la finura a las características deseables para el cemento en función de la obra en la que se utilizará este producto.
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Además del valor de la superficie especifica, es conveniente conocer el retenido en malla de 45 um, ya que tama~os mayores no tienen una contribución significativa al desarrollo de resistencia, principalmente en la molienda conjunta escoria/clinker.
2.3. Eliminación de hierro metálico La escoria está frecuentemente contaminada con bajos
contenidos de hierro metálico pero a veces éste puede alcanzar valores anormales. Este hierro se "granula" simultáneamente con la escoria y muchas veces queda ocluido, por lo que es conveniente además de su separación previa a la molienda una separación posterior antes del clasificador. La presencia de hierro, además de no contribuir a la resistencia mecánica y reducir la masa efectiva de escoria que se incorpora al hormigón, puede ocasionar problemas de inestabilidad en las mezclas endurecidas.
3. ALMACENAMIENTO Para los cementos "con" o "de" escoria de altos hornos,
se deben tomar las mismas precauciones que para con el cemento portland normal, en lo que respecta al almacenamiento. Se debe evitar su hidratación por efecto de la humedad ambiente o proveniente de otras fuentes.
Con las escorias de altos hornos granuladas molidas estudiadas no se ha encontrado aglomeración ni pérdida significativa de actividad hidráulica luego de varios a~os de almacenamiento en tambores, sin ninguna precaución especial.
No obstante, no es conveniente el contacto con agua, ya que por hidrólisis del CaS se forma ca(OH)2, se podrfa producir la activación de las reacciones de hidratación de la escoria.
Se debe evitar también el contacto con cemento portland, cal, yeso u otros materiales, ya que entonces se presentarfan los mismos problemas de almacenamiento que presenta el cemento portland normal.
4. DOSIFICACION
4.1. Cemento Portland con Escoria de Alto Horno El comportamiento de los cementos portland con un
contenido relativamente bajo de escoria, menos del 35 ~. es similar al del cemento portland normal, siendo sus
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caracteristicas muy dependientes de las del cemento portland. Sin embargo, podemos esperar que se manifieste un menor desarrollo de resistencia a cortas edades, lo que se podria contrarrestar elevando la finura de molido del cemento mezcla.
4.2. Escoria de Alto Horno Granulada Molida
Si se incorpora la escoria de alto horno granulaJa molida directamente, esto es, como un componente más de la mezcla, debe tenerse en cuenta el nivel de remplazo parcial de cemento al dosificar el hormigón.
Es importante conocer el comportamiento de la escoria para ese nivel de remplazo con el cemento portland asociado en la mezcla, la evolución de resistencia en función de la edad y los requerimientos especiales del hormigón.
En cuanto a la estimación de la relación agua/cemento, ésta debe interpretarse ~omo agua/(cemento + escoria). Generalmente la escoria permite trabajar con asentamientos algo menores para igual trabajabilidad, favoreciendo una disminución en la relación agua/cemento. Si se mantiene constante la consistencia, se consigue mejorar las condiciones de colocación.
4.3. Uso de Aditivos
Los aditivos reductores de agua, incorporadores de aire y acelerantes de fraguado utilizados en hormigones de cemento portland normal son, en general, aptos para ser utilizados con cementos de escoria, pero es necesario verificar, en cada caso, la compatibilidad y la dosificación de aditivo necesaria para lograr el efecto deseado.
Una mención particular debe hacerse para los reductores de agua de alto rango o superfluidificantes, en cuyo caso es imprescindible estudiar su compatibilidad y dosificación.
En algunos casos, como por ejemplo, plastificantes e incorporadores de aire, se ha encontrado una disminución en el consumo de aditivo con cementos de escoria, pero no puede inferirse una regla general al respecto.
5. CURADO
5.1. Humedad
Por el desarrollo de resistencia a corta edad más lento, es necesario asegurar durante un tiempo más
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prolongado un nivel mínimo de humedad que evite la desecación, ya que de lo contrario, se perdería g~an parte del increrrento posterior de resistencia, mucho más importante en e. l' :s cementos que cuando se ut i 1iza cemento port 1and
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Este tipo de precauciones es más importante en estructuras de espesor reducido y bajo condiciones tales que ~celeran el secado.
5.2. Temperatura
Las temperaturas bajas tienen un efecto negativo más marcado para los cementos de escoria que para el cemento portland normal, por lo que se deben tomar precaucioes en el caso de hormigonado a temperaturas inferiores a los 10"C, como por ejemplo, disminuir la disipación del calor 'generado en la hidratación, prolongar el tiempo de curado,
6. PROTECCION DE ARMADURAS
La menor velocidad de hidratación de los cementos de escoria a edades tempranas, lleva implícita un mayor avance de la carbonatación de estos cementos con respecto a los cementos portland normal. Sin embargo, a edades avanzadas, su comportamiento es similar.
Por las razones anteriores, cuando se emplean estos cementos es importante respetar los espesores de recubrimiento establecidos por los códigos de práctica, a los fines de que el frente de carbonatación no alcance las armaduras. A veces, es conveniente incrementarlos para prevenir cualquier eventualidad.
7. CEMENTO DE ALBAÑILERIA
La activación de la escoria granulada molida con cal a~rGa o hidráulica es recomendada en la construcción de bases, entrepisos, subrasantes, etc., es decir donde se pueda mantener una humedad prolongada.
El uso como revestimiento o como material de asiento de la escoria activada con cal requiere el uso de un aditivo incorporador de aire y plastificante, correctamente dosificado.
En este caso, las recomendaciones en cuanto al curado, Punto 4.1, deben ser tenidas en cuenta estrictamente, ya que la resistencia es aportada solamente por la hidratación
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