Caracterización de los materiales hidratados

4.3.1. Síntesis del Gel C-S-H

El gel C-S-H utilizado en esta tesis fue preparado en el laboratorio a temperaturas de 20ºC y 40ºC, usando una mezcla teórica de hidróxido de calcio Ca(OH)2 y SiO2 para

alcanzar una relación Ca/Si teórica de 1,5 siguiendo la siguiente fórmula: 3Ca(OH)2+2SiO2+H2O→ 3CaO·2SiO2·nH2O (gel C-S-H secundario)

Para asegurar que la disolución estaba saturada, la cantidad de Ca(OH)2 incorporada

(Tabla 4.11) dependió de la riqueza en sílice de cada nanosílice (Tabla 4.6), teniendo en cuenta que la solubilidad del Ca2+ es de 0,933g/l, tanto a 20ºC como a 40ºC.

Primero se calentó el agua hasta los 20ºC y 40ºC y luego se añadió el Ca(OH)2 con

agitación y la temperatura se mantuvieron constantes durante todo el ensayo y la disolución se mantuvo cerrada para evitar la carbonatación y la evaporación de la disolución. Tras 7 días en agitación, la mezcla resultante se filtró y se introdujo en el horno a 60ºC durante tres horas y se mantuvo a 40ºC durante un mínimo de 24 horas hasta su posterior caracterización.

Tabla 4.11 Cantidad de Ca(OH)2 para cada nanosílice en función del contenido de SiO2

L200 A200 S22S OX50

Ca(OH)2 (g) 1,658 3,07 3,07 3,07

4.3.2. Probetas de mortero y pasta

A continuación, se describe la dosificación y el proceso de fabricación de las probetas de pasta y mortero elaboradas en esta tesis y cuyos porcentajes de sustitución se resumen en la Tabla 4.12.

Tabla 4.12 Contenido porcentual, con respecto al CEM I 52,5R, de la adición en las probetas de mortero y pastas

% de adición

Microsílice 8

Nanosílice 2

Probetas de pasta

Como se ha indicado, el cemento utilizado fue el CEM I 52,5R, el agua de amasado era agua potable que procedía del sistema de suministro del Canal de Isabel II de Madrid. Las tres adiciones en polvo utilizadas procedían de la central Evonik Industries y la microsílice de la central en A Coruña del Cedex.

La Tabla 4.13 muestra la nomenclatura de las probetas y resume el contenido porcentual de adición sustituido sobre el contenido total de material cementante. La relación agua/cemento fue de 1:3.

Tabla 4.13 Determinación de las probetas de pasta

Nomenclatura Tipo de adición % de adición Microsílice PM Micro- ferrosílice 8 Nanosílice S22S PN Sipernat 22S 2

OX50 POX50 Aerosil OX50 2

A200 PA200 Aerosil 200 2

Para los ensayos de reología y calorimetría de pastas en fresco se utilizaron 150 g de cemento con el porcentaje de sustitución de nanosílice especificada anteriormente. Las

Para los ensayos de pastas endurecidas se utilizaron 450 g de cemento con el porcentaje de sustitución de nanosílice y microsílice especificada anteriormente. Las dimensiones de las probetas eran de 6x1x1 cm para los ensayos de dTG/TG, SEM-EDX y PIM. El ensayo se realizó de acuerdo con la norma UNE EN 196-3:2017.

Los moldes (Figura 4.1) previamente recubiertos con desenconfrante, se rellenaron en dos capas, ambas compactadas con 60 golpes. Los moldes, una vez llenos, se dejaron secar durante 24 horas con un recubrimiento de plástico. Pasado ese plazo se desmoldaron y se introdujeron en la cámara húmeda a 22 ± 2ºC sumergidos en agua. Las probetas se mantuvieron en la cámara húmeda hasta su ensayo a 2, 7 y 28 días.

Figura 4.5 Fabricación de las probetas de pastas: molde

Para ello, a cada edad, se extrajeron tres probetas por cada muestra que se colocaron en una bomba de vacío durante media hora para extraer toda el agua presente en los poros. A continuación, se sumergieron en isopropanol durante 24 horas para parar la hidratación y seguidamente se secaron en una estufa, primero a 60ºC, durante varias horas y luego a 40ºC hasta su ensayo.

Para el ensayo de dTG/TG se necesita que las muestras estén en polvo, por lo que primero, se realizó una primera homogeneización con un mortero manual, y después, se molturó la muestra con un mortero de ágata automático modelo Retsch RM200, hasta obtener un fino con un tamaño máximo de partícula de 0,5 mm. Para evitar la carbonatación del polvo resultante se almacenó en bolsitas de plástico dentro de la estufa a 40ºC hasta su ensayo.

Probetas de mortero

Al igual que en las pastas, el cemento utilizado para elaborar los morteros ha sido el CEM I 52,5R, el agua de amasado también procedía del sistema de suministro del Canal de Isabel II de Madrid y el árido empleado era una arena normalizada que cumple las especificaciones de la norma UNE EN 196-1:2018.

La Tabla 4.13 muestra la nomenclatura de las probetas y resume el contenido porcentual de adición sustituido sobre el contenido total de material cementante. La relación agua/cemento fue de 1:3.

Tabla 4.14 Determinación de las probetas de mortero Nomenclatura Tipo de adición % de adición Microsílice MM Micro- ferrosílice 8 Nanosílce S22S MN Sipernat 22S 2

OX50 MOX50 Aerosil OX50 2

A200 MA200 Aerosil 200 2

Los morteros se elaboraron en moldes de 40×40×160 mm, como especifica la norma UNE-EN 196-1:2018, la relación agua/cemento fue de 1:2 y la relación árido/cemento de 3:1 en todos los casos. La dosificación de las probetas prismáticas de mortero se describe en la Tabla 4.15.

Tabla 4.15 Dosificación de las probetas prismáticas de mortero

Cemento (g) Adición (g) Arena (g) Agua a/c*

Morteros MR 450 -- 1350 225 0,5 MM 414 36 MN 441 9 MA200 9 MOX50 9

*Según la EHE-08, cuando se incorporan adiciones, la relación agua/cemento debe incorporar un factor de eficacia. Pero en nuestro caso, se ha mantenido constante para poder visualizar el efecto real de las adiciones con la misma cantidad de agua.

Los morteros se prepararon vertiendo primero el agua en la amasadora y después el cemento con la adición. En el caso de la nanosílice en suspensión, se introdujo junto al agua de amasado. Una vez que entraron en contacto el material cementante y el agua, se amasó durante 30 segundos a velocidad lenta y se añadió la arena de forma gradual mediante una tolva durante los 30 segundos. Posteriormente se amasó durante 30 segundos a velocidad rápida, se detuvo durante 90 segundos y se amasó a velocidad rápida durante 60 segundos más. El llenado del molde se realizó en dos capas, al igual que la pasta, compactadas con 60 golpes. Tras 24 horas con el recubrimiento de plástico, se desmoldaron y se introdujeron en la cámara húmeda a 22 ± 2ºC sumergidos en agua. Para el ensayo a compresión se extrajeron dos probetas por cada muestra, y edad, parando la hidratación a 2, 7, 28 y 90 días.

4.3.3. Métodos de incorporación de la nanosílice

La incorporación manual de nanopartículas en polvo conlleva una problemática de salubridad, siendo difícil su manejo en planta. Es por ello que recientemente se ha patentado un proceso para adicionar partículas al cemento, depositándolas electrostáticamente (España Patente nº US20120107405A1, 2012). La incorporación de la nanosílice al cemento en polvo puede producir además problemas de aglomeración debido a su elevada superficie específica por lo que se probó también a dispersar la nanosílice en agua para reducir su posible aglomeramiento y evitar problemas mayores

La Tabla 4.16 muestra la estabilidad que tiene la nanosílice A200 en agua, manteniéndose estable en un rango de aproximadamente 48 horas.

Tabla 4.16 Estabilidad de la nanosílice A200 suspendida en agua

10 horas 15 horas

20 horas 48 horas

144 horas 240 horas