Uso de las cenizas activadas del carbón proveniente de los calderos industriales, como sustituto parcial del cemento, para fabricar morteros de cemento portland

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ím. ica. ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. Qu. “USOS DE LAS CENIZAS ACTIVADAS DEL CARBÓN PROVENIENTE DE LOS CALDEROS INDUSTRIALES, COMO SUSTITUTO PARCIAL. ge nie ría. DEL CEMENTO, PARA FABRICAR MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND”. TESIS. PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE. de. In. INGENIERO QUÍMICO. :. ot e. :. Dr. FARRO PÉREZ, NELSON WILLIANS. Bi. bli. ASESOR. Br. VERA HUMANCHUMO, JUANITA Br. ZAMBRANO CAUSHI, WALTER ROLANDO. ca. AUTORES. TRUJILLO-PERÚ 2013. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ím. ica. UN T. JURADO DICTAMINADOR. ge nie ría. Qu. Dr. JOSÉ LUIS SILVA VILLANUEVA PRESIDENTE. Dr. NELSON WILLIAM FARRO PEREZ ASESOR. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Ing. HENRY ESQUERRE PEREIRA SECRETARIO. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. PRESENTACIÓN. Señores Miembros del Jurado:. Cumpliendo con las disposiciones del Reglamento de Grados y Títulos de la. ica. Universidad Nacional de Trujillo, presentamos ante su ilustrado criterio la siguiente tesis:. ím. “USOS DE LAS CENIZAS ACTIVADAS DEL CARBÓN PROVENIENTE DE LOS CALDEROS INDUSTRIALES, COMO SUSTITUTO PARCIAL DEL. Qu. CEMENTO, PARA FABRICAR MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND” Siendo éste un requisito obligatorio para obtener el Título Profesional de Ingeniero Químico.. ge nie ría. Mediante el presente trabajo buscamos obtener concretos con mejores resistencias a la compresión y baja porosidad, utilizando Cenizas de carbón, generados por la Empresa Trupal, como sustituto parcial del cemento.. Los Autores.. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Trujillo, Agosto del 2013. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DEDICATORIA. A Dios como ser supremo porque sin él no hubiera logrado estar aquí, a punto de. terminar una de las etapas más importante de mi vida, le doy gracias por haberme. dado fortaleza, sabiduría, confianza y salud , lo cual me permitió continuar con mis. ím. ica. estudios año tras año.. A mis Padres Gladys y Víctor por su cariño, su apoyo, su dedicación, sus valores y. Qu. empeño por ayudarme a ser una persona mejor cada día y por apoyarme en los. ge nie ría. momentos difíciles. Por tanto esfuerzo para que yo alcanzara este triunfo. A mis hermanas Milusca y Ana Belén por ser mi motivo de ser mejor cada día.. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Juanita. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DEDICATORIA. ica. A Dios Nuestro Señor por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor, por conducirme por buen camino, dándome fuerzas para enfrentar cualquier obstáculo y seguir adelante.. Qu. ím. A mis padres, por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor.. Walter. Bi. bli. ot e. ca. de. In. ge nie ría. A mis hermanos, por estar conmigo y apoyarme siempre.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. AGRADECIMIENTO. ica. Nuestro sincero agradecimiento al Dr. NELSON WILLIANS, FARRO PÉREZ Profesor de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, por brindarnos su valiosa asesoría y por regalarnos su tiempo contribuyendo en la elaboración del presente trabajo de investigación.. Qu. ím. Con aprecio a todos los docentes de la Facultad de Ingeniería Química, a quienes manifestamos nuestro agradecimiento y admiración por ser los guías de nuestra formación profesional y humanística.. Bi. bli. ot e. ca. de. In. ge nie ría. Agradecemos también a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron en la realización del presente estudio.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN La generación excesiva de residuos industriales conlleva a una gran pérdida de Entre estos residuos industriales se encuentran. UN T. recursos y de materias primas.. aquellos provenientes de la combustión del carbón, los cuales se generan en gran cantidad, (más de 68 millones de toneladas al año en la Unión Europea, de los cuales el 60 % corresponden a cenizas volantes) (ecoba; 2009).. ica. La utilización de cenizas volantes en cemento y concreto reduce la cantidad de materia prima para la elaboración de cemento y mejora las propiedades del concreto. ím. tanto fresco como endurecido (García; 2003).. De igual forma el promover la reutilización de cenizas volantes ayuda a disminuir las. Qu. emisiones de dióxido de carbono (CO2) producidas en la elaboración del cemento ya que las cenizas han pasado por un proceso térmico de oxidación a alta temperatura, por lo tanto el dióxido de carbono que podrían eliminar es mucho menor que el. primas del cemento.. ge nie ría. liberado por la caliza (CaCO3), que corresponde a una de las principales materias Por otra parte la reutilización de las cenizas entrega una. alternativa segura y sustentable para la disposición de las cenizas generadas. Estos depósitos para su construcción deben considerar diversos factores para su diseño, como disponibilidad de terrenos, condiciones climatológicas, costo de transporte de cenizas, entre otros (Proyersa; 2008).. In. El uso industrial de las cenizas volantes en la fabricación de morteros permite contar. de. como una alternativa sustentable para las cenizas generadas en los calderos industriales.. En el presente estudio el concreto que presentó de acuerdo a los ensayos realizados la. ca. mayor resistencia y la menor permeabilidad fue la ceniza calcinada a 500 °C con un. Bi. bli. ot e. 30% de sustitución para 28 días de curado.. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. UN T. The excessive generation of industrial residues carries to a great loss of resources and of raw materials. Between these industrial residues those are from the combustion of the coal, which are generated in great quantity, (more than 68 million tons a year in the European Union, of which 60 % corresponds to flying ashes), (ecoba; 2009).. ica. The utilization of flying ashes in cement and concrete it reduces the quantity of raw material for the cement production and improves the properties of I make concrete. ím. both fresh and hard (García; 2003).. Of equal form to promote the reutilization of flying ashes helps to diminish the. Qu. emission of carbon dioxide (CO2) produced in the production of the cement since the ashes have happened for a thermal process of oxidation to high temperature, therefore the carbon dioxide that they might eliminate is very much minor that the. ge nie ría. liberated one for the limestone (CaCO3), which corresponds to one of the principal raw materials of the cement. On the other hand the reutilization of the ashes delivers a sure and sustainable alternative for the disposition of the generated ashes. These warehouses for his construction must consider diverse factors for his design, as availability of areas, climatological conditions, cost of transport of ashes, between others (Proyersa; 2008).. In. The industrial use of the flying ashes in the manufacture of mortars allows to count. de. as a sustainable alternative for the ashes generated in the industrial cauldrons. In the present study the concrete one who presented in agreement to the realized tests the major resistance and the minor permeability was the ash calcined to 500 °C with. Bi. bli. ot e. ca. 30 % of substitution for 28 days of treated.. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE GENERAL. UN T. JURADO DICTAMINADOR .................................................................................. i. PRESENTACIÓN ................................................................................................... ii. DEDICATORIA ....................................................................................................... iii AGRADECIMIENTO .............................................................................................. v. ica. RESUMEN ............................................................................................................... vi ABSTRACT .............................................................................................................. vii. ím. ÍNDICE GENERAL ................................................................................................. viii ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................. xi. CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN. Qu. ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... xiii. ge nie ría. 1.1. Sostenibilidad del concreto ............................................................................... 1 1.2. Cemento portland .............................................................................................. 2 1.2.1 Fabricación del cemento portland ............................................................ 3 1.2.2 Características químicas y mineralógicas del cemento .............................. 5 1.2.3 Tiempo de fraguado ................................................................................ 6 1.2.4 Tipos de cemento ..................................................................................... 6. In. 1.3. Adiciones minerales .......................................................................................... 8. de. 1.3.1 Puzolanas ............................................................................................... 9 1.3.1.1 Puzolanas naturales ..................................................................... 10 1.3.1.2 Puzolanas artificiales .................................................................... 11. ca. 1.4. Utilización de la ceniza volante ........................................................................ 13 1.5. Actividad puzolánica ........................................................................................ 14. ot e. 1.6. Antecedentes .................................................................................................... 14. bli. 1.7. Objetivos .......................................................................................................... 18. CAPÍTULO II. MATERIALES Y MÉTODOS. Bi. 2.1. Material de estudio ............................................................................................. 19. 2.2 Materiales ............................................................................................................ 20 2.3 Equipos ............................................................................................................... 21. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4 Procedimiento ...................................................................................................... 21 2.4.1. Determinación de la actividad puzolánica ................................................. 21. UN T. 2.4.2. Calculo de índice de puzolanidad .............................................................. 25 2.4.3. Determinación del porcentaje adecuado de sustitución de cemento. por ceniza ................................................................................................. 25. CAPÍTULO III. RESULTADOS Y DISCUSIONES. ica. 2.4.4. Evaluación de absorción y porosidad en concretos ..................................... 27. ím. 3.1 Actividad puzolánica ............................................................................................ 32 3.1.1 Ensayo de resistencia a la resistencia la compresión en morteros de. Qu. Cemento ..................................................................................................... 32 3.2 Porcentaje adecuado de sustitución de cemento por ceniza ................................... 34 3.2.1 Ensayo de resistencia a la compresión en morteros de cemento .................. 34. ge nie ría. 3.2.2 Ensayo de absorción y porosidad en probetas de concreto a 7 y 28 días de curado ................................................................................... 38. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1. Conclusiones ....................................................................................................... 43. In. 4.2 Recomendaciones ................................................................................................ 44. de. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 45. ANEXO I - CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS. ca. 1. Materiales ............................................................................................................. 54 2. Acondicionamiento de materiales ........................................................................ 54. ot e. 2.1. Cemento portland tipo I ................................................................................. 54. Bi. bli. 2.2. Agregado fino ............................................................................................... 55 2.2.1. Análisis granulométrico ....................................................................... 55 2.2.2. Porcentaje de absorción y peso específico ............................................ 60 2.2.3. Porcentaje de humedad ......................................................................... 67 2.2.4. Peso unitario del agregado fino ............................................................ 68 2.2.5. Granulometría de arena para fabricación de morteros .......................... 72. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3. Agregado grueso ........................................................................................... 74 2.3.1. Análisis granulométrico ....................................................................... 74. UN T. 2.3.2. Porcentaje de absorción y peso específico............................................. 78. 2.3.3. Porcentaje de humedad ......................................................................... 82 2.3.4. Peso unitario del agregado grueso ......................................................... 83 2.4. Ceniza de caldero industrial Trupal ................................................................ 84. ica. 2.4.1. Activación térmica de la ceniza ........................................................... 84 2.4.2. Requisito granulométrico ..................................................................... 85. ím. 2.4.3. Porcentaje de absorción y humedad ..................................................... 86. Qu. ANEXO II - PREPARACIÓN DE MUESTRAS DE MORTERO Y CONCRETO. 1. Determinación del índice de puzolanidad ......................................................................... 88. ge nie ría. 1.1. Dosificación de los componentes del mortero ................................................. 88 1.1.1. Ajustes por absorción (%A) y humedad (%H) ................................... 89 1.2. Procedimiento experimental ............................................................................ 92 2. Determinación del porcentaje óptimo de sustitución de ceniza ................................ 96 2.1. Ajustes por absorción (%A) y humedad (%H) ................................................ 97 3. Determinación de la absorción y porosidad en concretos ........................................ 100. In. 3.1. Cálculos realizados para dosificación de los componentes del concreto ........... 100. de. 3.2. Procedimiento experimental ............................................................................ 107 ANEXO III – DATOS DE RESULTADOS ............................................................. 112. ca. 3. A Reporte del análisis físico químico de la ceniza de caldero industrial de la Empresa Trupal realizado en Laboratorio de cementos Yura........................ 112. ot e. 3. B Reporte de resultados de ensayos realizados para los agregados finos y gruesos empleados en la elaboración de concretos, realizados en el. bli. Laboratorio de Materiales Cerámicos de la Escuela de Materiales-UNT .............. 113. Bi. 3. C. Reporte del Análisis estadístico para los concretos ............................................. 131. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. UN T. Tabla 1. Composición de las fases del Clinker de cemento portland .......................... 5 Tabla 2.Caracteristicas físicas y químicas de los materiales de partida ....................... 19 Tabla 3.Cantidades de ingredientes para 10 probetas de morteros control y para. ensayos de puzolanidad según ASTM C311 .................................................. 22. ica. Tabla 4. Numero de probetas de mortero con sustitución del 20%por ceniza .............. 24 Tabla 5.Numero de probetas de mortero elaboradas para un tiempo de curado de 7 y 28 días con diferentes porcentajes de sustitución del cemento por CO,. ím. CO-325 y CC-500 ...................................................................................... 26. Qu. Tabla 6.Caracterizacion de los agregados................................................................... 27 Tabla 7. Diseño de mezcla para la elaboración de concreto con relación agua/cemento. de 0.59 .............................................................................. 28. de 7 y. ge nie ría. Tabla 8. Numero de probetas de concreto elaboradas para un tiempo de curado 28 días con diferentes porcentajes de sustitución de cemento. por CO, CO-325. y CC-500. ..................................................................... 29. Tabla 9. Resistencia a la compresión de los morteros patrón y los morteros con 20% de sustitución de cemento por ceniza. ............................................ 32 Tabla 10. Valores de resistencia a la compresión de los morteros con patrón y los. In. morteros con 10,20 y 30% de sustitución de cemento por ceniza sin calcinar y calcinada a 500°C .......................................................................... 35. de. Tabla 11. Resultados del ensayo de absorción en probetas de concreto ...................... 38 Tabla 12. Resultados del ensayo de porosidad en probetas de concreto ...................... 39. ca. Tabla A-1: Análisis granulométrico del agregado fino ............................................. 59 Tabla A-2: Características obtenidas del agregado fino ............................................. 60. ot e. Tabla A-3.Datos experimentales obtenidos para determinar el porcentaje de absorción y peso específico de la arena. .................................................... 66. bli. Tabla A-4. Datos experimentales obtenidos para determinar el contenido de humedad de la arena ................................................................................ 67. Bi. Tabla A-5. Datos del ensayo de compactación de la arena ........................................ 71 Tabla A.6. Valores experimentales obtenidos para la arena -30+100 .......................... 73. Tabla A-7.Analisis granulométrico del agregado grueso ............................................ 77 TablaA-8. Características obtenidas para el agregado grueso ..................................... 78. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla A-9. Resultados de la absorción y peso específico de la grava ......................... 81 Tabla A-10.Datos experimentales obtenidos para determinar el contenido de. UN T. humedad de la grava................................................................................ 82 Tabla A-11. Resumen del ensayo de compactación de la grava ................................. 83 Tabla A-12.Codificacion de muestras de ceniza gastada ........................................... 85. Tabla A-13.Valores experimentales obtenidos para la ceniza original ........................ 87. ica. Tabla A-14. Diseño corregido para la fabricación de 10 probetas de morteros. patrón y para ensayos de puzolanidad según ASTM C311 ...................... 91. ím. Tabla A-15. Diseño corregido para la fabricación de morteros con 10, 20 y 30% de remplazo de cemento por ceniza, ya sea sin calcinar o. Qu. calcinado a 500°C .................................................................................. 99 TablaA-16. Requerimientos aproximados de agua de mezclado para diferentes valores de asentamiento y tamaños máximos de agregado ....................... 100. ge nie ría. TablaA-17.Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto ............ 102 Tabla A-18.Calculo del agregado fino ...................................................................... 103 Tabla A-19. Diseño de mezcla para la fabricación de concretos con 10, 20 y 30%. Bi. bli. ot e. ca. de. In. sustitución de cemento por ceniza sin calcinar y calcinada a 500 °C ......... 106. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Panorama económico, producción mundial de cemento del 2012 ............... 9. UN T. Figura 2. Diagrama ternario CaO-Al2O3-SiO2 y los productos relacionados al. cemento portland........................................................................................ 23 Figura 3. Procedimiento experimental de ensayos físicos y mecánicos....................... 31 Figura 4. Efecto de la calcinación de la ceniza en la mejora del índice de. ica. puzolanidad a 7 y 28 días de curado ......................................................... 34 Figura 5. Influencia del porcentaje de sustitución del cemento por ceniza en la. ím. resistencia a la compresión en morteros de cemento a 7 días de curado ....... 36 Figura 6. Influencia del porcentaje de sustitución del cemento por ceniza en la. Qu. resistencia a la compresión en morteros de cemento a 28 días de curado ..... 36 Figura 7. Influencia del porcentaje de reemplazo de cemento por ceniza en la absorción de probetas de concreto a 28 días de curado ............................... 40. ge nie ría. Figura 8. Influencia del porcentaje de reemplazo de cemento por ceniza en la porosidad de probetas de concreto a 28 días de curado ............................... 41 Figura A.1. Almacenamiento de cemento portland tipo I en bolsas plásticas .............. 55 Figura A.2. Toma de muestra de arena ...................................................................... 56 Figura A.3. Apilación de tamices para tamizar el agregado fino................................. 57 Figura A.4. Equipo de vibración mecánica ................................................................ 57. In. Figura A.5. Registro de peso de malla más la muestra retenida ................................. 58. de. Figura A.6. Lavado del agregado fino ........................................................................ 60 Figura A.7. Saturación en agua del agregado fino ...................................................... 61 Figura A.8. Secado superficial de la arena ................................................................. 61. ca. Figura A.9. Muestra de arena vertida en el cono ........................................................ 62 Figura A.10. Apisonado de muestra de arena en el cono ............................................ 62. ot e. Figura A.11. Muestra en estado saturado superficialmente seco ................................. 63 Figura A.12. Llenado de arena en fiola ..................................................................... 63. bli. Figura A.13. Eliminación de burbujas de aire ........................................................... 64 Figura A.14. Pesada de fiola conteniendo el espécimen y agua ................................. 64. Bi. Figura A.15. Remoción del agregado fino de la fiola ................................................ 65. Figura A.16. Llenado de agua en la fiola .................................................................. 65 Figura A.17. Pesado de recipiente cilíndrico para ensayo de compactación ................ 69. xiii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura A.18. Varillado de agregado fino ................................................................... 69 Figura A.19. Golpes con martillo de goma ................................................................ 70. UN T. Figura A.20. Llenado de recipiente con agregado fino .............................................. 70 Figura A.21. Alisado de superficie ........................................................................... 71. Figura A.22. Rop-Tap empleado para tamizar la arena ............................................. 72 Figura A.23. Montículo de grava para extracción de muestra .................................... 75. ica. Figura A.24. Registro de peso de tamiz con la porción de grava retenida .................. 76 Figura A.25. Lavado del agregado grueso ................................................................. 78. ím. Figura A.26. Secado superficial de la grava ............................................................... 79 Figura A.27. Rechazo de material inferior al tamiz Nº 4 ............................................ 79. Qu. Figura A.28. Pesado de muestra de grava superficialmente seca ............................... 80 Figura A.29. Pesado de muestra superficialmente seca .............................................. 80 Figura A.30. Muestra de ceniza Trupal ..................................................................... 84. ge nie ría. Figura A.31. Horno marca THERMOLYNE –BARNSTEAD SERIE 6000 ............... 85 Figura A.32. Análisis granulométrico de la ceniza con malla ASTM 325 .................. 86 Figura A.33. Mezcla de arena, cemento, ceniza y agua en bolsa plástica .................... 92 Figura A.34. Moldes para la fabricación de probetas de 5 cm x 5cm x 5cm ............... 92 Figura A.35. Uso de martillo mango de goma para desmoldar las probetas cúbicas ... 93 Figura A.36. Codificación de probetas cúbicas .......................................................... 93. In. Figura A.37. Curado de las probetas cúbicas en agua saturada con cal ....................... 94. de. Figura A.38. Lijado de probetas ................................................................................ 95 Figura A.39. Medición de las bases de la probeta para constatar que cumpla con lo exigido de 50 ± 5 mm ...................................................................... 95. ca. Figura A.40. Ensayo destructivo de probetas ............................................................ 96 Figura A.41. Moldes para la fabricación de especímenes de concreto ....................... 107. ot e. Figura A.42. Vaciado de concreto en las probetas ..................................................... 108. Figura A.43. Compactación del concreto usando la varilla ........................................ 108. bli. Figura A.44. Acabado del espécimen de concreto ..................................................... 109. Figura A.45. Codificación de los especímenes de concreto ........................................ 109. Bi. Figura A.46. Curado de los especímenes de concreto en agua saturada con cal ......... 110. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO I. UN T. INTRODUCCIÓN. 1.1. SOSTENIBILIDAD DEL CONCRETO. ica. La generación excesiva de residuos por parte de las industrias es un síntoma que. ím. obedece a la ineficiencia de los procesos productivos, a la escasa durabilidad de los productos y al conjunto de hábitos insostenibles. Sin embargo, mientras que. Qu. se modifican estos hábitos, se desarrollan nuevos procedimientos de producción industrial o se mejora la calidad durable de dichos productos, es importante. ge nie ría. sensibilizar a la sociedad ante la enorme pérdida de recursos y de materias primas que los residuos representan en sí mismos (CONAMA; 1998).. La incorporación de cenizas volantes en cemento es utilizada comúnmente como. In. sustituto de cemento portland o como clínker para la producción de cemento. de. portland (ACAA; 2008), lo cual genera ahorros en cemento portland, mejora la maniobrabilidad del concreto, produce una menor segregación, menor calor de. ca. hidratación, mayor extensibilidad y mayor impermeabilidad (García; 2003). La inclusión de cenizas volantes en el concreto mejora las propiedades del. ot e. concreto fresco y endurecido. Las propiedades más valoradas de los concretos. bli. con cenizas volantes en estado fresco son la mayor docilidad, lo que permite. Bi. relaciones agua/cemento más bajas, y la reducción en el calor de hidratación por la disminución del contenido de cemento. Al endurecer desarrollan bajas resistencias a edades tempranas, pero su resistencia a largo plazo suele ser igual o mayor a la de los concretos equivalentes sin cenizas (Molina; 2008). 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La adición de cenizas volantes al concreto reemplazando parte de cemento. UN T. produce evidentemente un ahorro, no solo por el cemento reemplazado, sino también porque aporta al concreto características especiales, mejora su trabajabilidad, reduce la demanda de agua, reduce el calor de hidratación,. ica. aumenta la dureza final y reduce la permeabilidad (ACAA; 2003).. El presente trabajo busca encontrar el porcentaje más adecuado de sustitución de. ím. cemento por ceniza en la formación de morteros, para que de esa manera. Qu. podamos litigar de manera gradual con el problema medio ambiental que este residuo genera tanto por su almacenamiento no adecuado en las industrias y por. ge nie ría. las excesivas emisiones de CO2 que se genera en los hornos al momento de la fabricación del clínker llegando a superar estos los 1500°C.. 1.2. Cemento portland. El cemento portland es un material artificial de muy compleja estructura, que en. In. contacto con el agua se transforma en una serie de productos coloidales y micro. de. cristalinos que, paulatinamente, por modificaciones en su estructura coloidal y crecimiento entrelazado de cristales producen el endurecimiento y le. ca. proporcionan su carácter hidráulico. Todas estas transformaciones están sujetas. ot e. a determinadas condiciones geológicas, ya que las masas que se obtengan al mezclarlo con agregados finos, gruesos y agua, deberán ser plásticas y. bli. trabajables antes de alcanzar rigidez, durante un periodo de tiempo que no. Bi. deberá ser tan corto que limite su manipulación, ni tan largo que demore el proceso constructivo (Chandelle; 2008).. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. De acuerdo con la Norma Técnica Peruana, NTP 334.009 el cemento portland se. UN T. define como: Cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clínker compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que. contiene generalmente sulfato de calcio y eventualmente caliza como adición. ica. durante la molienda.. ím. 1.2.1 Fabricación del cemento portland. Qu. Las materias primas para la fabricación del cemento portland son: caliza, arena silícea, arcilla y minerales de hierro. También se emplean otros aditivos, tales El proceso de fabricación consiste en. ge nie ría. como yeso o materiales puzolánicos.. mezclar las rocas calcáreas y las arcillas en proporciones adecuadas y molerlas finamente, de manera que el óxido cálcico de la caliza y los compuestos de la arcilla (SiO2, Al2O3 y Fe2O3) resulten homogeneizados adecuadamente (Taylor;. In. 2003:459-468).. de.  Caliza (CaCO3): Componente calcáreo, a partir del cual se obtiene el óxido de calcio. Se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros. ca. y montañas, en depósitos de profundidad variable. Para la fabricación de. ot e. cemento se sacan volúmenes muy grandes porque la caliza representa el. Bi. bli. 80% de las materias primas que forman el clínker..  Arcilla (Al2O3SiO2H2O + Óxidos de Ti, Fe, Mg, Ca, Na, K): Constituida por silicatos de aluminio en un 45 a 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxidos de fierro de 6 a 12% y por cantidades. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. variables de óxido de calcio de 4 a 10%. Es también la principal fuente de. UN T. álcalis (bases fuertes). La arcilla representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clínker (Taylor; 2003:459-468)..  Componentes correctores: Se añaden en los casos en que las materias. ica. primas disponibles no contienen la cantidad suficiente de uno de los. ím. compuestos químicamente necesarios en el crudo. Así, por ejemplo, se emplea arena como material adicional cuando las materias primas. Qu. disponibles no contienen cantidad suficiente de SiO 2 en su composición química, o si carecen de suficientes óxidos de hierro, pueden emplearse. ge nie ría. como correctores minerales de hierro o cenizas de tostación de piritas. los principales materiales correctores son: Diatomeas, Bauxita, Cenizas volantes, Cenizas de pirita (G. C. Bye; 1999:53).  Yeso (CaSO4.2H2O): Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su. In. molienda, para controlar el fraguado. El producto resultante, denominado. de. polvo crudo, se calcina en un horno a temperaturas de 1450-1600ºC, donde se produce la fusión incipiente del producto resultante, denominado. ca. clínker. El clínker está compuesto fundamentalmente por cuatro óxidos:. ot e. CaO (óxido cálcico), SiO2 (sílice), Al2O3 (alúmina) y Fe2O3 (óxido. férrico). (Taylor, 2003:459-468).. Bi. bli. Una vez obtenido el clínker, se deja enfriar y se muele junto con el yeso,. aproximadamente, un 5% de yeso (CaSO4.2H2O: sulfato de calcio dihidratado), que actúa como regulador del fraguado, obteniéndose el producto final, cemento portland.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.2 Características químicas y mineralógicas del cemento. UN T. El cemento se obtiene de la calcinación de caliza, arcilla, arena y minerales de hierro, usando hornos a casi 1500ºC, obteniéndose un material gris denominado. ica. clínker, el Clínker del cemento Portland presenta las siguientes fases.. Formula(Abreviatura). Contenido en. Qu. Constituyentes. ím. Tabla 1.Composición de las fases del clínker de cemento portland (Keil, 1973:53; Hewlett; 1998:32). Contenido en. peso (%). promedio(%). 3 CaO . SiO2 (C3S). 45 65. 55. Silicato dicálcico. 2 CaO . SiO2 (C2S). 10 30. 20. 5 – 12. 8. 10. ge nie ría. Silicato tricálcico. Ferro-aluminato. 2 CaO .. dicálcico. (Al2O3,Fe2O3)[C2(A,F)]. Aluminato tricálcico. 3 CaO . Al2O3 (C3A). 5 – 15. Óxido de calcio libre. CaO (C). 0.1 – 2.0. Óxido de magnesio. MgO (M). 0.7 – 1.5. In. libre. 1.5. El clínker cuando es molido con un pequeño porcentaje de yeso, da lugar al. de. cemento. Por cada tonelada de cemento se requiere alrededor de 1,5 toneladas de. ca. materias primas y, a la vez, de 4000 a 7500 MJ de energía para su producción, algo mucho más importante, cada tonelada de cemento también libera a la atmósfera. ot e. entre 1,0 a 1,2 toneladas de CO2, debido a la descarbonatación de la caliza. bli. componente mayoritario del cemento y al uso de combustibles fósiles como carbón. Bi. o petróleo, usado en los hornos para la obtención del clínker (Swamy; 1999:3-5).. En Perú la producción de cemento, acumulada de Enero a Marzo del 2013, fue de 1,677.832 TM, (ASOCEM, 2013: Cuadro de Reporte Estadístico), dejando también su huella contaminante por las emisiones de CO2. En suma, junto al desarrollo de la. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. industria del cemento y del concreto, inherentemente se generan tres factores de. UN T. impacto al medio ambiente: a) alto consumo de recursos naturales; b) alto consumo de energía, y c) considerables emisiones de CO2, derivadas de la descomposición. ica. de la caliza y de la quema de combustible en los hornos de cemento.. 1.2.3 Tiempo de fraguado. ím. Es una propiedad imprescindible de los cementos que estos queden fijados al ser. Qu. mezclados con una cantidad limitada de agua. El tiempo de fraguado es el tiempo tras la mezcla completa que tarda la pasta de cemento en presentar una resistencia. ge nie ría. específica a la penetración de un punzón.. Las variables que más influyen en la prueba de penetración son la cantidad de agua en la pasta, la temperatura, la carga aplicada, las dimensiones del punzón y, por supuesto, la reactividad del cemento (G. C. Bye; 2000:115-114).. In. 1.2.4 Tipos de cemento. de. Los cementos portland abarcan una gama diferenciada de productos a base de clínker. Su clasificación y nomenclatura se establecen de acuerdo a sus cualidades y. ot e. ca. usos, (NTP 334.009:2011)..  Cementos portland tipo I: Destinado a obras de concreto en general,. especifiquen la utilización de los tipos II, III, IV y V.. Bi. bli. cuando no se requieren de propiedades especiales, las mismas que no. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Cemento portland tipo II: Destinado a obras de concreto en general y. UN T. obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiero de un moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado. Muy. ica. usado en pisos industriales..  Cemento portland tipo III: Cuando se requiere alta resistencia inicial. ím. con elevado calor de hidratación. Para uso en climas fríos o en los casos. Qu. donde se necesita adelantar la puesta en servicio de las estructuras.. ge nie ría.  Cemento portland tipo IV: Cuando se requiere bajo calor de hidratación. Para concreto masivo..  Cemento portland tipo V: Es el cemento portland del cual se requiere. In. alta resistencia a los sulfatos.. de. Además en la actualidad se tienen los llamados cementos adicionados, (NTP 334.090:2011):. ca.  Cemento tipo IS: Cuando tienen un contenido de 25 a 70% (referido al. ot e. peso total) de escoria de altos hornos.. (referido al peso total) de escorias de altos hornos.. Bi. bli.  Cemento tipo ISM: Cemento al que se le ha añadido menos del 25%. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Cemento tipo IP: Cemento al que se le ha añadido puzolana entre el. UN T. 15% al 40% del peso total..  Cemento tipo IPM: Cemento al que se le ha añadido puzolana en un. Adiciones minerales. ím. 1.3.. ica. porcentaje, hasta el 15% del peso total.. Qu. Las adiciones minerales son materiales inorgánicos que se incorporan al cemento o al concreto, en diferentes porcentajes, con el fin de mejorar sus propiedades. Cuando. ge nie ría. se incorpora una adición mineral al cemento portland, se producen tres efectos, que dependiendo de las proporciones en que se encuentren mezclados los materiales, y de sus características físicas, químicas y mineralógica, varían su importancia en función del tiempo. Estas son: efecto de dilución del cemento portland, presente durante toda su hidratación; efecto filler preponderante en las primeras edades de la misma; y. In. cuando la adición la presenta, la actividad puzolánica, que según su grado de. de. reactividad puede ser fuerte, moderada o débil, (Bonavetti et.al.; 2006:33-41).. ca. Las ventajas de emplear las adiciones minerales en la fabricación de morteros y. ot e. concretos de cemento son:. Bi. bli.  Mejores propiedades: - Mayor durabilidad. - Menor calor de hidratación. - Mayores resistencias.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Ahorro de energía no renovable. UN T.  Protección del medio ambiente - Reducción de la emisión de CO2, SO2, NOx.. ica. - Uso de subproductos industriales.. Las principales adiciones minerales pueden ser incluidas en el diagrama. ím. ternario CaO-Al2O3-SiO2 de la Figura 1, que establece la posición de los. de. In. ge nie ría. Qu. diferentes productos con relación a los óxidos y al cemento portland.. ot e. ca. Figura 1. Diagrama ternario CaO-Al2O3-SiO2 y los productos relacionados al cemento portland.. bli. 1.3.1 Puzolanas Es un material silíceo y/o aluminoso, que por sí mismo puede tener poco o ningún. Bi. valor cementicio pero que, finamente dividido y en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio, a temperaturas comunes, para formar compuestos que poseen propiedades cementantes, (Salazar; 2002:3-5). 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En Perú las adiciones puzolánicas se incorporaron desde hace más de una década. En. UN T. 1995 significaron aproximadamente algo más del 20% de los despachos de cemento.. 1.3.1.1 Puzolanas naturales. ica. Las puzolanas naturales pueden tener dos orígenes distintos, uno puramente mineral. ím. y otro orgánico. Las puzolanas naturales de origen mineral son materiales sedimentarios, normalmente de origen piroclástico, que se deriva de los sedimentos. transformado químicamente con el tiempo.. Qu. de erupciones volcánicas que producen depósitos compactos que se han Las puzolanas naturales de origen. ge nie ría. orgánico son rocas sedimentarias abundantes en sílice hidratada y formadas en yacimientos o depósitos que en su origen fueron submarinos, por acumulación de esqueletos y caparazones silíceos de animales (infusorios radiolarios) o plantas (algas diatomeas), (G. C. Isaia et.al; 2000:113-114).. In. Todas las propiedades de las puzolanas naturales y en particular aquellas que las hacen especialmente aptas para su aprovechamiento en la industria del cemento,. de. dependen fundamentalmente de su composición y de su textura, las cuales a su vez. ca. están íntimamente relacionadas con su origen y formación.. ot e.  Cenizas volcánicas:. Bi. bli. Se forman por erupciones de carácter explosivo, en pequeñas partículas que son templadas a temperatura ambiente, originando la formación del estado vítreo.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Tufos o tobas volcánicas (zeolitas):. UN T. Producto de la acción hidrotermal sobre las cenizas volcánicas y de su posterior cementación diagenética.. ica.  Tierras de diatomeas (diatomitas):. Puzolanas de origen orgánico. Depósitos de caparazones silíceos de. 1.3.1.2 Puzolanas artificiales. Qu. ím. microscópicas algas acuáticas unicelulares (diatomeas).. ge nie ría. Son sub-productos industriales y materiales tratados térmicamente. Dentro de esta condición cabe distinguir dos grupos: El primero formado por materiales naturales silicatados de naturaleza arcillosa y esquistosa, que adquieren el carácter puzolánico por sometimiento a procesos térmicos, representantes típicos de este grupo son el polvo de ladrillo obtenido de productos de desecho de la cerámica de alfarería y las. In. bauxitas naturales. El segundo grupo está constituido por subproductos de. de. determinadas operaciones industriales, que, en virtud de su naturaleza y de las transformaciones sufridas en las mismas, adquieren las propiedades puzolánicas; por. ca. mencionar: los residuos de las bauxitas, cenizas volantes, cenizas de cáscara de arroz,. ot e. humo de sílice, etc. (Massaza; 1998:471-602).  Cenizas volantes (fly ash):. Bi. bli. Subproducto de centrales termoeléctricas que utilizan carbón pulverizado como combustible. Polvo fino constituido esencialmente de partículas esféricas. La Norma ASTM C 618 define dos clases de cenizas volantes:. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Clase F: Producidas por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso.. UN T. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas. Clase C: Producidas por la calcinación de carbón sub-bituminoso o lignito.. Esta clase de cenizas, además de tener propiedades puzolánicas, también. ica. tienen propiedades cementicias.. ím.  Arcillas activadas térmicamente:. Qu. Las arcillas naturales no presentan actividad puzolánica a menos que su estructura cristalina sea destruida mediante un tratamiento térmico a. ge nie ría. temperaturas del orden de 600 a 900 °C..  Microsílice (silica fume):. Subproducto de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en hornos de arco eléctrico para la producción de silicio o aleaciones de ferrosilicio.. In. El material que es extremadamente fino es colectado por filtración de los. de. gases de escape del horno, en filtros de mangas.. ca.  Cenizas de cáscara de arroz:. ot e. Producida por la calcinación controlada de la cáscara de arroz. Consiste básicamente de:. - Estructura celular de gran área superficial (50 a 60 m2/g).. Bi. bli. - Sílice amorfa (>90 %). 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.4.. Utilización de la ceniza volante. UN T. En el norte de nuestro país, como consecuencia del desarrollo agroindustrial y la búsqueda de energía, algunas empresas han visto la necesidad de instalar plantas termoeléctricas, cuyo combustible es el carbón, el cual deja dos tipos de cenizas, las. ica. llamadas cenizas volantes y cenizas de fondo. Son estas cenizas las que desde hace. un par de décadas han comenzado a usarse como sustituto parcial del cemento.. ím. Activadas con ciertos álcalis y mezclados con cemento se han logrado productos. Qu. finales con resistencias mecánicas de 60 MPa, casi 60% mayor que la de los concretos normales, (Palomo, Grutzeck, and Blanco; 1999: 1323-1329). La calidad. ge nie ría. de este material cementante depende del contenido de sílice amorfa la cual es fácilmente activada con un material alcalino.. También se demuestra que, es el. contenido de sílice amorfa lo que da la calidad cementante a la ceniza (Papadakis; 2000:1647-1654). Las cenizas también han sido ensayadas para observar propiedades de morteros resistentes a sulfatos (Chindaprasirt, et.al; 2004:1087-1092); igualmente,. In. se ha estudiado la presencia de partículas magnéticas y no magnéticas dentro de las. de. cenizas y su efecto en la mejora de la resistencia de los concretos a la corrosión de. Bi. bli. ot e. ca. sus varillas de refuerzo (Garcés, et.al.; 2010:115-127).. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.5.. Actividad puzolánica. UN T. La actividad puzolánica se refiere a la cantidad máxima de hidróxido de calcio con la que la puzolana puede combinar y la velocidad con la cual ocurre esta reacción de Puzolana + Agua + cal Silicatos y aluminatos de. ica. calcio hidratados.. La actividad puzolánica depende: de la naturaleza y proporción de las fases. ím. activas presentes en la puzolana (composición mineralógica), de la relación. Qu. cal-puzolana de la mezcla, de la finura (o superficie específica) de la puzolana y de la temperatura de la reacción. Los productos de reacción puzolana/cal. ge nie ría. generalmente son del mismo tipo que los productos de hidratación del cemento portland: Silicatos cálcicos hidratados (CSH), aluminatos cálcicos hidratados (CAH) y sílico-aluminatos cálcicos hidratados (CSAH).. Antecedentes . Palomo, Grutzeck, and Blanco (1999). Estudiaron la sustitución parcial. In. 1.6.. de. del cemento por cenizas activadas con ciertos álcalis, logrando productos finales con resistencias mecánicas de 70 MPa para 90 días de curado, casi. ca. 60% mayor que la de los concretos normales.se resistencia se ve. ot e. aumentada conforme incrementan los días de curado.. Bi. bli. . Payá et.al. (2002).. Elaboraron probetas de mortero para ensayos de. flexión y compresión usando como adición cenizas volantes (CV), humo de sílice (HS), catalizador gastado de craqueo catalítico(FCC), la ceniza de cáscara de arroz (RHA) y la ceniza de lodo de depuradora (SSA). Los. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. autores encontraron que todas las puzolanas (excepto las CV),. UN T. disminuyeron la trabajabilidad de los morteros cuando se remplazaron en un 10% de cemento. Para las resistencias mecánicas, concluyeron que la. combinación de la CV con otra puzolana, mejora estas resistencias sobre. ica. todo a edades de curado largas (28-90 días). Adicionalmente compararon. los valores del factor de eficacia cementante de puzolanas tales como el. la. reactividad. de. de. ge nie ría. FCC>MK>RHA> HS.. . éstas. la. siguiente. manera:. Qu. ordenaron. ím. HS, RHA, meta caolín (MK) y FCC. Con los resultados obtenidos,. Valderrama, P. y Torres, J. (2009).. Estudiaron las características de. desempeño de un concreto adicionado con cenizas volantes de alto nivel de inquemados y. comparándolas con adiciones de humo de sílice,. encontrando que para el caso de las cenizas volantes, se encontró un óptimo. In. porcentaje. del. 10%. para. las. resistencias. mecánicas,. de. incrementando ésta con la edad de curado, el incremento de la resistencia fue del orden del 12.3% respecto a la muestra patrón; sin embargo,. ca. incrementos en la adición dan lugar a efectos positivos en las propiedades. ot e. de durabilidad. En comparación con el humo de sílice, las cenizas volantes mostraron un desempeño inferior para todas las propiedades de. Bi. bli. durabilidad y permeabilidad.. . Papadakis, V. (2000). Estudio los efectos de la Ceniza volante en los Sistemas de cementos Portland: para cenizas volantes con alto contenido. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de calcio (FHA), obteniendo las mejores resistencias a la compresión en. UN T. sustituciones del 30% de FHA e incrementando conforme aumentan los días de curado. Cuando las cenizas volantes reemplazaron al agregado, se. observó desde el inicio mayor hidratación, una mayor retención de agua y. ica. una reducción significativa de la porosidad. En el caso de sustitución de. Cheerarot, R. (2004).. Realizo un estudio para eliminar las cenizas. Qu. . ím. cemento, la fuerza se mantuvo constante.. volantes de relleno para reemplazar al cemento portland, encontrando que. ge nie ría. las cenizas volantes de suelos de desechos para sustituciones del cemento en la elaboración de morteros, a la edad de 7 días de curado fueron superiores al 75% de los morteros patrón, y siendo mayores al 100% después de 60 días de curado.. Valdez, P. (2007).. Investigo Concretos fluidos con altos volúmenes de. In. . de. ceniza volante (HVFA), Se elaboraron concretos de alta resistencia mecánica a la compresión con HVFA y con contenidos bajos de cemento. ca. portland de 100 y 150 kg/m3 de concreto, siendo imprescindible el uso de. ot e. aditivo superfluidificante para ambas dosificaciones. La resistencia a la compresión se incrementa conforme aumenta la adición de ceniza volante. Bi. bli. hasta una adición de 120%, siendo la de mayor resistencia con un valor de 80 MPa a una edad de curado de 360 días.. Las bajas relaciones. agua/cementante, obtenidas como consecuencia de la adición de ceniza volante, permiten reducir la retracción por secado y la resistencia a la. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. abrasión en concretos fluidos con HVFA. Los resultados obtenidos. UN T. consolidan los argumentos técnicos y ecológicos para seguir promoviendo el uso de concretos con HVFA.. Amer Ali Al-Rawas (2004). Estudio el uso de cenizas de incineración. ica. . como un reemplazo de cemento y arena en los morteros de cemento. Los. ím. resultados indican que la ceniza de incinerador causó una reducción en los. Qu. valores de depresión cuando fue utilizado como un sustituto para la arena, mientras que una tendencia opuesta se observó cuando se utilizó como. ge nie ría. sustituto del cemento. La sustitución de la arena de cenizas de incineración de hasta 40% mostró una mayor resistencia a la compresión de la mezcla de control (0% de cenizas de incineración) para la mayoría de los tiempos de endurecimiento. La máxima resistencia a la compresión de 36,4 MPa se logró utilizar el 20%de cenizas de incineración después de. In. 28 días de curación. Las muestras preparadas con 20% sustitución de. de. cenizas de incineradores de cemento produce una mayor resistencia a la compresión de la mezcla de control después de 14 y 28 días de curado.. ca. La fuerza máxima de compresión de 27,4 MPa se logró a los 28 días de. ot e. curado período.. Bi. bli. . Burgos, D.; Angulo, D. (2012).. Estudiaron la durabilidad de morteros. adicionados con cenizas volantes de alto contenido de alto contenido de carbón (19%) en proporciones de hasta un 30% en peso, los resultados mostraron que a 28 días de curado los morteros con 10% de ceniza. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. volante presentaron un incremento del 35% en la resistencia a la. UN T. compresión comparado con el mortero sin adición, para sustituciones del 20 y 30% la resistencia fue menor a la muestra patrón, a su vez esta mezcla se destaca por su mejor permeabilidad disminuyendo la porosidad. 1.7.. ím. ica. efectiva en un 11%.. Objetivos. . Qu. Objetivo general. ge nie ría. Encontrar la mezcla de ceniza, térmicamente activada para conseguir la máxima sustitución del cemento en morteros de cemento portland.. Objetivos específicos . In. Determinar el índice de actividad puzolánica de las cenizas de carbón. Remplazar. al cemento con distintos pesos de ceniza activada. ca. . de. obtenida en los calderos industriales.. ot e. térmicamente en la fabricación de morteros de cemento portland.. La sustitución más adecuada será en aquel mortero que genere la mayor resistencia a la compresión y la menor permeabilidad.. Bi. bli. . 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO II. UN T. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Material de estudio.. ím. Perú, en estado inactivo y en condición de desecho.. ica. La Cenizas de carbón dela Empresa TRUPAL S.A-Santiago de Cao-La Libertad-. Qu. 2.1.1. Análisis físico – químico: muestra ceniza de caldero industrial. La composición química de la ceniza en términos de los componentes principales. ge nie ría. que lo constituyen se presenta en la Tabla 2. Tabla 2.Caracteristicas físicas y químicas de los materiales de partida.. Bi. bli. ot e. ca. de. In. Constituyentes Óxido de Silicio, SiO2 Óxidos de Aluminio, Al2O3 Óxido Férrico, Fe2O3 Óxido de Calcio, CaO Óxido de Magnesio, MgO Trióxido de Azufre, SO3 Óxido de Sodio, Na2O Óxido de Potasio, K2O Cloro, Cl Óxido de Titanio, TiO2 Pentoxido de Fosforo, P2O2 Trióxido de Cromo, Cr2O3 Óxido de Manganeso, MnO Óxido de Estroncio, SrO Óxido de Zinc, ZnO Pérdida por Ignición, P.F Humedad, Poder Calorífico (Kcal/Kg). Composición (%) 41.20 24.47 2.20 0.62 0.59 0.09 0.00 1.89 0.01 1.28 0.14 0.01 0.02 0.01 0.01 26.76 1.10 19.16. Fuente: Reporte Cementos “Yura“- Arequipa, 09 de Julio del 2011. (Ver Anexo III-3A. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2 Materiales. UN T.  Cemento portland ordinario (CPO), Tipo I mejorado de cemento Pacasmayo S.A.  Arena estándar 30-100 (Norma ASTM C778).. ica.  Grava de tamaño máximo nominal de ½”  Cápsulas de 15 cm de diámetro.. ím.  Mallas ASTM N° 325.  Malla ASTM N° 100. Qu.  Malla ASTM N° 30. ge nie ría.  Moldes de acero para morteros de acero de 5 espacios de 50x50x50mm.  Molde cilíndrico plástico de diámetro igual 6.35 cm x12.5 cm.  Vasos de precipitación de 50mm.  Fiolas de 100ml y 1000ml..  Espátulas.. de.  Lijas. In.  Cocina Eléctrica..  Bolsas plásticas.. ca.  Lubricantes.. ot e.  Apisonador metálico y de madera.  Martillo de goma.. Bi. bli.  Soporte metálico para prueba de absorción.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3 Equipos. UN T.  Balanza analítica digital (precisión 0.01g).  Equipo de ensayo a la compresión marca ELE, Serie T automático rango de operación:15.5 a 1555 KN, error +/-0.5%. ica.  Horno marca THERMOLYNE-BARNSTEAD SERIE 6000, temperatura Max 1200 °C. ím.  Lijadora Eléctrica.. Qu. 2.4 Procedimiento. ge nie ría. 2.4.1 Determinación de la actividad puzolánica.. Con el objeto de conocer el comportamiento de la ceniza original, de la ceniza original tamizada a malla 325 sin calcinar y de la ceniza original 325 tratada térmicamente a 300 y 500 °C, como materiales puzolánicos. Se procedió a realizar el. In. estudio del índice de puzolanidad en morteros con 20% de sustitución de cemento. de. por cada tipo de ceniza, sin calcinar y calcinada. Una vez realizada el acondicionamiento de los materiales (Ver figura 2 y Anexo III-. ca. 3.B), se procedió a efectuar los cálculos necesarios para la fabricación de las probetas. ot e. de mortero patrón según la norma ASTM C 109, con una relación de agua/cemento(a/c) igual a 0.485 y arena/cemento de 2.75.. Teniendo en. bli. consideración que cada molde para llevar a cabo la formación de las probetas de contiene. 5. cubos. de. medidas. 50x50x50mm,. se. prepararon. Bi. morteros. aproximadamente 1500g de mortero compactado, por cada molde.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Las cantidades de cada componente para la elaboración de las probetas de mortero de. UN T. control y para el ensayo del índice de actividad puzolánica según la norma ASTM C311, se muestran en la Tabla 5, por cada 300g de mortero.. Control. Muestra con. 708.4. Arena,(g). 1948.1. Ceniza,(g). ----. Agua,(g). 343.6. 566.7. 1948.1 141.7 343.6. ge nie ría. Cemento,(g). ím. Ceniza(*). Qu. Componentes. ica. Tabla 3.Cantidades de ingredientes para 10 probetas de morteros control y para ensayos de puzolanidad según ASTM C311.. (*) La corrección de la cantidad de agua por humedad y absorción de la arena y de la ceniza se muestran en el Anexo III-3.B, el cual muestra el diseño corregido por. Bi. bli. ot e. ca. de. In. humedad y absorción.. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Ceniza. Arena. Agua. Grava. ím. ica. Cemento Portland Tipo I. UN T. Materiales. ge nie ría. Qu. Tamizado por malla 325. Calcinación a 300 y 500 °C. -ASTM C136: Análisis granulométrico -ASTM C128: Determinación de % de absorción y peso específico.. Tamizado 30-100 (ASTM C778). -ASTM C566: % de humedad -ASTM C29: Determinación Peso unitario. In. -ASTM C128: Determinación de % de absorción. de. -ASTM C566: % de humedad. DISEÑO DE MEZCLA DEL CONCRETO. ot e. ca. ACONDICIONAMIENTO DE MATERIALES PARA LA FABRICACION DE PROBETAS DE MORTEROS. Bi. bli. Figura 2. Procedimiento Experimental del tratamiento de materiales para la fabricación de morteros y concreto. (Ver anexo III-3.B).. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La cantidad de probetas que se fabricaron se detalla en la Tabla 4.. días de curado N° Probeta-28. CO-325. CC-300. CC-500. 0. 20. 20. 20. 20. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. Qu. días de curado. CO. ica. N° Probetas-7. P. ím. % Sustitución. UN T. Tabla 4.Número de probetas de mortero con sustitución del 20% de ceniza volante.. A los moldes se le hizo la siguiente codificación:. ge nie ría. Leyenda. P: Mortero patrón o de control.. . CO: A los morteros con sustitución de ceniza volante del 20%.. . CO-325: A los morteros con sustitución del 20% de ceniza volante y tamizada. . de. por malla 325.. In. . CC-300 y CC-500: Los morteros con sustitución de ceniza volante del 20% y. ca. tamizada por malla 325 calcinada a 300 y 500°C. ot e. A partir de estas cantidades se calcularon las dosificaciones necesarias para el. Bi. bli. número total de probeta a fabricar para un tiempo de curado de 7 y 28 días.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4.2. Calculo de índice de puzolanidad. UN T. El índice de puzolanidad de cada muestra de CO y CC-500, se determina con la división de su respectiva resistencia promedio entre la resistencia del. mortero patrón (P) y multiplicando por cien. Este porcentaje hallado debe ser. A x100 B. Qu. Dónde:. ím. IndicePuzo lanidad ( I .P%) . ica. mayor o igual a 75%, como lo especifica la norma ASTM C311.. ge nie ría. A=Resistencia a la compresión promedio de los morteros con sustitución de ceniza volante en el cemento (MPa). B=Resistencia a la compresión de las probetas patrón (MPa) 2.4.3 Determinación del porcentaje adecuado de sustitución de cemento. In. por ceniza. de. Una vez obtenido el mayor índice de puzolanidad en los morteros, se procedió a determinar el porcentaje adecuado de sustitución de cemento por. ca. la ceniza original CO, CO-325, CC-500 (Ver leyenda en la Tabla 4), en. ot e. función de sus resistencias a la compresión.. Bi. bli. Luego de acondicionar los materiales para la fabricación del mortero (ver anexo III-3.B),se procedió a realizar los cálculos para elaboración de morteros basándonos en los lineamientos de la norma ASTM C109.Se fabricaron morteros con sustitución del 10,20 y 30% ceniza volante por CO, que se identificaron como CO-10,CO-20,CO-30,mortero con sustitución. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.