Activación de arenas finas, subproducto de la producción de materias primas para el concreto de CEMEX Colombia

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(1)ACTIVACIÓN DE ARENAS FINAS, SUBPRODUCTO DE LA PRODUCCIÓN DE MATERIAS PRIMAS PARA EL CONCRETO DE CEMEX COLOMBIA. Autor: Alejandro Gómez Gutiérrez. Asesor: Edgar Mauricio Vargas. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUÍMICA ENERO DE 2005.

(2) IQ-2004-II-08. A mis papas, mis abuelos y mi familia.. Alejandro Gómez Gutiérrez.

(3) IQ-2004-II-08. AGRADECIMIENTOS El autor expresa su agradecimiento a:. Edgar M. Vargas Solano, Ingeniero Químico, profesor de la Universidad de los Andes, y asesor de este proyecto, por su gran apoyo durante la realización de esta investigación, y orientación para lograr los objetivos propuestos.. Al Ingeniero Jhon Jario Giraldo Ramírez Jefe de Asistencia Técnica del Laboratorio de Investigación y Desarrollo de CEMEX CONCRETOS DE COLOMBIA, por su ayuda y colaboración con el desarrollo de este proyecto. Al Dr. Charles De Wilde Grillo Director del Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Cemento en la Planta Santa Rosa de CEMEX COLOMBIA.. A todo el personal del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico CITEC, por su gran colaboración durante todo el proyecto.. A todos los profesores del departamento de Ingeniería Química por su sus enseñanzas, y por la formación académica..

(4) IQ-2004-II-08. TABLA DE CONTENIDOS 1.. INTRODUCCIÓN 1.1.. 2.. OBJETIVOS. 3. 1.1.1.. Objetivo General. 3. 1.1.2.. Objetivos Específicos. 3. MARCO TEORICO 2.1.. 2.2.. 2.3.. 4. QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND.. 4. 2.1.1.. Fabricación de Cemento Portland. 4. 2.1.2.. Componentes Básicos. 5. 2.1.3.. Propiedades y Proceso de los Componentes. 6. 2.1.4.. Tipos de Cemento Portland. 8. HIDRATACIÓN DEL CEM 2.2.1.. Silicatos de Calcio. 8 9. 2.2.2.. Aluminato Tricálcico. 9. 2.2.3.. Aluminato Tetracálcico. 10. 2.2.4.. Propiedades de los productos de la hidratación. 11. 2.2.5.. Micro-estructura de la Pasta de Cemento Hidratada.. 12. 2.2.6.. Propiedades de la Pasta de Cemento Hidratada. 13. ENTO PORTLAND. EL CONCRETO. 14. 2.3.1.. Definición. 14. 2.3.2.. Características y Funciones de los Componentes. 14. 2.3.2.1.. Cemento. 14. 2.3.2.2.. Agua. 15. 2.3.2.3.. Aire. 15. 2.3.2.4.. Agregados o Áridos.. 16. 2.3.2.5.. Aditivos. 16. 2.3.3. 2.4.. 3.. 1. Producto Final. LAS PUZOLANAS. 17 18. 2.4.1.. Definición. 18. 2.4.2.. Efecto del las puzolanas en el concreto en estado fresco.. 20. MATERIA PRIMA. 21. 3.1.. ORIGEN DE LA MATERIA PRIMA.. 21. 3.2.. CARACTERIZACION DE LA ARENA. 22. 3.2.1.. Caracterización Física de la Arena. 3.2.1.1.. Granulometría. 3.2.1.2.. Otros Ensayos. 3.2.2.. Caracterización Química de la Arena. 22 23 24 25.

(5) IQ-2004-II-08. 4.. REACTIVIDAD PUZOLÁNICA 4.1.. 5.. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE REACTIVIDAD Método por medio de titulación con glicerol. 28. 4.1.2.. Método por medio de medición de conductividad eléctrica.. 29. 4.1.3.. Medición de la reactividad usando la norma ASTM C-109.. 32. 4.1.4.. Medición de Reactividad por medio de difracción de rayos X.. 33. MÉTODOS PROPUESTOS. 7.. 35 35. 5.1.1.. Utilización de la Fracción Pasante Tamiz No 40.. 35. 5.1.2.. Matriz de Pruebas para las muestras pasante del Tamiz No. 40. 38. 5.2.. MOLIENDA DE FINOS PASA TAMIZ NO. 40 DURANTE 1 Y 3 HORAS. 41. 5.3.. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS.. 42. 5.4.. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS MUESTRAS.. 43. 5.5.. PRUEBAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA PARA LAS. 5.6.. INFORMACIÓN ADICIONAL Y ASPECTOS RELEVANTES DEL. MOLIENDAS A 1 Y 3 HORAS.. 6.. 28. 4.1.1.. RESULTADOS AL ESTUDIO DE METODOS DE ACTIVACION DE LAS ARENAS 5.1.. 28. 51. ESTUDIO DE MOLIENDA Y TAMIZADO. 52. 5.7.. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS FINOS. 53. 5.8.. MOLIENDA ULTRAFINA. 55. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 58. 6.1.. MUESTRAS DE RELACIÓN AGUA/CEMENTO CONSTANTE.. 58. 6.2.. MUESTRAS DE FLUIDEZ CONSTANTE.. 59. 6.3.. OTROS ANÁLISIS. 60. 6.3.1.. Comparación de valores de resistencia con la norma NTC 121. 60. 6.3.2.. Comparativo con cementos adicionados de planta. 61. 6.3.3.. Utilización de finos en concreto. 63. 6.3.3.1.. La Zona Interfacial de Transición. 63. 6.3.3.2.. Pruebas de Finos en concreto. 65. ESTUDIO DE IMPACTO ECONOMICO 7.1.. MATERIAS PRIMAS. 7.2.. EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS, COSTO DE MEZCLAS Y RELACIÓN BENEFICIO / COSTO. 70 70. 71. 7.2.1.. Análisis para mezclas de Cemento. 72. 7.2.2.. Análisis para mezclas de Concreto. 73.

(6) IQ-2004-II-08. 8.. DISEÑO PRELIMINAR DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE FINOS PARA UTILIZACION EN MEZCLA DE CONCRETO. 8.1.. JUSTIFICACIÓN. 75. 8.2.. OPERACIONES UNITARIAS INVOLUCRADAS.. 75. 8.3.. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO. 76. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. 77. 8.4.. 8.4.1.. Extracción. 77. 8.4.2.. Recepción de Materiales. 77. 8.4.3.. Tamizado primario. 78. 8.4.4.. Secado. 78. 8.4.5.. Tamizado secundario. 78. 8.4.6.. Molienda. 78. 8.4.7.. Almacenamiento. 78. 8.5.. ESQUEMA GENERAL DEL PROCESO.. 79. 8.6.. DIAGRAMA DE FLUJO (PFD). 80. 8.7.. DESCRIPCIÓN GENERAL DE EQUIPOS 8.7.1.. 81 81. Fundamentos de Tamizado. 81. 8.7.1.2.. Tamiz Vibratorio Horizontal. 82. 8.7.1.3.. Tamiz Vibratorio Inclinado. 83. Almacenamiento. 83. 8.7.2.1.. Almacenamiento a Granel. 84. 8.7.2.2.. Almacenamiento en Tolvas. 84. 8.7.3.. Molienda. 85. 8.7.3.1.. Principios de la reducción de tamaño.. 8.7.3.2.. Molinos de Bolas. 8.7.4.. 8.8.. Tamices. 8.7.1.1.. 8.7.2.. 9.. 75. Secado. 85 85 87. 8.7.4.1.. Fundamentos de Secado. 87. 8.7.4.2.. Secador Rotatorio. 87. DISEÑO PRELIMINAR Y COSTO APROXIMADO DE LOS EQUIPOS. 88. 8.8.1.. Método de Costeo de Equipos. 88. 8.8.2.. Diseño de Tolvas de almacenamiento. TK-101 y TK-102. 90. 8.8.3.. Tamices Vibratorios TM-101 y TM-102. 91. 8.8.4.. Molino ML-101. 92. 8.8.5.. Secador HE-101. 93. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES DEL PROYECTO. 96. 9.1.. CONCLUSIONES. 96. 9.2.. RECOMENDACIONES POSTERIORES AL PROYECTO.. 101.

(7) IQ-2004-II-08. 10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 103. 11. ANEXOS. 107. 11.1.. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MOLINO DE BOLAS. 107. 11.2.. NORMA ASTM C-109. 109. 11.3.. LISTADO DE TABLAS. 115. 11.4.. LISTADO DE GRAFICOS. 116.

(8) IQ-2004-II-08. 1. INTRODUCCIÓN El concreto es el material que ha tenido mayor uso en la construcción de edificios e infraestructura en la historia de la civilización. En particular, la demanda de cemento Pórtland se ha incrementado, con el aumento de la población mundial. Sin embargo, la industria asociada a la generación de este tipo de cemento involucra altos requerimientos energéticos y una fuerte emisión de contaminantes. En la actualidad no existe ningún otro material alternativo que pueda ser utilizado como material de bajo costo en construcciones de gran volumen. 1 Desde tiempos inmemoriables el hombre ha edificado construcciones para resguardo propio o con propósitos sociales o religiosos. Los egipcios empleaban lodos del Río Nilo para sus construcciones; no obstante las bajas temperaturas que podían lograr solo les permitían usar matariles de poco valor cementoso sin resistencia a la humedad. 2 Los romanos por otro lado, descubrieron la tecnología de los materiales llamados “puzolánicos”. Para producir sus cementos mezclaban cal con cenizas que provenían de un lugar llamado Pozzouli. Mucha edificaciones de los romanos se mantienen todavía en pie, lo que refleja el alto nivel de tecnología aun para nuestros días. En la edad media se perdió tanto la inercia del desarrollo como mucho de los conocimientos de los romanos y no fue sino hasta el siglo XIX que se trabajo intensamente en muchas investigaciones en la búsqueda de nuevos materiales para construcción. La patente que hoy se conoce como Cemento Portland se otorgo a J. Aspdin en 1824 en Inglaterra.3. Recientemente las industrias de cemento y concreto del mundo se han puesto en la ardua tarea de buscar nuevas alternativas de materiales para la construcción. Dentro de estas de encuentran un tema que es objeto de estudio de mucha importancia que son las adiciones puzolánicas de origen tanto naturales como artificiales. Estas tienen como propósito reemplazar una parte del cemento y además de esto obtener propiedades adicionales mejoradas con respecto a las que hoy en día se pueden obtener con el uso de solo cemento. Dentro de estas puzolanas artificiales, se encuentran por ejemplo, la escoria de alto horno un subproducto de las siderúrgicas, la silica fume o humo de sílice un subproducto de la industria del ferro-silicio y el fly ash o ceniza volante un subproducto de la quema del carbón en las termoeléctricas. Algunos países incluso, están incinerando cascarilla de arroz obteniendo una sílice reactiva de alta 1. Ref 3 Ibid. 3 Ibid. 2. 1.

(9) IQ-2004-II-08. pureza que se asemeja bastante en propiedades al humo de sílice. Dentro de las puzolanas naturales se encuentran las diatomitas, la zeolita y muchas otros materiales principalmente de origen volcánico que presentan propiedades cementantes importantes. El efecto de agregar materiales alternativos en el cemento, no solo representa una gran oportunidad económica de bajar costos de materias primas y producción sino, como se mencionó anteriormente, se pueden obtener propiedades adicionales importantes que contribuyen a la durabilidad y en algunos casos a la manejabilidad en estado fresco del cemento y el concreto. El compuesto principal al cuales se les puede atribuir la actividad puzolánica de estos materiales es la Sílice en fase Amorfa (SiO2amorfa), la cual tiene la capacidad de reaccionar con CaOH2 formado un compuesto denominado C-S-H (Silicato de Calcio Hidratado), el cual mejora las propiedades del cemento y el concreto notablemente. Este fenómeno se puede representar por medio del la reacción: 2SiO2 amorfa + 3Ca(OH)2. 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O. El 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O es abreviado C-S-H (Silicato de Calcio Hidratado). Mas adelante se explicara con mas detalles la química del cemento, la hidratación y el efecto puzolánico.. Actualmente la División de Agregados de la Empresa Cemex Colombia, en su mina LA FISCALA y EL TUNJUELO ubicadas en el sur de Bogotá, produce aproximadamente 150,000 m3/mes de agregados (arena y grava) como materia prima para la producción de concreto. De la extracción de estos, alrededor de 15 o 20% son arenas pasa tamiz No. 40 las cuales son llamadas informalmente “finos”. Estos se denominan así debido a que según la norma utilizada para los agregados no cumplen con las especificaciones granulométricas requeridas para ser usada como ARENA, debido a que son mas finas que los especificado en dicha norma. Estos finos se caracterizan en general por su baja reactividad (compuesta principalmente por Sílice cristalina denominada cuarzo en fase alfa) y poco aporte en propiedades para el concreto, lo cual hace que actualmente se estén acumulando grandes cantidades (en este momento hay 2 millones de m3 aprox.). 2.

(10) IQ-2004-II-08. usados en muy pequeñas cantidades como “fillers” o rellenos, desaprovechando su carácter siliceo que potencialmente serviría para mejorar las propiedades. De este hecho surgió la idea de buscar alternativas para el uso de estos “finos” para lo cual se tiene como objeto presentar un estudio para evaluar la posibilidad de activar de alguna forma este material, para tener la posibilidad de que se comporte como una puzolana aumentando el contenido de sílice amorfa reactiva. En este estudio, la problemática principal consiste en buscar alternativas para convertir estos finos de baja reactividad a un material puzolánico reactivo que de al cemento y al concreto propiedades adicionales a la vez que representan una oportunidad de ahorro en términos económicos. Además de esto se debe buscar que este producto obtenido cumpla con las normas (ASTM C618 para que pueda tener aceptación comercial y técnica como una adición). 1.1.. OBJETIVOS. 1.1.1. Objetivo General Realizar un estudio exploratorio de la activación de la fracción fina (pasante tamiz 40), del proceso de producción de agregados para el concreto. 1.1.2. Objetivos Específicos •. Hacer una caracterización de propiedades químicas y físicas de los “finos”.. •. Experimentar diferentes métodos que pueden reactividad de los “finos” que se pretenden tratar.. •. Determinar posibles métodos que resulten adecuados y viables para realizar la medición de la reactividad de los “finos”.. •. Diseñar y probar un proceso de activación de los “finos”.. •. Hacer un diseñó preliminar de una planta de procesamiento de los finos, con base al método propuesto.. •. Realizar un estudio de impacto económico y tecnológico de la propuesta.. 3. servir para medir la.

(11) IQ-2004-II-08. 2. MARCO TEORICO 2.1.. QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND.1. 2.1.1. Fabricación de Cemento Portland A continuación se expone un diagrama básico de el proceso de fabricación de cemento Portland por la vía seca (la mas utilizada actualmente). Además se expone una tabla que describe los fenómenos ocurridos dentro del horno de clinkerización.. Grafico No. 2.1 Esquema de Fabricación de Cemento Portland por la vía seca.2 1 2. Ref 19 Ref 24 pg 32. 4.

(12) IQ-2004-II-08. Tabla No. 2.1 Fenómenos que ocurren dentro del horno de clinkerización3. 2.1.2. Componentes Básicos Los componentes básicos de los cuales esta hecho el cemento son: •. Piedra Caliza. •. Arcilla. •. Mineral de Hierro. El numero y la cantidad de componentes utilizados en la fabricación del cemento dependen del tipo de cemento y la calidad que se quiera lograr. Para asegurar una mezcla homogénea y la calidad se le hace constante control de calidad, para así ajustar sus proporciones. Después de ser extraído de las minas la caliza, es pasada por una trituradora primaria y luego una secundaria, donde se reduce el tamaño a 3/8 de pulgada. Después de esto, el resto de los componente ya reducidos se mezclan y se almacenan. En el proceso en seco, estos materiales ya mezclados, se muelen. 3. Ibid pg 33. 5.

(13) IQ-2004-II-08. hasta un 90% de su tamaño donde son capaces de atravesar la malla estándar No. 200. 2.1.3. Propiedades y Proceso de los Componentes4 CaO (%). SiO2 (%). Al2O3 (%). Fe2O3 (%). MgO (%). Loss of Ignition (%). Caliza. 52.0. 5.7. 0.8. 0.3. 0.4. 40.4. Arcilla. 0.5. 61.0. 16.9. 12.4. 0.4. 7.8. 6.7. 1.4. 89.7. 0.4. 0.2. Mineral Fe.. de 0. Tabla No. 2.2 Composición Química Aproximada de los Componentes Básicos del Cemento El material de alimentación al horno contiene cierto grado de MgO, este actúa ayuda a mejorar el flujo a altas temperaturas, sin embargo, tiene un efecto negativo simultaneo que es la aglomeración. Debido a esto tampoco se quiere exceso de este compuesto en la mezcla. Los componentes de cada materia prima se mezclan de manera que en proporción, la alimentación al horno para la formación de clinker sea de: •. 64% CaO. •. 22% SiO2. •. 3.5% Al2O3. •. 3.0% Fe2O3. La composición varia de acuerdo al tipo de cemento que se quiere, sin embargo esos son los componentes principales. Existen cantidades de otros componentes que pueden llegar a tener efecto pronunciados en el cemento o en el concreto hecho a partir de este. Después de pasar por el proceso de clinkerización, se obtienen cuatro productos componentes básicos:. 4. Ref 24.. 6.

(14) IQ-2004-II-08. •. Silicato Tricálcico. 3CaO•SiO2. C3S. •. Silicato Dicálcico. 2CaO•SiO2. C2S. •. Aluminato Tricálcico. 3CaO•Al2O3. C3A. •. Aluminoferrato Tetracálcico. 4CaO• Al2O3•Fe2O3. C4AF. Cada uno de los componentes básico presentes en el cemento, tiene algún efecto sobre las propiedades. Al C3S se le atribuye el desarrollo temprano de resistencia en el cemento y el concreto. Al C3A se le atribuye la manejabilidad de las mezclas de cemento y concreto en estado fresco. Sin embargo altos porcentajes de este componente, hace que baje la resistencia al ataque de los sulfatos. Al C4AF se le atribuye el color característico del cemento. La mayoría de los usuarios de cemento, prefieren que este sea lo mas claro posible, sin embargo es necesario que esté presente debido a que facilita el flujo de material dentro del horno, y la formación de otros compuestos a temperaturas mas bajas de lo esperado.. Tabla No. 2.3 Características de los Compuestos del Cemento.5. 5. Ref 24 pg 41. 7.

(15) IQ-2004-II-08. A medida que avanza el material a través de la diferentes etapas en la formación de clinker, se va perdiendo peso, fenómeno denominado Perdida al Fuego o Loss of Ignition. Debido a esto se necesita una carga inicial de materiales de 550 a 600 lb. para obtener aproximadamente 376lb. de clinker. Una vez sale el clinker de el horno rotatorio, este pasa por un proceso de enfriamiento súbito, para luego ser molido y mezclado con diferentes adiciones, tales como el yeso que actúa como retardante de fraguado, las cenizas volantes que mejoran la resistencia y otras adiciones que le dan al cemento propiedades adicionales. 2.1.4. Tipos de Cemento Portland6 Dependiendo de las variaciones en la dosificación inicial de las materias primas que se introducen en el horno, se pueden obtener varias clases de cemento que están clasificados y tienen usos muy definidos. TIPO. USO. I. Para uso general, sin propiedades especiales. II. Moderada resistencia al ataque de los sulfatos. III. Desarrolla altas resistencias iniciales. IV. Bajo calor de hidratación. V. Alta resistencia al ataque de los sulfatos. IA. El mismo tipo I pero con inclusor de aire. IIA. El mismo tipo I pero con inclusor de aire. IIIA. El mismo tipo I pero con inclusor de aire Tabla No. 2.4 Tipos de Cemento. 2.2.. HIDRATACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND 7. En el estudio de la química de hidratación del cemento, se asume que cada componente se hidrata separadamente de los demás. Esto no es completamente. 6 7. Ref 20 Ref 21. 8.

(16) IQ-2004-II-08. cierto, debido a que si existe una interacción de los componentes y esto afecta las reacciones de cierta manera. 2.2.1. Silicatos de Calcio La reacción de hidratación de los dos silicatos de calcio (C3S y C2S) se llevan a cabo de manera similar. •. Su productos principales son: el Silicato de Calcio Hidratado (C-S-H) y el Hidróxido de Calcio (CaOH2). La reacción es fácilmente medible por la rata de generación de calor. (Calorimetría).. Esta reacción se lleva a cabo en 5 etapas: o Etapa 1: Generación rápida de calor (15 min.) Desde el momento en que se hace la mezcla con agua, los iones calcio e hidróxido empiezan a salir de la superficie de el C3S. El pH sube rápidamente a una solución altamente alcalina. Cuando el Hidróxido de Calcio alcanza concentraciones criticas, empieza la cristalización del CH y el C-S-H. o Etapa 2: Periodo en el cual el cemento permanece en estado plástico durante mas o menos 2 a 4 horas. La reacción desacelera. El CH se cristaliza, el C-S-H se forma en la superficie del C3S y forma una capa superficial. A medida que esta capa se hace mas gruesa, aumenta el tiempo que demora el agua en entrar. Debido a esto la reacción empieza a ser controlada por la rata de difusión. El C2S se hidrata a una menor velocidad debido a que es menos reactivo. o Etapa 3: En este periodo de aceleración, se alcanzan puntos críticos de concentración de iones y los silicatos se hidratan rápidamente. Se llega al punto de fraguado final y el endurecimiento empieza. (4- 8 horas) o Etapa 4: La rata de reacción se disminuye. Esta etapa esta controlada totalmente por la difusión. o Etapa 5: Etapa en estado estacionario. La rata de reacción se vuelve constante y poco dependiente de la temperatura. 2.2.2. Aluminato Tricálcico La hidratación de C3A ocurre por la presencia de los iones sulfato que provee el yeso adicionado a la mezcla. El resultado de la reacción es un sulfoaluminato de calcio hidratado denominado “etringuita”.. 9.

(17) IQ-2004-II-08. •. Si el sulfato que viene del yeso, se agota antes de que el C3A se haya hidratado totalmente, puede ocurrir una segunda reacción que forma monosulfoaluminato.. •. La etringuita hace que haya en una desaceleración en las reacciones del hidratación debido a la formación de una capa alrededor del C3A. Esta capa se puede romper por la conversión a monosulfoaluminato.. •. Si el monosulfoaluminato es expuesto ante otros iones sulfato, ocurrirá una nueva reacción que formara mas etringuita. Esta reacción hace que haya expansión y debido a esto puede haber agrietamiento en la estructura. A este fenómeno se le atribuye la tendencia a el ataque por sulfatos del cemento Portland.. •. En la ausencia de sulfatos el C3A reacciona con agua para formar unos compuestos inestables de calcio. Un C3A puro no desarrolla resistencia significativa en el cemento.. 2.2.3. Aluminato Tetracálcico El C4AF forma los mismos producto de la hidratación que el C3A, con o sin yeso presente en la mezcla. La reacción se disminuye por la presencia de yeso, Si el contenido de oxido de hierro se aumenta, la reacción se hace mas lenta. •. La experiencia ha mostrado que cementos bajos en C3A y altos en C4AF son de alta resistencia al ataque de sulfatos. La conversión de etringuita a monosulfoaluminato se inhibe con la presencia de un componente de hierro. La rata de hidratación de los componentes en velocidad se da así: C3A > C3S > C4AF > C2S.. 10.

(18) IQ-2004-II-08. Tabla No. 2.5 Secuencia de las Reacciones Básicas de Hidratación del cemento Portland.8 2.2.4. Propiedades de los productos de la hidratación A continuación se presentan unos comentarios generales sobre las propiedades que se desarrollan durante la hidratación que de alguna forma afectan el desempeño general del cemento. El C-S-H tiene baja cristalinidad, el compuesto químico exacto varia. La rata de C/S varia entre 1.5 y 2 y depende de muchos factor tales como temperatura, relación agua/cemento, impurezas y etc. Debido a esta baja cristalinidad, se desarrolla unas pequeñas partículas y como consecuencia de esto una área superficial muy alta. En general, el área superficial del cemento hidratado es 1000 veces mayor que el no-hidratado. Debido a esto el aumento hay un cambio grande en las propiedades física del C-S-H. Se han hecho estudios muy exhaustos para lograr modelar los componentes estructurales del C-S-H. Se considera que es una estructura compuesta por capas de silicato de calcio conectadas al azar por enlaces tanto iónicos como covalentes.. 8. Ref 24 pg. 39. 11.

(19) IQ-2004-II-08. El espacio sobrante entre capas se consideran como poros capilares o microporos y espaciamientos los cuales algunos pueden alojar agua la cual se encarga de mantener las capas unidas entre si. Por otro lado se tiene el Hidróxido de Calcio esta configurado en un material hexagonal cristalino. Estos cristales son mucho mas grandes que los de C-S-H inclusive algunos de ellos visible al ojo humano. El Sulfoaluminato de Calcio (Etringuita), por su parte tiene forma de prisma hexagonal y su forma en mucho mas alargada que la delos cristales de C-H. Aglomeraciones de etringuita en forma de agujas se puede observar en estructura que han sido atacadas por sulfatos.. 2.2.5. Micro-estructura de la Pasta de Cemento Hidratada. La evolución de la micro-estructura, esta relacionada con las 5 etapas de hidratación de los silicatos mencionadas anteriormente. C-S-H – Es el compuesto mas abundante en la pasta de cemento (50-70%) y también el mas importante en el proceso de hidratación. La cantidad de C-S-H que forma una capa en los granos de C3S es muy pequeña en la etapa 2 pero aumenta rápidamente en la etapa 3. A partir de la formación del C-S-H se forman unas espinas las cuales crecen radialmente desde el centro de los granos de C3A. A medida que el C-S-H se forma por efecto de la hidratación, la capa se va haciendo mas gruesa forzando a las partículas exteriores a tener contacto entre si y hacer como una especia de enlace físico entre los granos, mejorando las propiedades de resistencia. CH – El Hidróxido de Calcio constituye alrededor del 20-25% del volumen del cemento. En la etapa de aceleración de la reacción, el CH crece en espacios de poros capilares. El CH solamente crecerá en espacios libres. En caso de encontrarse con otro cristal de CH, lo hará una dirección diferente. También crecerá completamente alrededor de grano de cemento en proceso de hidratación. El efecto de este fenómeno le da al CH un volumen aparente mayor al que se tendría si se obtuviera como cristal puro. Sulfoaluminato de Calcio (Etringuita) - Es un componente menor en el cemento (10-15%) el cual tiene un efecto menor en la micro-estructura de la pasta. Los pequeños cristales espinosos de etringuita crecen en espacios capilares para después convertirse en cristales planos de monosulfoaluminatos.. 12.

(20) IQ-2004-II-08. Porosidad – Un componente esencial que influye en las propiedades de la pasta del cemento. El tamaño del los poros resulta difícil de medir. Mucho ensayos para medirla requieren que haya secado los cual afecta su estructura. Existen dos clasificaciones para tamaños de poros. 1. Poros Capilares: Espacios formados por los granos hidratándose 2. Poros de Gel: Espacios muy pequeños presentes entre las capas de C-S-H. 2.2.6. Propiedades de la Pasta de Cemento Hidratada Los productos de la hidratación, tienen gravedades especificas menores y volúmenes específicos mayores que sus compuestos familiares en el cemento. Debido a esto, la hidratación siempre va acompañada por un aumento en el volumen sólido. Silicatos Calcio: La hidratación de estos compuestos no generan aumento en el volumen. Esto debido a que se debe recordar que estos silicatos solo ocupan espacios libres. En caso que los espacios libres se llenen, el crecimiento y la hidratación se detendrán. Aluminato de Calcio: La hidratación de este material (etringuita) se mantendrá formando de forma regular cuando se logre una superficie sólida. En este fenómeno se desarrolla presión interna. El cambio en el volumen se relaciona directamente con la porosidad. Es posible calcular el espacio de los paros por la perdida de agua evaporable y la cantidad de agua no evaporable. La cantidad de agua evaporable se encuentra poros capilares y poros de Gel y se obtiene por secado en hornos convencionales. La cantidad de agua no evaporable es una medición que esta relacionada con la microestructura y se obtiene por medio de secado en hornos de alta temperatura.. 13.

(21) IQ-2004-II-08. 2.3.. EL CONCRETO. Gráfico No. 2.2 Composición Básica del Concreto9 2.3.1. Definición10 El concreto se ha convertido en los últimos tiempos en el material de construcción mas ampliamente utilizado debido a su múltiples funciones en cuanto a forma, función y economía. Su desarrollo se ha visto vinculado a la del “concreto armado”, debido a que junto con el acero de refuerzo forman un sólido único con propiedades estructurales importantes. Se puede definir en términos generales como una mezcla de un material aglomerante (Cemento Portland Hidráulico), un material de relleno (agregados o áridos), agua y aditivos. Esta mezcla, al endurecerse, forma un todo compacto que después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión. 2.3.2. Características y Funciones de los Componentes11 2.3.2.1.. Cemento. Tiene propiedades tanto adhesivas como cohesivas, que le dan la capacidad de aglutinar los agregados para conformar la masa de concreto. Estas propiedades 9. Ref 23 Ref 24 11 Ibid 10. 14.

(22) IQ-2004-II-08. dependen de la composición química, el grado de hidratación, la finura de las partículas, la velocidad de fraguado, el calor de hidratación y la resistencia mecánica que desarrolla a medida que se hidrata. Cuando la mezcla se encuentra en estado fresco o plástico, la pasta actúa como lubricante de los agregados, dándole fluidez que permite la manejar, moldearlo e inclusive bombearlo. Además de esto produce un alto grado de confinamiento lo cual se traduce en mejor resistencia. En estado endurecido, la pasta obtura los espacios que hay entre partículas, causando una reducción en la permeabilidad del concreto y evitar el desplazamiento de agua dentro de la masa, evitando que haya contracción por secado y por lo tanto posteriores daños como fisuras y perdida de resistencia. Además de esto la pasta fraguada, contribuye a la resistencia mecánica característica a la compresión, lo cual depende de la llamada interfase agregadopasta. 2.3.2.2.. Agua. Los cemento son hidráulicos debido a que tienen la posibilidad de fraguar y endurecer en contacto con el agua, causados por una reacción química. Debido a esto el agua es el material que hidrata el cemento y causa que se desarrollen las propiedades aglutinantes. Al mezclarse el agua con el cemento se produce la pasta, la cual puede ser mas o menos diluida según la cantidad agregada. Al endurecerse la pasta, como consecuencia del fraguado, parte del agua queda fija (agua de hidratación) en la estructura rígida de la pasta y el resto queda como agua evaporable. 2.3.2.3.. Aire. Cuando el concreto es mezclado, es normal que quede aire incluido en la masa, el cual debe ser liberado por procesos de compactación a los cuales es sometido en su postura. Sin embargo esta compactación no es totalmente perfecta, por lo cual queda aire residual dentro de la masa endurecida. Sin embargo a veces se incluyen burbujas de aire concientemente, para fines específicos como aligerar el peso del concreto.. 15.

(23) IQ-2004-II-08. 2.3.2.4.. Agregados o Áridos.. Se consideran como agregados todos los materiales que poseyendo una resistencia propia suficiente, no perturban ni afecta el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico. Estos materiales pueden ser naturales o artificiales según su origen. La razón principal para su utilización es actuar como material de relleno, haciendo la mezcla mas económica. Estos agregados en combinación con la pasta también proporcionan parte de la resistencia de la compresión, debido a que como se menciono anteriormente, tienen una resistencia propia que aportar a la mezcla. Cuando el concreto se somete a el endurecimiento, los agregados ayudan a controlar los cambios volumétricos de la pasta evitando que haya fisuras o agrietamiento por retracción plástica, que puede afectar la resistencia. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos12: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometría continua de tamaños de partículas. 2.3.2.5.. Aditivos. Desde mediados del siglo XX se han desarrollado toda una tecnología sobre la utilización de los aditivos, que son materiales distintos a los mencionados anteriormente, que se utilizan como ingredientes en morteros y concretos, los cuales se añaden antes o durante su preparación. Sus funciones principales son: reductores de agua, retardantes de fraguado o acelerantes de fraguado. Existen también otros como los inclusores de aire, las puzolanas y los colorantes.. 12. Ref 23. 16.

(24) IQ-2004-II-08. Estos aditivos modifican las propiedades del concreto de manera que se hagan mas adecuados a las condiciones de trabajo También se pueden utilizar por razones de orden económico, tal como los son la puzolanas que en cierta medida hacen el producto mas económico a la vez que mejora propiedades. 2.3.3. Producto Final Al prepararse un concreto según especificaciones en estado fresco y endurecido, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos para su preparación:13 •. Economía. •. Facilidad de colocación y consolidación. •. Velocidad de fraguado. •. Resistencia. •. Durabilidad. •. Impermeabilidad. •. Peso unitario. •. Estabilidad al volumen. •. Apariencia y color adecuado. Debido a la alta exigencia en las propiedades que se deben obtener se han desarrollado una gran cantidad de normas, entre ellas las ASTM, como las utilizadas principalmente, para hacer un correcto control de calidad de el concreto que se obtiene. Además de esto se debe tener en cuenta que debido a que el concreto es principalmente para fines estructurales, es necesario que cumpla con el código de sismo-resistencia en cada país.. 13. Ref 24. 17.

(25) IQ-2004-II-08. Grafico No. 2.3 Esquema de Procesos de Supervisión, Control y Ajuste Durante la Producción y Colocación del Concreto 2.4.. LAS PUZOLANAS. 2.4.1. Definición Las puzolanas se pueden definir de forma general como aditivos al concreto que tienen como fin mejorar la trabajabilidad de mezclas deficientes en partículas de tamaño menor a las que pasan por los tamices de 300µm y 150µm. (No. 50 y No. 100 en la escala estándar respectivamente), ya que estos aditivos pueden reducir la exudación y la segregación y adicionalmente mejorar algunas propiedades del concreto, como la resistencia y la durabilidad, compensado por la falta de finos.14 Dentro de los materiales relativamente inertes químicamente, se encuentran el cuarzo molido, la caliza molida, la bentonita, cal hidratada y talco. Como es sabido la norma ASTM C-129 define las puzolanas como: “materiales silíceos y aluminosos que en si mismos poseen poco o ningún valor cementante pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio, bajo temperaturas 14. Ref 24. 18.

(26) IQ-2004-II-08. ordinarias, para formar diversos compuestos que poseen propiedades cementantes.”15 Las clases de puzolanas comúnmente utilizadas se especifican ASTM C-618 tal como se especifica en la siguiente tabla.. en la norma. Tabla No. 2.6 Clasificación de la Puzolanas según la norma ASTM C-618. Tabla No. 2.7 Composición de Algunos Materiales Puzolánicos. 15. Ref 25. 19.

(27) IQ-2004-II-08. 2.4.2. Efecto del las puzolanas en el concreto en estado fresco.16 Debido a la gran cantidad de puzolanas que existen se debe hacer un riguroso estudio del efecto de cada uno y su interrelación con cada uno de los componentes de la mezcla en el concreto. En general las condiciones de calidad se relacionan con la fineza medida por el retenido en la malla estándar No. 325, el cual es un claro indicador de la cantidad de agua que requiere la mezcla. Por lo general entre mas fino el material, mayor el efecto en la reducción del agua. Debido a esto, si se tiene una puzolana gruesa o de forma no adecuada, requiere un aumento de agua para lograr un asentamiento adecuado y esto originaria una excesiva exudación y segregación. Por otro lado, el concreto que tiene puzolanas es engañoso debido a que parece ser menos manejable que el concreto hecho de cemento puro, debido al mayor volumen de los finos y el menor volumen de agua, lo que causa una disminución en la movilidad de la mezcla. Debido a este fenómeno, las mezclas deben tener una reducción en el contenido de cemento para evitar la mayor demanda en la cantidad de agua, las contracciones por secado, absorción y reducción de resistencia. Cuando se emplean puzolanas para sustituir parte del cemento, aprovechando la reacción de estas con el hidróxido de calcio, se genera menor calor lo cual es ideal para aplicaciones del concreto masivos. (Por ejemplo en el Concreto utilizado para la construcción de una presa de agua) El efecto de adicionar un material mineral en el concreto varia notablemente dependiendo de la cantidad y el tipo de material utilizado. Por ejemplo los materiales químicamente inertes por lo general mejoran las resistencias de mezclas pobres y empeoran las de mezclas ricas. En aspecto de durabilidad del concreto, los aditivos por lo general disminuyen la permeabilidad al agua , debido a que reducen la exudación y la demanda en el agua de mezclado. También algunos aumentan la resistencia al ataque del agua de mar (Cloruros básicamente), a sulfatos y ácidos. También reducen la expansión causada por la reacción álcali-sílice.. 16. Ref 24 Pg 274. 20.

(28) IQ-2004-II-08. 3. MATERIA PRIMA 3.1.. ORIGEN DE LA MATERIA PRIMA.. La minas LA FISCALA y EL TUNJUELO de actual propiedad de Cemex Colombia, llevan aproximadamente 40 años haciendo explotación de arena y grava para la producción de concreto principalmente para el cubrimiento de la demanda en Bogota. De la trituración y el lavado de esta arena y grava, se obtienen estos “finos” los cuales se han ido acumulando en sus lotes, sin tener ningún uso significativo hasta el momento. En algunos casos se han usado como “fillers” o rellenos para algunos concretos pero se considera un uso menor.. Gráfico No. 3.1 Línea de Producción de Agregados Mina el Tunjuelo. 21.

(29) IQ-2004-II-08. Gráfico No. 3.2 Línea de Producción de Agregados Mina el Tunjuelo 3.2.. CARACTERIZACION DE LA ARENA. 3.2.1. Caracterización Física de la Arena En el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Concretos de Cemex se realizaron una serie de pruebas para determinar las características físicas de los finos. 3.2.1.1.. Granulometría. La Granulometría consiste en un ensayo de gran importancia para la determinación de las propiedades físicas. Esta se hizo según la norma ASTM. Además de una granulometría realizada en Agosto de 2004. Se tenia información adicional sobre otras granulometrías anteriores obtenidas en 1997 de el mismo material. Esto resulto de vital importancia para el estudio, debido a que con los resultados obtenidos se hace posible determinar si el material permanece constante en el tiempo o no. A continuación se muestran los resultados de la granulometrías obtenidas de las muestras.. 22.

(30) IQ-2004-II-08. 100.0%. Granulometria Finos. % PASA. 80.0%. 60.0%. Laboratorio I&D Limite Superior. 40.0%. Limite Inferior. 20.0%. 0.0% 0.1. 1. 10. Abertura del Tamiz (mm). Gráfico. No. 3.3 Granulometría Finos Agosto 20 de 2004. 100.0%. Granulometría Finos Laboratorio I&D 2004. 80.0%. S1-1 1997. % PASA. S1-2 1997. 60.0%. S2-1 1997 S2-2 1997 S3-1 1997. 40.0%. S3-2 1997 S4-1 1997. 20.0%. S4-2 1997 Limite Superior Limite Inferior. 0.0% 0.1. 1 Abertura del Tamiz (mm). Gráfico. No. 3.4 Granulometría Finos 1997 y Agosto 2004. 23. 10.

(31) IQ-2004-II-08. En los gráficos 3.3 y 3.4 se puede observar que se encuentran delimitados unos limites superior e inferior. Estos limites corresponden a los que debe cumplir la arena común utilizada en el la preparación del concreto (según norma ASTM). Debido a que estas muestras salen de los limites establecidos por la norma, es que se consideran finos y no podrían ser utilizados . Otro asunto importante de estas graficas es que se puede observar claramente que las diferentes muestras presentan granulometrías similares lo que permite concluir que el material se comporta en términos generales constante en el tiempo.. 100.0%. Granulometria Finos. % PASA. 80.0%. Granulometría Promedio. 60.0%. Limite Superior. 40.0%. Limite Inferior 20.0%. 0.0% 0.1. 1. 10. Abertura del Tamiz (mm). Gráfico. No. 3.5 Granulometría Promedio 3.2.1.2.. Otros Ensayos. Se realizaron igualmente otros ensayos complementarios para la caracterización física los cuales en promedio con los resultados obtenidos en 1997 en promedio arrojaron los siguientes resultados:. 24.

(32) IQ-2004-II-08. MODULO DE FINURA. 1.375 1. CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA. 2.111. MASA UNITARIA COMPACTADA (kg/m^3). 1582. MASA UNITARIA SUELTA (kg/m^3). 1455. PH. 5.1 Tabla. No. 3.1 Otras Propiedades. La importancia de tener esta información es para comparar estos resultados con la caracterización que se haga después de ser sometido al proceso de activación. De esta forma se puede ver que tanto cambian la s propiedades físicas que afectan el comportamiento de la arena al ser mezclada. 3.2.2. Caracterización Química de la Arena Para la caracterización química se llevo a cabo una espectroscopia de absorción atómica. La cual según el espectro de cada compuesto, se pudo determinar las cantidades y compuestos presentes en las muestras.. Gráfico No. 3.6 Composición Química de los Finos 1. El contenido de materia orgánica se determina según la norma ASTM en una escala de 1 a 5.. 25.

(33) IQ-2004-II-08. Gráfico No. 3.7 Composición Química de los Finos. MUESTRA. FONDO (%). Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 S SO3 K2O CaO TiO2 V2O5 Cr2O3 MnO Fe2O3 ZrO2 BaO P.F. (CO2) Rb2O. 0.011 0.047 1.480 96.21 0.520 0.048 0.000 0.140 0.450 0.150 0.000 0.060 0.000 0.000 0.023 0.002 0.000 0.870. Tabla. No. 3.2 Composición Química de los Finos Los gráficos 3.6 y 3.7 muestran claramente que casi un 96% de los finos están compuestos de Sílice y el otro 4% compuesto de trazas de otros compuestos tales como Al2O3, RbO2 , P2O5 y otros. La importancia que pueden tener estos compuestos es en caso de que se lograra un proceso de activación de estas. 26.

(34) IQ-2004-II-08. arenas, se tendría que cumplir unos valores máximos de contenidos de algunos de estos compuestos, contemplados en la norma ASTM C618.. 27.

(35) IQ-2004-II-08. 4. REACTIVIDAD PUZOLANICA 4.1.. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE REACTIVIDAD. Dentro de la gran gama de posibilidades para la medición de la reactividad de los compuestos, se investigaron una serie de pruebas que podrían servir para la medición de la reactividad los finos y otros compuestos similares (como el Humo de Sílice utilizado como patrón de comparación en la mayoría de las pruebas que se realizan en este proyecto de grado). En este caso la reactividad hace referencia a la cantidad de Sílice en fase Amorfa (SiO2amorfa) contenida en la muestra. Tal como se especifico en la Introducción a este documento, esta sílice es la que potencialmente reacciona con el Hidróxido de Calcio contenido en el cemento. A continuación se hará mención de cuatro métodos investigados que al parecer son aplicables. De estos fueron escogidos dos que se pusieron en practica, resultados que se analizaran mas adelante. 4.1.1. Método por medio de titulación con glicerol1 Este método fue hallado en un articulo científico de una famosa publicación llamada Cement and Concrete Research. La base del método consiste esta desarrollada principalmente para la determinación del contenido de Sílice en la cascarilla de arroz incinerada. Sin embargo esta según las especificación y la similaridad con el material de estudio, esta podría ser aplicada sin problemas a las muestra que se tienen bajo análisis. El método esta basado en la producción de glicero-silicato. Haciendo una mezcla de las muestra con glicerol y posteriormente titulando con Hidróxido de Bario (BaOH2) usando fenolftaleina o alizarina como indicador se puede conocer, por medio de relaciones estequiométricas, la cantidad de Sílice en estado amorfo contenido en la muestra. Según el articulo, este método fue comparado con otros mas avanzados y complejos arrojando resultados muy similares.. 1. Ref 6.. 28.

(36) IQ-2004-II-08. 4.1.2. Método por medio de medición de conductividad eléctrica.2 Diversos artículos encontrados en la revisión bibliográfica para este proyecto, se encontró que una forma muy común de medir la reactividad de la Sílice consiste en realizar una lectura de la conductividad eléctrica en una solución de Ca(OH)2. El método se basa principalmente en la reacción entre la sílice y el hidróxido, para la formación de Silicato de Calcio Hidratado. (La reacción que se llevaría a cabo en la matriz de cemento). 2SiO2 amorfo + 3Ca(OH)2. 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O. La medición de la conductividad eléctrica se puede llevar a cabo debido a que se tiene inicialmente una solución saturada de Hidróxido de Calcio en forma de iones Ca+ y OH- lo que hace que sea posible el pase de corriente por la solución. El experimento se lleva a cabo a 40±1°C, con agitación constante. Al combinarse la solución de hidróxido con sílice reactiva, la conductividad baja a medida que los iones Ca+ y OH- empiezan a reaccionar con la sílice. En caso de no ser reactiva la sílice contenida en el material, la conductividad simplemente se mantiene constante. Esta fue una de las pruebas iniciales que se llevo a cabo en el CITEC. Se hicieron dos pruebas para los finos pasante del tamiz 40 y otros dos para el humo de sílice (sílice amorfa de alta pureza) como muestre patrón. Los resultados se muestran a continuación:. 2. Ref 7. 29.

(37) IQ-2004-II-08. FINOS ENSAYO 1 TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS) -5 39.20 6.40 0 39.30 6.10 10 38.90 6.10 15 40.10 5.90 20 38.60 5.80 30 39.40 5.30 45 43.40 4.90 60 39.60 4.90 90 38.00 4.90 120 40.10 4.70 150 36.30 4.68 180 36.40 4.60 ENSAYO 2 TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS) 0 38.60 4.64 5 39.00 4.70 10 44.00 4.60 30 38.00 4.70 60 39.00 4.60 90 37.50 4.60 120 39.60 4.50 150 43.00 4.50 Tabla No. 4.1 Medición de Reactividad para los finos pasante del tamiz No. 40. 30.

(38) IQ-2004-II-08. HUMO DE SÍLICE ENSAYO 1 TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS) -5 39.40 6.10 0 40.10 4.90 10 40.40 4.50 15 40.70 4.00 20 38.40 3.70 30 38.80 3.60 45 38.50 3.00 60 37.30 2.80 90 43.00 2.20 120 43.30 1.20 150 39.00 1.00 180 38.20 0.87 ENSAYO 2 TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS) 0 38.90 3.70 5 41.20 3.60 10 40.80 3.50 30 41.70 3.30 60 41.20 2.70 90 42.00 1.90 120 42.00 1.30 150 41.00 0.90 Tabla No. 4.2 Medición de Reactividad para el Humo de Sílice. 31.

(39) IQ-2004-II-08. Grafico Conductividad vs. Tiempo 7.00. Muestra 1FINOS Muestra 2 Finos Muestra 1HUMO DE SILICE Muestra 2 HUMO DE SILICE. Conductividad (mS). 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0. 50. 100. 150. 200. Tiempo (min). Gráfico No. 4.1 Conductividad vs. Tiempo para muestras. Los resultados muestran con gran claridad el método es efectivo y útil para el propósito de esta investigación. Las muestras de finos no presentaron ningún cambio representativo en la conductividad lo que confirma que están compuestos de Sílice Cristalina que es poco reactiva, mientras que el humo de sílice presenta una disminución en la conductividad lo que permite concluir que hay una formación de Silicato de Calcio Hidratado con el tiempo. Este método se pondrá a prueba otra vez una vez se hallan llevado a cabo procesos de activación los finos, bajo las mismas condiciones experimentales. 4.1.3. Medición de la reactividad usando la norma ASTM C-109.3 ASTM C109-02 COMPRESSIVE STRENGTH OF HYDRAULIC MORTARS , USING 50MM CUBE SPECIMENS. (Ver norma anexa).. CEMENT. En CEMEX se lleva ejecuta el procedimiento descrito en esta norma, para hacer el control de calidad de los diferentes cementos producidos. El resultado final del 3. Ref 18. 32.

(40) IQ-2004-II-08. procedimiento es un dato de resistencia a la compresión en kg/cm2 muestras.. para las. La resistencia a la compresión es una medida muy real y acertada para controlar la reactividad del cemento, las adiciones y demás materiales utilizados en el cemento. Para este proyecto, se lleva a cabo una matriz de pruebas donde se utilizaron diferentes dosificaciones de cemento, finos pasante tamiz 40 y humo de sílice con el animo de obtener unos resultados comparables y poder conocer el efecto del reemplazo por cemento de los diferentes materiales. Para este caso se prepararon unas, según las dosificaciones especificadas en la norma, las cuales fueron fundidas y se tomaron resistencias a 1, 3, 7 y 28 días respectivamente. La norma según sus especificaciones plantea la necesidad de mantener una relación agua / material cementante de 0.485 en peso. Sin embargo también exigen que haya una fluidez de 110±5 cm (ver norma). Al reemplazar parte del cemento por otros materiales la fluidez de la muestra cambia, haciendo que haya una mayor demanda de agua por parte de la mezcla para llegar a la fluidez especificada un la norma. El humo de sílice, por ejemplo, al tener una superficie especifica tan grande, hace que demande grandes cantidades de agua, inclusive para concretos se hace necesario utilizar súperplastificantes para darle mayor fluidez a la muestra. Debido a este fenómeno, se plantearon dos matrices de prueba distintas. La primera manteniendo la relación agua/material cementante constante en 0.485 según norma. La segunda matriz manteniendo la fluidez constante, es decir agregado la cantidad de agua necesaria para llegar a la fluidez especificada en la norma. Esta segunda matriz es mucho mas cercana a la realidad debido a que una especificación comercial muy importante del cemento y el concreto es una fluidez mínima que permita manejar la mezcla en estado fresco. Los resultados de estas pruebas se exponen en el Capitulo 5 junto con los finos tratados en los métodos de activación. 4.1.4. Medición de Reactividad por medio de difracción de rayos X. La difracción de rayos X es talvez el método mas preciso pero mas costoso y poco accesible para conocer el grado de reactividad de las muestras sujetas a estudio. Además de esto es necesario que vaya acompañada de un análisis químico para conocer los demás compuestos.. 33.

(41) IQ-2004-II-08. Para un material siliceo se pueden presentar los siguientes patrones de difracción.. Gráfico No. 4.2 Difracción de rayos X para material siliceo.4 En el gráfico 4.2 se puede observar claramente las difracciones de rayos X para diferentes tratamientos del mismo material siliceo. La difracción muestra picos para diferentes configuraciones de sílice cristalina como lo son el cuarzo y la tridimita. En esta figura se ve una clara disminución de el contenido de material cristalino entre las muestras 9 y 1. La muestra 1 es por ejemplo muy baja en contenido de sílice cristalina, lo que permite concluir que es casi en su totalidad sílice amorfa reactiva. Si fuera posible someter las muestras de este proyecto a difracción de rayos X, se podría saber con certeza que grado de cristalinidad presentan las muestras antes y después de su tratamiento de activación. Debido a la poca accesibilidad y el alto costo de estas pruebas no será posible en realizar este tipo de prueba.. 4. Ref 8.. 34.

(42) IQ-2004-II-08. 5. RESULTADOS AL ESTUDIO DE METODOS DE ACTIVACION DE LAS ARENAS 5.1.. MÉTODOS PROPUESTOS. Para el estudio de la posible activación de la arenas, es decir pasar de sílice cristalina (en fase Cuarzo Alfa a temperatura y presión estándar) a sílice amorfa, se propuso llevar a cabo una matriz de pruebas, con el animo de tener una serie de resultados que permitiera llegar a alguna conclusión definitiva sobre la posibilidad y viabilidad de aprovechar el contenido siliceo de los finos. 5.1.1. Utilización de la Fracción Pasante Tamiz No 40. Con el fin de tener una granulometría constante en todas las pruebas realizadas en este proyecto de grado, se decidió trabajar únicamente con la fracción pasante del Tamiz NO. 40. Debido a esto, una gran cantidad de muestra (40kg) fue tomada al azar de la mina La Fiscala, la cual fue pasada por este tamiz y almacenada seca para la realización de estas pruebas.. Gráfico No. 5.1 Paso de los finos a través del Tamiz No. 40. 35.

(43) IQ-2004-II-08. Adicionalmente se realizo en el laboratorio de Control de Calidad de Cemento en la planta Cemex Caracolito de Ibagué una granulometría láser de la muestra pasante tamiz No. 40.. Mesh No Aperture µm Volume In % Vol Below % 10 2000 100.00 0.00 12 1680 100.00 0.00 14 1410 100.00 0.00 16 1190 100.00 0.00 18 1000 100.00 0.00 20 841 100.00 0.00 25 707 100.00 0.00 30 595 100.00 0.61 35 500 99.39. Mesh No Aperture µm Volume In % Vol Below % 35 500 99.39 2.55 40 420 96.84 4.36 45 354 92.48 6.36 50 297 86.12 7.83 60 250 78.30 9.05 70 210 69.24 9.41 80 177 59.83 9.44 100 149 50.39 9.07 120 125 41.32. Mesh No Aperture µm Volume In % Vol Below % 120 125 41.32 8.05 140 105 33.28 6.90 170 88 26.38 5.41 200 74 20.97 3.83 230 63 17.14 2.97 270 53 14.16 2.15 325 44 12.01 1.32 400 37 10.69. Grafico No. 5.2 Granulometría y Datos Obtenidos para la Fracción Pasante Tamiz No. 40.. 36.

(44) IQ-2004-II-08. Como se ve en los resultados de la granulometría para esta muestra el diámetro medio es de 0,1479 mm, el 10% menor de 0,03272 mm y el 90% menor de 0,3285 mm. Las partículas menores de 2 micrómetros (arcilla) son tan solo el 1,54% y las partículas que se podrían llamar de cuarzo (arena) son cerca del 88% (100,00 -12,18). Esta granulometría cambia bastante con respecto a la de los finos obtenida inicialmente en la caracterización, muestra la cual no tenia ningún tipo de cambio o tratamiento. (Ver Capitulo 3. Materias Primas). Se puede obtener entonces un grafico comparativo entre las dos muestras donde se evidencia un cambio importante en la distribución granulométrica. Granulometria Finos Puros vs. Pasante Tamiz 40. 120.00% Pasante Tamiz 40 100.00%. Finos sin Tratamiento. % Pasa. 80.00%. 60.00%. 40.00%. 20.00%. 0.00% 1.000. 10.000. 100.000. 1000.000. 10000.000. Tamano de Particula (micrometros). Grafico No. 5.3 Granulometría de Finos sin Tratamiento vs. Finos Pasante Tamiz No. 40. 37.

(45) IQ-2004-II-08. D(10%). D(50%)Diámetro Medio. D(90%). Finos sin Tratamiento. 150.000. 259.000. 1190.000. Finos pasa Tamiz No. 40. 32.722. 147.906. 328.518. Tabla No. 5.1 Retenidos en 10, 50 y 90% para la Granulometría de Finos sin Tratamiento vs. Finos Pasante Tamiz No. 40 Debido a los cambio que se presentan en la distribución granulométrica, también es probable que se evidencien cambio en las propiedades física de la muestra. Esto se vera reflejado en los resultados. 5.1.2. Matriz de Pruebas para las muestras pasante del Tamiz No. 40 Como primera medida a partir de una necesidad de conocer el comportamiento de estos finos con respecto a muestras patrón se estableció una matriz de pruebas a las cuales se les aplico rigurosamente el método descrito en la norma ASTM C109.. Gráfico No. 5.4 Molde para la preparación de bloques de 50mm*50mm según norma ASTM C-109 En la matriz se plantea la idea de hacer diversos reemplazos del material cemento establecido por la norma, por finos pasa tamiz 40 y humo de sílice como material comparativo por sus excelente propiedades puzolánicas y su conocido alto contenido de sílice.. 38.

(46) IQ-2004-II-08. Gráfico No. 5.5. Curado a Temperatura y Humedad Controlada de los bloques de 50mm*50mm según norma ASTM C-109. La norma ASTM C109 (anexa) establece dos parámetros importante en las recetas que exige para la preparación de los bloques de 50mm*50mm. La primera es que las muestras se deben preparar con una relación agua/material cementante de .485 y la segunda que la fluidez medida según la norma, debe ser de 110±5cm. Esto genero la necesidad de hacer dos matrices de pruebas distintas, debido a que por el hecho de reemplazar un % del cemento por los finos y el humo de sílice no se pueden cumplir simultáneamente las dos condiciones exigidas por la norma.. Grafico No. 5.6. Aparato para la medición de la fluidez de la muestras y prensas hidráulicas para la toma de datos de resistencia a la compresión, según normas ASTM C-109.. 39.

(47) IQ-2004-II-08. A cada uno de los bloques de 50mm*50mm que se prepararon, se tomaron muestras por triplicado para tomar resistencia a la compresión a 1,3, 7 y 28 días de edad para un total de 12 bloques por muestra. MUESTRAS CON RELACION AGUA/CEMENTO CONSTANTE Reemplazo. Prueba 1. Prueba 2. 30% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 30% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 20% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 20% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 10% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 10% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Fluidez. 30% Finos pasa tamiz 40 Resistencia a 1,3,7 y 28 molidos 1 HORA días. Fluidez. 30% Finos pasa tamiz 40 Resistencia a 1,3,7 y 28 molidos 3 HORAS días. Fluidez. Tabla No. 5.2 Matriz de pruebas para muestras con relación a/c Constante.. Para las muestras de relación agua/cemento constante, es necesario medir la fluidez debido a que el desempeño varia de forma importante como se podrá ver en los resultados. Si la fluidez es baja, esa mezcla en estado fresco presentaría poca manejabilidad haciendo que para un uso comercial no sea viable su utilización.. 40.

(48) IQ-2004-II-08. MUESTRAS CON FLUIDEZ CONSTANTE Reemplazo. Prueba 1. Prueba 2. 30% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 30% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 20% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 20% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 10% Finos pasa Tamiz 40.. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 10% Humo de Sílice. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 30% Finos pasa tamiz 40 molidos 1 HORA. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. 30% Finos pasa tamiz 40 molidos 1 HORA. Resistencia a 1,3,7 y 28 días. Demanda extra de agua para alcanzar fluidez según norma. Tabla No. 5.3 Matriz de pruebas para muestras con Fluidez Cte. Para la matriz de muestras a fluidez constante es necesario que se determine la cantidad de agua extra que se requiere debido a que esto puede influir bastante en los resultados, sobretodo en el impacto a nivel de costos que tiene adicionar mas agua a las mezclas par alcanzar una fluidez determinada. Por lo general se piensa que el agua constituye una materia prima de bajo costo, sin embargo se ha visto que para grandes cantidades de producción tal como es la de concreto, el valor de agua alcanza a afectar considerablemente los costos de producción. 5.2.. MOLIENDA DE FINOS PASA TAMIZ NO. 40 DURANTE 1 Y 3 HORAS. Adicional a la matriz de pruebas llevada a cabo para diferentes reemplazos de cemento por finos pasa tamiz No. 40 y Humo de Sílice, se propuso adicionalmente hacer una molienda por 1 y 3 horas respectivamente de la muestra de finos pasados por el Tamiz No.40. Esto con el propósito de establecer la posibilidad de que haya una activación por efectos de transformación física de la estructura silícea de la muestra.. 41.

(49) IQ-2004-II-08. Se llevo a cabo una molienda en un molino de bolas de capacidad de 5kg de muestra y 80 Kg. de cuerpos moledores. Anexo a este proyecto se encuentran las especificaciones técnicas del molino de bolas utilizado en este proyecto. Una vez realizada la molienda se prepararon unas muestras para las dos moliendas de 1 y 3 horas respectivamente reemplazando el 30% del cemento. En la matriz de resultados tienen en su nomenclatura M-1 para 1 hora de molienda y M-3 para 3 horas, para la cual se llevaron a cabo las mismas pruebas según la ASTM C-109 (A relación agua/cemento constante y Fluidez constante). Adicionalmente se calcularon algunas propiedades adicionales tales como densidad, retenido en la malla No. 325, análisis químico de las muestras y finura Blaine. Los resultados obtenidos en estas pruebas que tardaron aproximadamente 2 meses. Estos constituyen la base fundamental de este proyecto, debido a que a partir de ellos se pueden sacar una serie de conclusiones de alta relevancia para el estudio hecho. 5.3.. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS.. Para llevar a cabo las pruebas fue necesario hacer una previa preparación de las muestras, debido a que es especialmente complicado hacer una mezcla homogénea de finos sobretodo con el grado de finura de los que se trabajaron. Debido a esto fue necesario llevar a cabo el siguiente procedimiento. •. Hacer el pesaje correspondiente a las proporciones según la receta especificada para cada muestra, por lotes 1kg, hasta completar 4kg.( cantidad suficiente para hacer todas las muestras.). •. Cada muestra de 1kg se pasa por el tamiz estándar No. 30.. •. Una vez listas las 4 mezcla de 1kg cada una, se juntan y se someten a agitación manual dentro de una bolsa plástica gruesa.. •. Una vez mas se separan en lotes de 1kg y se pasan nuevamente por el Tamiz No. 30. para juntarse nuevamente.. 42.

(50) IQ-2004-II-08. Gráfico No. 5.7 Tamiz Estándar No. 30 utilizado para la mezcla homogénea de las muestras. 5.4.. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS MUESTRAS.. Se incluyeron en la programación del laboratorio de Santa Rosa de Cementos Samper la preparación de las muestras y su posterior toma de datos de resistencia a 1, 3, 7 y 28 días. Otro aspecto importante a resaltar en la preparación de las muestras, fue que el cemento patrón del mes de agosto de 2004 no fue suficiente para la preparación de las muestras, para los cual toco hacer algunas con el de Septiembre de 2004. Esto genero un pequeño retraso sin consecuencias graves para el desarrollo del proyecto. Debido a esto algunas muestras se comparen con el patrón de Agosto y otras con el de Septiembre, tal como se especifica en los resultados. A continuación se muestran los resultados de resistencia y fluidez obtenidos para las mezclas. A partir de estos datos se sacan los índices de pozulanicidad, demanda de agua y otros datos que son fundamentales para las conclusiones de este proyecto.. 43.

(51) Laboratorio Planta Santa Rosa Ensayos Especiales Arena Fiscala pasante tamiz N° 40. Alejandro Gomez G. AGG SEPT - 2004. Identidad Muestras CTO, PATRON AGO. AGG 30% FINOS-C AGG 30% FINOS-V AGG 30% SF-C AGG 30% SF-V AGG 20% FINOS-C AGG 20% FINOS-V AGG 20% SF-C AGG 20% SF-V AGG 10% FINOS-C AGG 10% FINOS-V CTO. PATRON SETP. AGG 10% SF-C AGG 10% SF-V AGG 30% FINOS M1-C AGG 30% FINOS M1-V AGG 30% FINOS M3-C/V. Identidad Muestras AGG M - 1 AGG M - 3 Cto. Patrón 17/09/04 Químicos Arena AGG FINOS M-0 AGG FINOS M-1 AGG FINOS M-3. Clinker 95. Dosificaciones % Cemento Arena Yeso Patrón Fina 5 -. Resistencias Silica -. A/C 0.485. Fluidez 116. R1D 200. R3D 397. R7D 459. R28D 541. Agua Constante. Arena Fiscala. -. 95. 5. 70 70 70 70 80 80 80 80 80 80 -. 30 30 20 20 10 10 -. 30 30 20 20 -. 0.485 0.530 0.485 0.694 0.485 0.512 0.485 0.604 0.485 0.493 0.485. 72 104 13 105 93 111 31 108 103 115 113. 78 73 188 83 119 110 126 137 170 167 210. 157 150 323 177 229 229 365 257 317 307 386. 197 183 431 264 283 274 458 356 381 363 470. 241 239 610 416 343 332 635 534 440 433 542. Constante Variable Constante Variable Constante Variable Constante Variable Constante Variable Constante. sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler sin moler. -. -. 80 80 70 70 70. 30 30 30. 10 10 -. 0.485 0.528 0.485 0.477 0.485. 71 112 116 110 114. 203 180 120 126 137. 370 354 237 240 269. 467 451 298 303 333. 596 577 351 341 375. Constante Variable Constante Variable Constante. sin moler sin moler molida 1 h molida 1 h molida 3 h. Densidad cm3/g. Blaine g/cm2. R/325 %. 2.64 2.65 3.12. 5177 9272 4718. 7.6 0.56 0.98. SiO2 83.07 83.03 83.50. Al2O3 0.00 0.00 0.00. Fe2O3 1.01 1.15 1.38. CaO 0.37 0.49 0.39. MgO 0.00 0.00 0.00. SO3 0.17 0.18 0.16. Na2O 0.00 0.00 0.00. K2O 0.16 0.15 0.15. PF 1.20 1.42 1.20. SUMA 85.98 86.42 86.78. RI. Tabla No.5.4 Resultados para Muestras según Norma ASTM. -.

(52) IQ-2004-II-08. Laboratorio Planta Santa Rosa Ensayos Especiales Arena Fiscala pasante tamiz N° 40. Alejandro Gomez G. AGG SEPT - 2004. Indices de Puzolanicidad Identidad Muestras CTO, PATRON AGO. AGG 30% FINOS-C AGG 30% FINOS-V AGG 30% SF-C AGG 30% SF-V AGG 20% FINOS-C AGG 20% FINOS-V AGG 20% SF-C AGG 20% SF-V AGG 10% FINOS-C AGG 10% FINOS-V CTO. PATRON SEPT. AGG 10% SF-C AGG 10% SF-V AGG 30% FINOS M1-C AGG 30% FINOS M1-V AGG 30% FINOS M3-C/V. Indice 1 dia. 100.0% 39.0% 36.5% 94.0% 41.5% 59.5% 55.0% 63.0% 68.5% 85.0% 83.5% 100.0% 96.7% 85.7% 57.1% 60.0% 65.2%. Indice 3 dias. 100.0% 39.5% 37.8% 81.4% 44.6% 57.7% 57.7% 91.9% 64.7% 79.8% 77.3% 100.0% 95.9% 91.7% 61.4% 62.2% 69.7%. Indice 7 dias. Indice 28 dias. 100.0% 42.9% 39.9% 93.9% 57.5% 61.7% 59.7% 99.8% 77.6% 83.0% 79.1% 100.0% 99.4% 96.0% 63.4% 64.5% 70.9%. Tabla No.5.5 Índices de Puzolanicidad para las muestras. 100.0% 44.5% 44.2% 112.8% 76.9% 63.4% 61.4% 117.4% 98.7% 81.3% 80.0% 100.0% 110.0% 106.5% 64.8% 62.9% 69.2%.

(53) Evolucion de Resistencias para muestras con Relacion A/C Cte. Resistencia a la Compresión (KG/CM2). 600. R1D R3D R7D R28D. 500. 400. 300. 200. 100. 0 AGG 30% SF-C. AGG 30% FINOS-C. AGG 20% SF-C. AGG 20% FINOS-C. AGG 10% SF-C. AGG 10% AGG 30% AGG 30% FINOS-C FINOS M1- FINOS M3C C. CTO. PATRON SETP. MUESTRA. Gráfico No. 5.8 Evolución de Resistencias para muestras con Relación A/C Cte.. CTO, PATRON AGO.

(54) Fluidez de las Muestras con Relacion A/C Constante 140. 120. Fluidez. 100. 80. 60. 40. 20. 0. AGG 30% SF-C. AGG 30% FINOS-C. AGG 20% SF-C. AGG 20% FINOS-C. AGG 10% SF-C. AGG 10% AGG 30% AGG 30% FINOS-C FINOS M1- FINOS M3C C. CTO. PATRON SETP. CTO, PATRON AGO. Muestra. Gráfico No. 5.9 Fluidez de las Muestras con Relación A/C Constante.

(55) Evolucion de Resistencias para muestras con Fluidez Cte. Resistencia a la Compresión (KG/CM2). 700 R1D R3D R7D R28D. 600. 500. 400. 300. 200. 100. 0 CTO. PATRON SETP. CTO, PATRON AGO. AGG 30% SF-V. AGG 30% FINOS-V. AGG 20% SF-V. AGG 20% FINOS-V. MUESTRA. AGG 10% SF-V. AGG 10% AGG 30% AGG 30% FINOS-V FINOS M1- FINOS M3V V. Gráfico No. 5.10 Evolución de Resistencias para muestras con Fluidez Constante..

(56) Relacion Agua/Cemento para las Muestras con Fluidez Constante. Relacion Agua / Cemento. 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45. AG. AG. AG. AG. G. G. G. G. G. G. G AG. AG. AG. %. % 30. 30. %. %. 10. 10. % 20. %. %. % 20. 30. 30. N. S. S 1V. Gráfico No. 5.11 Relación Agua / Cemento para las muestras con Fluidez Constante. V 3M. M. V S-. V. V S-. S-. O. O N. -V. O N FI. FI. FI. SF. O. O AG. TP SE. O N FI. -V SF. N. -V SF. N O. N O. FI. R AT ,P. R AT .P. G. TO. TO. AG. C. C. Muestra.

(57) 120.0% 115.0% 110.0% 105.0% 100.0% 95.0% 90.0% 85.0% 80.0% 75.0% 70.0% 65.0% 60.0% 55.0% 50.0% 45.0% 40.0% 35.0%. Indice 1 DIA Indice 3 DIAS Indice 7 DIAS. /V M S. FI N O 30 %. G AG. Gráfico No. 5.12 Índices de Puzolanicidad para TODAS las muestras. 3C. M 1-. V. C % 30 AG G. AG G. 30. %. FI N. FI N. O S. O S. M 1-. SF -V % 10. AG G. 10. %. SF -. C. SE TP O N. .P AT R. G AG. REFERENCIA MUESTRA. AG G. SV FI N O. 10 %. FI N O 10 %. G AG. C TO. SC. -V % 20. AG G. %. SF. SF. -C. SV 20 AG G. 20 % AG. G. 20 % G AG. FI N O. SC. V. FI N O. % 30 AG G. 30. %. SF -. SF -. C. SV AG G. FI N O. SC G AG. AG. G. 30 %. 30 %. O N. FI N O. AG. O. Indice 28 DIAS. AT R ,P C TO. INDICE DE PUZOLANICIDAD EN %. INDICES DE PUZOLANICIDAD PARA MUESTRAS.

(58) IQ-2004-II-08. 5.1. PRUEBAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA PARA LAS MOLIENDAS A 1 Y 3 HORAS. Adicional a los ensayos hechos según norma ASTM C109, se realizaron las pruebas de conductividad eléctrica, como segundo método escogido para la medición de reactividad de las muestras descrito en el Capitulo 4 de este documento. A continuación se muestran la tabla de resultados y gráficos obtenidos para las muestras M-1 y M-3. Adicionalmente se incluyen en la grafica los resultados para los finos sin tratamiento y el humo de sílice, con el animo de tener parámetros comparativos.. Tiempo (min). 0 5 10 20 30 60 90 130 150 170 190. Molienda 1 hora. Molienda 3 horas. Conductividad Temperatura Conductividad Temperatura mS °C mS °C 5.70 39.0 5.60 39.7 5.20 38.0 4.90 42.7 5.30 37.0 5.03 41.0 5.11 36.0 5.00 37.0 5.16 37.5 4.97 35.0 5.11 38.5 4.81 38.0 5.02 37.9 4.70 39.7 4.88 39.0 4.51 42.0 4.76 38.5 4.43 41.8 4.60 38.0 4.32 42.5 4.24 41.0. Tabla No. 5.6 Datos de Conductividad Eléctrica para muestras molidas a 1 y 3 Horas.. 51.

(59) IQ-2004-II-08. Muestra 1 FINOS. Grafico Conductividad vs. Tiempo. Muestra 1 HUMO DE SILICE Muestra 2 HUMO DE SILICE Molienda 1 Hora. 7.00 6.00 Conductividad (mS). Muestra 2 Finos. Molienda 2 horas. 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0. 50. 100. 150. 200. Tiempo (min). Grafico No. 5.13 Datos de Conductividad Eléctrica para muestras molidas a 1 y 3 Horas. 5.2. INFORMACIÓN ADICIONAL Y ASPECTOS RELEVANTES DEL ESTUDIO DE MOLIENDA Y TAMIZADO Antes de sacar conclusiones sobre las pruebas y los resultados obtenidos es importante tener claro una serie de aspectos que se tuvieron en cuenta para la realización de las pruebas. •. Es de interés especial que los finos tengan una utilidad técnica, para el aprovechamiento de esos recursos que actualmente se encuentran en la mina. Actualmente se están utilizando para la preparación del concreto y el cemento adicionado, cenizas volantes o fly ash, los cuales tienen un contenido siliceo alto y con estas, se obtiene una mejora de propiedades. Es importante que estos finos al mismo o menor costo, presenten mejoras con respecto a esta cenizas utilizadas actualmente, para que sea viable su utilización.. •. Para los resultados obtenidos utilizando la norma ASTM C-109, se halla el índice de puzolanicidad. El cual esta definido como:. (resistencia a la compresión de la muestra a la edad determinada / resistencia a la compresión de la muestra patrón)*100. 52.

(60) IQ-2004-II-08. •. En la utilización de la norma ASTM C-109, se pretende que al reemplazar un material por el cemento, se obtenga un valor de índice de puzolanicidad de no menos de 75% a la resistencia a 28 días. Si este valor no es superado, ese material no se considera como buen elemento reemplazante del cemento.1 Los valores de índice de puzolanicidad para las resistencias a 1, 3 y 7 días, no son tan relevantes, pero sirven como una guía de la evolución de la resistencia a la compresión de las muestras.. •. Se tienen unos valores preestablecidos según la norma NTC 121 (Ingeniería Civil y Arquitectura. Cemento Pórtland. Especificaciones físicas y mecánicas), para los cuales se determinan los valores mínimas de resistencia que se deben obtener en muestras de cemento según norma. Estos valores de especifican asi: Evolución de Resistencia de Cemento Según Norma NTC 121 Edad de la Muestra en Días. Resistencia Mínima (kg/cm2). 1. No especificada. 3. 80. 7. 150. 28. 240. Tabla No. 5.7 Evolución de Resistencia de Cemento (Norma NTC 121) 5.3.. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS FINOS. Otra alternativa planteada inicialmente, para la posible activación de las arenas, consistía básicamente en hacer un tratamiento térmico, en el cual el material se funde a alta temperaturas y se somete a un proceso de enfriamiento súbito para pasar el material de fase cristalina a fase amorfa.. 1. Información obtenida en el laboratorio de control de calidad de la Planta Santa Rosa, La Calera Cundinamarca. 53.