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ESCUELA DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DE Universidad de Zaragoza Proyecto Fin de Carrera ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO SR COMBINADO CON DIFERENTES ADITIVOS PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGÓN DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DE ZARAGOZA Universidad de Zaragoza Proyecto Fin de Carrera ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO SR COMBINADO CON DIFERENTES ADITIVOS PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGÓN Álvaro Arnal Maza Septiembre 2011 Dirigido por Mª Ángeles Pérez Ansón (E.I.NA José Miguel Fuertes Ingeniería Técnica Industrial Mecánica DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DE ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO SR COMBINADO CON DIFERENTES ADITIVOS PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGÓN Álvaro Arnal Maza Septiembre 2011 por Mª Ángeles Pérez Ansón (E.I.NA .) y Fuertes (M.L.N.) Ingeniería Técnica Industrial Mecánica Estudio del comportamiento del cemento SR Página 2 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 3 AGRADECIMIENTOS En este apartado quisiera manifestar mi agradecimiento a todas las personas que han hecho posible la realización de mi proyecto final de carrera. En primer lugar me gustaría agradecer su colaboración a la empresa Mariano López Navarro, a través de la Cátedra que tiene con la Universidad de Zaragoza por permitir a gente como yo realizar el proyecto dentro de un ambiente laboral, con el fin de garantizarnos una primera experiencia laboral. En especial me gustaría agradecer la ayuda prestada, dentro de la empresa, a Alberto Sanclemente y José Miguel Fuertes, los cuales han sido nuestros directores del proyecto dentro de MLN. De la misma forma, agradecer a Mª Ángeles Pérez Ansón su ayuda prestada desde dentro de la Universidad, siempre dispuesta a ayudarnos con cualquier tema, ya sea de este proyecto, incluso aconsejándonos en otros asuntos relacionados o no directamente con la carrera. Agradecer a Sergio García Casado, mi compañero de proyecto, por ayudarme a realizar el mismo, el cual en momentos en los que no era capaz de realizar mi trabajo, el me ayudaba a hacerlo de forma desinteresada. Por último, aprovechar estas últimas líneas para agradecer a todo el mundo que me rodea, familia, amigos, compañeros de la universidad por hacer de estos años unos de los mejores de mi vida. Gracias a todos. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 4 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 5 RESUMEN DEL PROYECTO El hormigón es el material más importante en la construcción, es la resultante de unir áridos con la pasta que se obtiene al añadir agua a un conglomerante. El conglomerante puede ser cualquiera, pero en este caso, referido al hormigón es el cemento. La pasta formada por el cemento y el agua es la que confiere al hormigón su fraguado y endurecimiento. El cemento se hidrata en contacto con el agua y así se inician las reacciones químicas, que lo convierten en maleable y con buenas propiedades adherentes, aunque con el paso del tiempo, se produce el fraguado, volviéndose esta pasta de consistencia pétrea y dura. Para poder modificar algunas de las propiedades del hormigón, es necesario en algunos casos usar aditivos químicos que depende de su dosificación hacen que mejoren o empeoren sus propiedades, por eso es tan importante este estudio realizado. En este proyecto se va a realizar un estudio de cómo dos duplas de aditivos comerciales, uno superplastificante y otro polifuncional, empleados en la misma dosificación influyen sobre el cemento sulfurorresistente (SR), para la fabricación de hormigón, buscando la dosificación que cumpla las necesidades buscadas: un cono de Abrams entre 6 y 9 cm, una buena trabajabilidad y una resistencia superior a 25 MPa. De los ensayos realizados se han obtenido resultados muy interesantes. Con la utilización de ambos aditivos comerciales se ha observado la necesidad de hidratar el hormigón para conseguir una buena trabajabilidad. Con la dupla de aditivos B se ha conseguido una gran uniformidad en los conos siendo una buena alternativa a la otra dupla de aditivos A. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 6 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 7 INDICE CAPÍTULO 1 MOTIVACIÓN Y OBJETIVO 1.1 Introducción 1.2 Objetivo 1.3 Descripción del proyecto CAPÍTULO 2 TIPOS DE CEMENTO 2.1 Generalidades 2.2 Clasificación según norma UNE 2.3 Tipos de cemento 2.4 Principales componentes del cemento 2.4.1 Clinker de cemento 2.4.1 Componentes adicionales que acompañan al clinker 2.5 Selección de los cementos 2.6 Cemento utilizado en el proyecto CAPÍTULO 3 ADITIVOS DEL HORMIGÓN 3.1 Clasificación de los aditivos 3.2 Aditivos más habituales 3.3 Aditivos reductores de agua 3.3.1 Plastificantes 3.3.1.1 Introducción 3.3.1.2 Características 3.3.1.3 Limitaciones Estudio del comportamiento del cemento SR Página 8 3.3.2 Superplastificantes 3.3.2.1 Introducción 3.3.2.2 Formulación 3.3.2.3 Mecanismos de acción 3.3.2.4 Características de los superplastificantes 3.3.3 Polifuncionales 3.3.3.1 Introducción 3.3.3.2 Características 3.3.3.3 Limitaciones 3.4 Aditivos de acción específica 3.4.1 Inclusores de aire 3.4.2 Aditivos que modifican el fraguado y el endurecimiento 3.4.3 Aditivos varios CAPÍTULO 4 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS 4.1 Materiales utilizados 4.1.1 Introducción 4.1.2 Cemento 4.1.3 Áridos 4.2 Equipos utilizados 4.2.1 Báscula de precisión 4.2.2 Hormigonera 4.2.3 Cono de Abrams 4.2.4 Probetas Estudio del comportamiento del cemento SR Página 9 4.2.5 Cámara húmeda 4.2.6 Calentador de azufre y soporte para refrentar 4.2.7 Máquina de ensayo a compresión CAPÍTULO 5 ENSAYOS Y RESULTADOS 5.1 Ensayos de laboratorio 5.1.1 Ensayo granulométrico 5.1.2 Ensayo de consistencia. Cono de Abrams 5.1.3 Realización de las probetas 5.1.4 Ensayo de compresión 5.2 Desarrollo del proyecto 5.2.1 Introducción 5.2.2 Componentes utilizados en el proyecto 5.2.3 Fabricación de las probetas del proyecto 5.2.4 Ensayo de consistencia del hormigón 5.2.5 Realización de las probetas 5.2.6 Ensayo de compresión 5.3 Resultados 5.3.1 Aditivos A 5.3.2 Aditivos B CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES 6.1 Introducción 6.2 Comportamiento de las parejas de aditivos 6.2.1 Aditivos A 6.2.2 Aditivos B Estudio del comportamiento del cemento SR Página 16 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 17 2.1 GENERALIDADES. Se define como cemento: “al conglomerante hidráulico que, convenientemente amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece a causa de las reacciones de hidrólisis e hidratación de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes y estables tanto al aire como bajo agua”. El cemento ha de cumplir las prescripciones del artículo 202 del PG3. 2.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN NORMA UNE. En este apartado se clasificarán los cementos según indica la norma UNE: • CEMENTOS COMUNES: UNE-EN 197-1:2000 • CEMENTOS COMUNES CON CARACTERÍSTICAS ADICIONALES:  CEMENTOS RESISTENTES A SULFATOS (SR): UNE 80303- 1:2001  CEMENTOS RESISTENTES AL AGUA DEL MAR (MR): UNE 80303-2:2001  CEMENTOS DE BAJO CALOR DE HIDRATACION (BC): UNE 80303-3:2001 • CEMENTOS BLANCOS: UNE 80305:2001 • CEMENTOS PARA USOS ESPECIALES: UNE 80307:2001 En la siguiente tabla (tabla 2.1) se muestran la clasificación de los cementos según la norma UNE: Tabla 2.1 “Clasificación de los cementos según la norma UNE” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 18 2.3 TIPOS DE CEMENTO. Existen diferentes tipos de cemento: -Tipo I: normal, es el cemento Pórtland destinado a obras de hormigón en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo (Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales). Libera más calor de hidratación que otros tipos de cemento. -Tipo II: de moderada resistencia a los sulfatos, es el cemento Pórtland destinado a obras de hormigón en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado. (Puentes, tuberías de concreto). -Tipo III: Alta resistencia inicial, como cuando se necesita que la estructura de hormigón reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos días del vaciado. -Tipo IV: Se requiere bajo calor de hidratación en que no deben producirse dilataciones durante el fraguado. -Tipo V: Usado donde se requiera una elevada resistencia a la acción concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias). En la siguiente tabla (tabla 2.2) se muestran los diferentes tipos y subtipos de cementos que nos podemos encontrar, así como su designación en el mercado y su denominación. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 19 Tabla 2.2 “Tipos de cemento” 2.4 PRINCIPALES COMPONENTES DEL CEMENTO. Los principales componentes del cemento son dos: el clinker de cemento otros componentes adicionales que lo acompañan. A continuación se presentan brevemente sus características. 2.4.1 Clinker de cemento Se define como: “Sustancia que se obtiene como resultado de la calcinación en horno, de mezclas de calizas arcillosas preparadas artificialmente con adición eventual de otras materias” (figura 2.1). Estudio del comportamiento del cemento SR Página 20 Figura 2.1 “Clinker de cemento” Hay dos tipos de clinker: • Clinker del cemento portland: El clinker portland se forma tras calcinar caliza y arcilla, preparadas artificialmente, a una temperatura que está entre 1350 y 1450 °C. (Fusión parcial) hasta conseguir la combinación prácticamente total de sus componentes. • Clinker de cemento de aluminato de calcio: Son productos que se obtienen por fusión de una mezcla de calizas y bauxitas de composición y granulometría adecuadas para conseguir un contenido mínimo de alúmina del 36%. 2.4.2 Componentes adicionales que acompañan al clinker Existen bastantes componentes adicionales que se añaden al clinker para dar lugar al cemento. A continuación se presenta un resumen de los más importantes. Escoria granulada de alto horno (S): Son granulados de alto horno, que se obtienen por templado o enfriado brusco, con agua o con aire, de la ganga fundida procedente de procesos siderúrgicos. Puzolanas (P, Q): Las puzolanas son sustancias naturales de composición silícea o sílicoaluminosa o combinación de ambas. Se pueden dividir en dos tipos de puzolanas: Estudio del comportamiento del cemento SR Página 21  Las puzolanas naturales (P) son normalmente materiales de origen volcánico o rocas sedimentarias con composición química y mineralógica adecuadas.  Las puzolanas naturales calcinadas (Q) son materiales de origen volcánico, arcillas, pizarras o rocas sedimentarias activadas por tratamiento térmico. Cenizas volantes (V, W): Se obtienen por precipitación electroestática o mecánica de partículas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado. Las cenizas volantes pueden ser de naturaleza silícea (V) o calcárea (W).Las primeras tienen propiedades puzolánicas, las segundas pueden tener, además, propiedades hidráulicas. Caliza (L, LL): Son compuestos principalmente de carbonato cálcico en forma de calcita (superior al 85%), que molidos conjuntamente con el clinker portland, en proporciones y comportamiento de los morteros y hormigones, tanto frescos como endurecidos. Su acción principal es de carácter físico: dispersión, hidratación, trabajabilidad, retención de agua, capilaridad, permeabilidad, retracción, fisuración. Humo de sílice (D): Es un subproducto de la obtención del silicio y del ferrosilicio. Se reduce en horno eléctrico cuarzo muy puro y carbón, recogiéndose del humo generado mediante filtro electroestático, partículas de muy pequeño diámetro formadas, principalmente, por sílice muy reactivo. La tabla 2.3 resume las designaciones de cada uno de los componentes descritos con anterioridad: Estudio del comportamiento del cemento SR Página 22 Tabla 2.3 “Componentes que acompañan al clinker” 2.5 SELECCIÓN DE LOS CEMENTOS. Para la elección del tipo de cemento más adecuado, ha de tenerse en cuenta una gran variedad de factores y ponderar adecuadamente los mismos, pudiendo ocurrir que en ocasiones haya que adoptar soluciones de compromiso. Para facilitar esta toma de decisión se va a señalar los factores, positivos y negativos, a valorar en la elección del tipo de cemento más adecuado. • Tipo de cemento: los cementos con mayor contenido de clinker (por ejemplo los tipo CEM I) desarrollan una mayor cantidad de calor al hidratarse. Esta cantidad de calor va disminuyendo a medida que va aumentando el contenido de adiciones activas a los mismos. Sin embargo, si el contenido de adiciones activas es importante (por ejemplo en los cementos tipo CEM III, CEM IV y CEM V) el tiempo necesario para fraguar el hormigón es mayor, aumentado la sensibilidad del cemento a la falta de agua y el riesgo de que no se produzca una adecuada formación e hidratación de sus componentes si no se cuidan y respetan las condiciones de curado. • Clase resistente: cuanto mayor es la clase resistente del cemento mayor será, en general, su finura de molido, lo que supondrá una mayor velocidad en el desarrollo de las reacciones químicas de hidratación, con el consiguiente incremento de la cantidad de calor desprendido, lo que no es en absoluto conveniente en tiempo caluroso. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 23 Para la determinación de la finura de molido existen varios métodos de ensayo, siendo el más conocido el de la superficie especifica Blaine (Norma UNE 80.122). Consiste en determinar la superficie de un gramo de cemento cuyas partículas estuviesen totalmente sueltas, expresándose en centímetros cuadrados. La superficie específica de Blaine de los distintos cementos está comprendida, generalmente, entre 2500 y 4000 centímetros cuadrados. Otros métodos para determinar la superficie especifica de molido son por tamizado en seco (Norma UNE 80.107) y por tamizado húmedo (Norma UNE 80.107). • Características especiales: los cementos de bajo calor de hidratación (BC) están especialmente indicados para este tipo de aplicaciones, sobre todo si además los volúmenes de hormigonado son importantes. Por lo general, los cementos resistentes a los sulfatos (SR) y al agua de mar (MR) desprenden también menor cantidad de energía durante su hidratación al tener limitado los contenidos de C A 3 y C AF 4 . • Contenido de cemento: a mayores contenidos de cemento, mayor cantidad de calor de hidratación generado, a igualdad de todos los demás factores. 2.6 CEMENTO UTILIZADO EN EL PROYECTO El cemento seleccionado para este proyecto es: CEM I 42.5 SRS según la norma UNE 80303-1 Está sujeto al real decreto 1313/1988, cemento Portland resistente a los sulfatos, de clase resistente 42,5 y con alta resistencia inicial. CEMENTO SULFORRESISTENTE: DEFINICIÓN: • Un cemento con resistencia a agua de mar y sulfatos • Se requiere para la fabricación de hormigones en determinados ambientes agresivos CARACTERÍSTICAS: • Limita el contenido de C 3 A y de la suma de C 3 A + C 4 AF • La razón es que estas fases son las más fácilmente atacadas por sulfatos Estudio del comportamiento del cemento SR Página 24 • Requiere por tanto de la fabricación de un clínker especial, con un diseño de harina cruda diferente • La harina cruda tiene un coste más alto, y la cocción en horno es más difícil • La versión menos exigente es la MR, resistente a agua de mar APLICACIONES: • Cimentaciones en suelos yesíferos, en entornos marinos, etc. • Aguas o terrenos (SR) • Ambientes Qb ó Qc: • Suelos: > 3000 mg/Kg. • Aguas: > 600 mg/l • Agua de mar (MR) • Ambientes IIIb (sumergido) y IIIc (carrera de mareas) Estudio del comportamiento del cemento SR Página 25 CAPITULO 3 Aditivos para el hormigón. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 32 Aditivos reductores Capacidad reductora Plastificantes 10 - 11% Polifuncionales 12 - 15% Superplastificantes 20 - 25% Superplastificantes de nueva generación 30-40% Tabla 3.3 “Aditivos reductores” Aditivos Consistencia Relación a/c Cada aditivo es capaz de variar la relación agua cemento dentro de los siguientes márgenes (tabla 3.4): Aditivos Consitencia Relación agua/cemento Plastificantes Blanda 0.5-0.7 Polifuncionales Blanda 0.45-0.65 Superplastificantes Fluida 0.4-0.5 Superplastificantes de nueva generación Fluida 0.28-0.65 Tabla 3.4 “Aditivos según su consistencia y relación agua/cemento” 3.3.1 Plastificantes 3.3.1.1 Introducción La acción de los aditivos plastificantes puede ser causada por el efecto combinado de acciones de tipo físico, químico y físico-químico, dependiendo la preponderancia de alguna de ellas de su composición. La acción física deriva principalmente de la incorporación de aire que producen algunos aditivos, cuyas burbujas, al actuar como especies de rodamientos entre las partículas sólidas, disminuyen la fricción interna. La acción química proviene principalmente de una disminución de la velocidad de hidratación de los constituyentes del cemento, especialmente de los aluminatos. Se obtiene de este modo una acción más completa (mejor mojado) de los granos de cemento, lo que permite también disminuir el roce interno entre las partículas. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 33 3.3.1.2 Características • El aumento de la trabajabilidad permite la colocación del hormigón en estructuras complicadas, con alta densidad de armadura o con efectos superficiales especiales sin necesidad de incrementar la cantidad de agua de amasado y por consiguiente la dosis de cemento para obtener las resistencias especificadas. • La disminución de la dosis de agua (entre un 5-10%) y en consecuencia de la relación agua-cemento, manteniendo una determinada trabajabilidad, permite aumentar la compacidad del hormigón y, por consiguiente, su resistencia, impermeabilidad y durabilidad. Por la misma razón, la retracción y en consecuencia, la tendencia a la fisuración se ven disminuidas. • Dosificación entre un 0.3-0.6 % del peso del cemento. • Se puede producir un efecto secundario como consecuencia de sobredosis que dará lugar a un retraso del fraguado. 3.3.1.3 Limitaciones • Reducción del agua limitada por el efecto retardante. • Si se produce un aumento de la dosificación se producirá un aumento del efecto retardante. • Las sobredosis pueden producir oclusiones de aire que darán lugar a una disminución de la resistencia mecánica. 3.3.2 Superplastificantes 3.3.2.1 Introducción Los superplastificantes, también llamados superfluidificantes se emplean con el objetivo de reducir la cantidad de agua necesaria para obtener una determinada trabajabilidad. Los naftalenos son productos resultantes del proceso de refinado del carbón. Como características principales decir que permiten reducir el agua de amasado del hormigón en un 20%, le confieren una buena manejabilidad y mejora considerablemente las resistencias. Tiene como efecto negativo que puede ocluir aire en el hormigón. Los condensados de melaminas están basados en polímetros sintéticos. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 34 Confieren una reducción similar de agua a la de aditivos basados en naftalenos y como característica fundamental podemos destacar que las resistencias a edades tempranas (a 7 días) son más elevadas. Los aditivos superplastificantes vienen a suponer una revolución en el mundo del hormigón pues nos permiten confeccionar hormigones de altas resistencias y altas prestaciones (figura 3.1). Figura 3.1 “ Efecto del aditivo la relación agua/cemento y la resistencia del hormigón” Modernamente han aparecido en el mercado superplastificantes basados en copolímeros vinílicos en los que la efectividad aumenta de una forma considerable. 3.3.2.2 Formulación Los superplastificantes se caracterizan por poseer actividad superficial debido a que en su composición química incluyen grupos hidrófilos con afinidad hacia superficies polares que permiten su disolución en agua y otro no polares (hidrófobos). Los superplastificantes usados en la industria del hormigón suelen ser surfactantes aniónicos de alto peso molecular. Como ya se ha comentado, los primeros aditivos reductores de agua que se clasificaron como superplastificantes fueron los lignosulfonatos modificados (LSM) (figura 3.2), sales de condensado de naftaleno sulfonado y formaldehído (SNF) y sales de condensado de melamina sulfonada y formaldehido (SMF). Estos tres se caracterizan por tener el mismo grupo funcional, el sulfonato. Su origen es muy diferente lo cual condiciona sus posibilidades de uso. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 35 Figura 3.2 “Molécula lignosulfato “ El SNF y el SMF, son productos sintéticos diseñados para un uso específico, sus condiciones vienen determinadas por las condiciones del proceso de fabricación. El LSM es aquel que ha sido tratado con el fin de reducir su contenido en azucares, para contrarrestar su efecto retardador se suele añadir hasta un 15% de trietanolamina. El SNF y SMF poseen numerosos grupos sulfonato capaces de conferir un carácter electrostáticamente negativo a la superficie de la partícula del cemento sobre la que se adsorben. Si la polimerización ha sido baja, el producto obtenido tiende a disminuir la tensión superficial de la fase acuosa del hormigón dando lugar a burbujas de aire atrapadas. Los principales componentes secundarios que acompañan a un SNF suelen ser LSM y algunas sales inorgánicas o trietanolamina que actúan como acelerantes. También se pueden añadir anti-espumantes, como el fosfato de tributil con el fin de disminuir los poros causados por la inadecuada polimerización del condensado. El SNF se puede emplear sin componentes secundarios o bien mezclados con ácidos hidrocarboxilicos. En la siguiente figura (figura 3.3) se observan las configuraciones químicas de la unidad cuya repetición n veces da lugar a SNF y SMF. Figura 3.3 ”Molécula de Naftaleno Sulfonado y Molécula de Melamina” Más recientemente se han empleado como superplastificantes diferentes surfactantes poliméricos cuyos grupos funcionales responsables de su solubilidad en agua son de todo tipo carboxilo e hidroxilo. En los últimos años han proliferado diferentes formulaciones de polímeros que se caracterizan por poseer una larga cadena a modo de columna vertebral en la que están unidos los grupos hidrofílicos y los hidrofóbicos. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 36 Presentan gran flexibilidad para modificar su estructura y obtener unas propiedades determinadas en cuanto a dispersibilidad, retraso del fraguado y retención de la trabajabilidad variando el tamaño de los grupos hidrofóbicos, la composición y el peso molecular de la cadena principal o de los grupos colgantes o la relación cadena principal/grupos colgantes. 3.3.2.3 Mecanismos de acción Las interacciones del superplastificante con las partículas del cemento se clasifican en: • INTERACCIONES FÍSICAS: la absorción de superplastificante sobre las partículas de cemento impide la floculación de éstas debido a una generación de una fuerza repulsiva de origen electroestático. • INTERACCIONES QUÍMICAS: existencia de quimioabsorción, bloqueo de sitios reactivos en las partículas de cemento, formación de complejos con Ca2+, etc. Adsorción de superplastificante sobre el cemento La principal propiedad de un surfactante es que presenta una mayor concentración en la superficie del sólido que en el seno del líquido. Este fenómeno, conocido como adsorción, ocurre en la interfase sólido/líquido. Al aumentar la concentración de surfactante, sus moléculas se van orientando en la superficie del sólido hasta que se forma una capa unimolecular. Esta concentración corresponde al punto de saturación, y desde el punto de vista práctico tiene un gran interés, ya que representa la mínima concentración necesaria para obtener el máximo beneficio (figuras 3.4 y 3.5). Figura 3.4. ”Molécula de aditivo Figura 3.5 “Grano de cemento recubierto de aditivo Estudio del comportamiento del cemento SR Página 37 Generación de una fuerza repulsiva entre partículas de cemento: • Repulsión electroestática: las moléculas de superplastificante se absorben sobre la superficie del cemento formando una capa cuya parte más exterior posee carga eléctrica del mismo signo. Sobre ésta se formará una segunda capa donde la concentración de iones de signo opuesto a las de la primera capa va disminuyendo gradualmente. Cuando la partícula se mueve en la solución es acompañada por los iones que están unidos a ella, y existe un plano de cizalladura que separa la segunda capa del seno de la solución. • Impedimento eléctrico: cuando las moléculas de superplastificante son grandes y voluminosas crean una capa de adsorción de gran volumen que impide el acercamiento de las partículas de cemento. En el caso de interacción química se observa una distribución de la concentración de los componentes del aditivo (C y S) y del clincker (Ca) y no un cambio brusco como cabría esperar si solo hubiera adsorción física. Numerosos autores aseguran que la disminución de la concentración de Ca2+ en la solución es debida a la formación de complejos entre el aditivo y el Ca2+. Este efecto es responsable del retraso del fraguado que ocurre en presencia de superplastificante, ya que la solución tarda más en sobresaturarse en Ca2+ y en iniciar el periodo aceleratorio. 3.3.2.4 Características de los superplastificantes Los superplastificantes se emplean en dosis mayores que los plastificantes reductores de agua, (0.8 a 3%) y pueden ser agregados al final del amasado sin diluir previamente en el agua. El efecto sobre la trabajabilidad del hormigón se mantiene entre 30 y 60 minutos según el aditivo, característica que hace conveniente agregarlo inmediatamente antes del término del amasado y obliga a una rápida colocación. El efecto se termina una vez transcurrido el tiempo señalado, volviendo el hormigón a su docilidad inicial. Eventualmente puede agregarse una nueva dosis, remezclando el hormigón con el fin de prolongar el efecto por otro periodo. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 38 Los hormigones fluidos obtenidos con estos aditivos pueden ser colocados con gran facilidad, pues son prácticamente autonivelantes y por lo tanto se reduce el trabajo de colocación y se elimina la necesidad de vibrar salvo en zonas densamente armadas. Cuando los aditivos fluidificantes se emplean como reductores de agua se obtiene un incremento de algunas características del hormigón endurecido, especialmente su resistencia, durabilidad e impermeabilidad. Por otra parte, debido a que no producen incorporación de aire, el efecto en las resistencias es superior al obtenido con los plastificantes-reductores de agua, especialmente en las primeras edades, lo que resulta muy conveniente para su empleo en hormigones pretensados, prefabricado y obras en que se requiere desarrollo rápido de resistencias. Otro factor importante a tener en consideración, es sobre la base de ensayos de laboratorio y aplicaciones en obra que indican que la sobredosis de aditivo superplastificantes o su aplicación en un hormigón de composición inadecuada puede producir una fuerte segregación, depositándose las partículas sólidas en una masa compacta y dura, mientras el agua de amasado sube a la superficie del hormigón. 3.3.3 Polifuncionales 3.3.3.1 Introducción Son aditivos de propiedades comunes entre los aditivos reductores de agua/plastificantes y los reductores de agua de alta actividad/superplastificantes. 3.3.3.2 Características • Utilizables como plastificantes a bajas dosificaciones (cumplen como reductores de agua/plastificantes según UNE-EN 934-2). • Utilizables como superplastificantes a dosificaciones elevadas (cumplen como reductores de agua de alta actividad/superplastificantes según UNE-EN 934-2). • Amplia gama en función de los requisitos demandados (reducción de agua, tiempos de fraguado) y de los materiales empleados. • Especialmente utilizados en hormigón preparado en central de hormigonera. • Coste bajo-medio y la dosis varía en función del efecto deseado de 0.3 a 1.2%. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 39 • No provocan intensos retrasos de fraguado ni oclusión de aire (según las condiciones). 3.3.3.3 Limitaciones • Los efectos secundarios son los mismos que para los aditivos plastificantes pero se manifiestan en dosis superiores. • Sobredosis: retraso de fraguado y oclusión de aire. 3.4 ADITIVOS DE ACCIÓN ESPECÍFICA A diferencia de los aditivos que reducen el agua, existen otros aditivos los cuales nos sirven para solucionar problemas o situaciones de forma puntual, los cuales explicaremos a continuación: 3.4.1 Inclusores de aire Son aditivos que producen burbujas esféricas de aire, uniformemente repartidas y siguiendo una granulometría continua similar a la del cemento y finos de la arena. Mejoran la resistencia a las heladas y a los agentes agresivos. Mientras más pequeña es la dimensión de las burbujas, mayor es la presión ejercida sobre ellas, por lo que éstas tienden a disolverse en el agua. Por su parte, las burbujas de mayor dimensión, debido a la menor presión que experimentan, tienden a crecer, son más deformables y pueden escapar especialmente durante la compactación del hormigón. Las que no se escapan pueden aumentar de volumen, alimentadas por las más pequeñas, formando huecos que permanecen indefinidamente en el hormigón. Los aditivos aireantes están constituidos por sustancias orgánicas del tipo resinas o aceites que al ser batidos con el hormigón fresco en dosis convenientes, incorporan a su masa un volumen de aire comprendido entre el 3 y 6 por ciento. El hormigón, con este aditivo, tiene las siguientes ventajas: • Son más dóciles y trabajables • Son más homogéneos, presentando mayor estabilidad para el transporte. • Más impermeables y menos absorbentes • Gran resistencia a las heladas Estudio del comportamiento del cemento SR Página 40 • Mayor resistencia a las aguas agresivas La cantidad de aire y tamaño de las burbujas de aire incorporado aumentan con la mayor fluidez del hormigón. En relación con este último aspecto, pueden señalarse los siguientes valores: • Los hormigones con aire ocluido presentan menor resistencia mecánica. El contenido de aire ocluido debe ser objeto de control en obra, haciendo la toma de muestra después del transporte para tener en cuenta las pérdidas por este efecto. • Sus aplicaciones son en hormigones de áridos ligeros, en hormigones preamasados y para pavimentos (autopistas y aeropuertos). 3.4.2 Aditivos que modifican el fraguado y el endurecimiento Acelerantes Son productos que añadidos al hormigón adelantan el fraguado y endurecimiento del mismo. Tienen como objeto reducir el tiempo de desencofrado. Estos suelen tener como productos base cloruros, o bien, bases o sales alcalinas. Debe decirse también que el calor es un acelerador, así como la cantidad de agua de amasado, cuya disminución acelera el fraguado. Los acelerantes más conocidos son los alcalinos, que disminuyen las resistencias mecánicas en proporción a la dosis. Un efecto fundamental del empleo de acelerantes, es el aumento de calor producido en la reacción, más rápida, de hidratación de cementos. Su utilización es para: hormigonado en tiempo frío, desencofrado rápido, trabajos marítimos, etc. Ahora bien, como la presencia de cloruros en el hormigón provoca, a veces, fenómenos de corrosión en el acero, las instrucciones prohíben su empleo en hormigón armado. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 41 Retardadores Suelen ser sustancias orgánicas. En general, las resistencias a compresión muy tempranas pueden verse disminuidas, pero en cambio las de 28 ó 90 días incluso pueden ser más elevados que en el hormigón sin aditivo. Estos son de utilidad en tiempo caluroso o cuando la distancia de transporte del hormigón fresco es grande. Conviene realizar ensayos previos en obra, ya que su acción puede variar sensiblemente de unas a otras condiciones. Debido a que el empleo de retardadores es delicado, hoy día se recomiendo sustituirlos por fluidificantes que, al mismo tiempo permiten reducir el agua de amasado. Hidrofugantes Son aditivos que reducen la absorción capilar del hormigón endurecido, estos son útiles siempre que se trate de un buen hormigón y suelen estar constituidos por materias finas o sales de ácidos grasos. Normalmente, los aditivos hidrofugantes se combinan con otros aditivos, como acelerantes, inclusores de aire, etc. Estos tendrán que usarse en proporciones bajas, ya que si no resultaría difícil conseguir un reparto uniforme en el hormigón. Tienen utilidad en prefabricados ligeros (bloques y elementos de hormigón seco compactado), morteros de revoco y no son aconsejables en elementos estructurales ya que pueden reducir la adherencia entre hormigón y armadura. Impermeabilizantes En determinadas construcciones como pueden ser tuberías, depósitos, canales, etc., además de precisar hormigones de buenas resistencias mecánicas, es necesario que éstos sean impermeables a fin de impedir que el agua pase a través de ellos. Por otra parte, en obras o estructuras que han de estar en contacto con agua o con terrenos húmedos es conveniente que el hormigón se oponga a que el agua ascienda por él valiéndose de sus conductos capilares. La permeabilidad de los hormigones depende de varios factores relacionados entre sí y que pueden resumirse en los siguientes: Estudio del comportamiento del cemento SR Página 48 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS • Inicio de fraguado ≥ 60 minutos. • Expansión ≤ 10 mm. RESISTENCIAS A COMPRESIÓN • Resistencia a compresión a 2 días ≥ 20,0 MPa. • Resistencia a compresión a 28 días ≥ 42,5 MPa.≤ 62,5 MPa. Indicado para: • Hormigón armado y en masa para obras en ambientes, aguas y terrenos agresivos por salinidad o sulfatos. • Piezas de hormigón armado de mediano volumen. • Hormigón seco compactado. • Todo tipo de elementos prefabricados estructurales y pretensados. • Hormigones con áridos potencialmente reactivos • Obras marítimas. Limitaciones • Cuidar la dosificación, el amasado y el curado, especialmente en climas secos a elevadas temperaturas, con el fin de evitar la desecación rápida causante de la retracción. 4.1.3 Áridos Este proyecto ha sido realizado con áridos recogidos en la cantera de Mariano López Navarro en la localidad de Bárboles (Zaragoza). Son materiales granulares inertes que no reaccionarán con el cemento ni con agentes medioambientales. Se ha usado arena fina lavada, arena fina triturada y dos tamaños de grava distintos (figura 4.1), una de tamaño medio y otra de tamaño grueso. Se denomina grava o árido grueso a la fracción mayor de 4 mm y arena o árido fino a la menor de 4 mm. Los áridos se designan por su tamaño mínimo (d) y máximo (D) expresados en milímetros y para ello, se utiliza la expresión “árido d/D”. Los áridos usados en el hormigón cumplen con el marcado CE y con el art. 28 de la EHE08. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 49 FIGURA 4.1 “Distintos tamaños de graba usados” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 50 4.2 EQUIPOS UTILIZADOS 4.2.1 Báscula de precisión Báscula de precisión de la marca Mettler (figura 4.2), modelo PM-30, utilizada para el pesado de todos los componentes del hormigón; los áridos, el agua y el aditivo. Esta báscula pesa un máximo de 30 Kg con una precisión de 0,001 Kg. FIGURA 4.2 “Bascula de precisión” 4.2.2 Hormigonera Se trata de una hormigonera de tambor basculante con corona, de la marca Torgar, modelo H200 (figura 4.3), utilizada para la mezcla y el amasado del hormigón. Ahora se detallan las principales características de la hormigonera (tabla 4.1): - Eje del tambor montado en rodamientos de engrase permanente. - Sistema de vuelco ergonómico: volante de vuelco con pedal de seguridad. - Posibilidad de accionamiento mediante motor eléctrico o de combustión. - Cuba extra resistente, con borde reforzado y palas de amasado de alto rendimiento. - Virolo de una pieza en fundición, con doble rodamiento estanco. - Chasis de gran estabilidad. - Fabricada según la Directiva Europea de Máquinas 98 – 37 – CEE. Volumen de la cuba (litros) Capacidad útil de amasado (litros) P otencia motor eléctrico (CV) Potencia motor gasolina (CV) Potencia motor diesel (CV) Dimensiones (m) Peso sin motor (Kg) Espesor de la cuba fondo/cilindro (mm) Anchura de la corona (mm) 265 200 2 2 3/6 1,6x1x1,6 237/260 5/4 48 Tabla 4.1 ”Características de la hormigonera” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 51 4.2.3 Cono de Abrams Molde metálico troncocónico de dimensiones normalizadas, diámetro de la base de 20 cm y un diámetro de la parte superior de 10 cm, con una altura de 30 cm (figura 4.4). Se llena en tres capas de la misma altura apisonadas con 25 golpes de varilla (pisón) y, posteriormente, se retira el molde y se mide el asentamiento que experimenta la masa de hormigón fresco colocada en su interior. Esta medición se lleva a cabo midiendo la disminución de la altura de la masa de hormigón respecto al molde, expresada en centímetros. La medición se hace en el eje central del molde en su posición original. De esta manera, la medida del asiento permite determinar principalmente la fluidez y la forma de derrumbamiento para apreciar la consistencia del hormigón. Figura 4. 3 “Hormigonera ” Figura 4.4 “Cono de Abrams ” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 52 4.2.4 Probetas Probeta cilíndrica de acero cuyas dimensiones son Ø15x30 cm y aproximadamente 5,3 litros de capacidad (figura 4.5). Estas probetas cumplen con la norma UNE 83301:91 y el método de llenado es similar al anteriormente explicado para el cono de Abrams. 4.2.5 Cámara húmeda Esta cámara reúne unas condiciones especiales (temperatura de 20ºC ± 2ºC y >95% de humedad relativa) cumpliendo con la (EHE) (figura 4.6). Ahí se almacenan y se conservan las probetas para su curado una vez desmoldadas, hasta el momento de romperlas. Figura 4.5 “Probetas ” Figura 4.6 “Cámara húmeda” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 53 4.2.6 Calentador de azufre y soporte para refrentar El calentador de azufre es un horno utilizado para la preparación del azufre en estado líquido para el posterior refrentado de las probetas. Cuenta con equipo termostático para el control de la temperatura y está provisto con doble pared y aislamiento térmico por aceite, además de un sistema de calentamiento mediante resistencias blindadas de inmersión (figura 4.7). El refrentador es un utensilio de acero para obtener superficies planas y paralelas en las dos caras de la probeta, así como perpendiculares al eje del cilindro, usando la mezcla de azufre fundido. La probeta apoya sobre una fina capa de azufre líquido que se endurece rápidamente para dejar las caras totalmente paralelas para su correcto ensayo en la máquina de compresión (figura 4.8). A continuación (tabla 4.2) se indica las principales características del calentador de azufre: Marca y modelo Capacidad de la cuba (litros) Capacidad del depósito de aceite (litros) Resistencia eléctrica (Watios) Termostato de regulación (°C) Termostato de seguridad (°C) alimentación Dimensiones (cm) Insotecnic S12 12 15 2x1500 Hasta 200 Hasta 230 220-240V Monofásico 50Hz 3000W 32x34x57.5 Tabla 4.2 “Características técnicas del calentador de azufre” Figura 4.7 “Calentador ” Figura 4.8 “Soporte para refrentar ” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 54 4.2.7 Máquina de ensayo a compresión Prensa de alta estabilidad utilizada para realizar los ensayos de compresión sobre las probetas de hormigón (figura 4.9). La máquina consta de un pistón controlado hidráulicamente y un dispositivo electrónico que permite introducir los diferentes ensayos, las medidas de las probetas, el gradiente de velocidad, etc. Dispone de una ruleta con doble función, por un lado, permite aproximar rápidamente el pistón para evitar tiempos muertos, y por otro, permite nivelar el plato superior. Cuando la máquina detecta la rotura de la probeta, se para automáticamente y muestra los resultados en la pantalla. Esta máquina tiene la capacidad de ejercer hasta 3000 KN. A continuación se expone una tabla (tabla 4.3) con las características técnicas de la máquina de compresión utilizada. Marca y modelo Distancia max. entre platos (mm) Diámetro/espesor de los platos (mm) Recorrido del pistón (mm) Peso (kg) alimentación Dimensiones (mm) Clase de precisión Matest C089-8 336 287/60 60 1070 220-240V Monofásico 50Hz 750W 750x450x1500 Clase 1 Tabla 4.3 “Características técnicas de la máquina de compresión” Figura 4.9 “Máquina de ensayo a compresión” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 55 CAPITULO 5 Ensayos y resultados. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 56 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 57 5.1 ENSAYOS DE LABORATORIO 5.1.1 Ensayo granulométrico Caracterización del árido Para fabricar hormigón, lo primero que se debe conocer son los áridos, por lo tanto, los ensayos de laboratorio comienzan con la caracterización del árido para lo cual se siguen los siguientes pasos: 1) Los áridos se recogen directamente de la cantera de Mariano López Navarro por lo que no es necesario realizar una criba para separar los distintos tamaños de grano. 2) Posteriormente, es necesario conocer la cantidad de agua retenida en cada uno de los áridos. Este paso tiene especial importancia para la arena fina, ya que es el árido que mayor cantidad de humedad presenta, lo que afecta a la relación agua/cemento del hormigón. 3) Los áridos gruesos no presentan una cantidad excesiva de humedad por lo que se acepta el valor de 1% de humedad. Para la arena fina, se recoge una cantidad significativa, alrededor de 1 Kg, y se introduce en el horno para conocer la cantidad de agua retenida y poder introducirla en la dosificación, y de esta forma, ajustar la cantidad de agua necesaria en la mezcla. 4) Se deja en el horno el tiempo suficiente para evaporar totalmente el agua que contiene la arena, removiéndola de vez en cuando para favorecer la evaporación. 5) Una vez evaporada el agua, se saca la arena del horno y se vuelve a pesar para obtener la diferencia de peso respecto de la cantidad inicial. Esa diferencia corresponde con el agua que estaba retenida. 6) La cantidad de agua retenida se expresa con el correspondiente porcentaje en peso del agua respecto al árido seco. (Agua retenida / arena seca = % humedad de la arena) Determinación de la granulometría del árido Este método de ensayo abarca el procedimiento para la determinación de la distribución de los tamaños de las partículas de agregado grueso y de agregado fino empleando tamices de aberturas cuadradas siendo también aplicables al empleo de cribas de laboratorio de aberturas circulares. La granulometría de los áridos es uno de los ensayos más importantes, ya que de éstos dependerán las propiedades de los Estudio del comportamiento del cemento SR Página 64 Las probetas destinadas a ensayos de resistencia de hormigón deben quedarse en los moldes durante 24 horas, conservándose a una temperatura comprendida entre 16 y 27ºC hasta el momento de ser transportadas a la cámara de conservación. Este transporte se deben realizar con sumo cuidado y antes de que trascurran 48 horas. El lugar de conservación normalizado consiste en una cámara húmeda cuya humedad relativa es igual o superior a 95% y una temperatura de 20ºC ± 2ºC. Esta cámara húmeda puede sustituirse por una balsa de inmersión con unas condiciones de pH y temperatura normalizadas. Las probetas se mantienen de esta forma hasta el momento de la rotura. Cuando se trata de determinar la resistencia real u otras cualidades del hormigón en obra, las probetas deben conservarse en unas condiciones tan próximas como sea posible a las de la estructura objeto del ensayo. 5.1.4 Ensayo de compresión Después de permanecer las probetas en la cámara húmeda durante 7 o 28 días se procede a su rotura en el ensayo de compresión. La determinación de la resistencia a compresión está regulada en España por la norma UNE-EN 12390-3, “Ensayos en el hormigón endurecido”. La realización de ensayo se lleva a cabo en dos pasos. En primer lugar se realiza un acabado superficial para evitar irregularidades y, en segundo lugar, la probeta se somete al ensayo de compresión. Acabado superficial: Refrentado Según el Anejo A, de la norma UNE-EN 12390-3, las caras planas de carga de las probetas destinadas al ensayo de rotura por compresión que tengan imperfecciones superiores a 0,1 mm deben ser refrentadas de modo que presenten una superficie plana adecuada y normal al eje cilíndrico, con una tolerancia de 0,5º. Para este proyecto el refrentado de ha efectuado con un mortero de azufre líquido obtenido mediante tratamiento térmico en un calentador a 130ºC (figura 5.6). Antes de refrentar se asegura que la cara a refrentar está perfectamente limpia y seca. Se aplica una capa de azufre de entre 3 y 8 mm de espesor vertiendo el azufre sobre el plato de refrentado y apoyando la cara de la probeta a refrentar asegurando la verticalidad de la probeta en todo momento. Después se comprueba que el material de refrentado se ha adherido perfectamente a la probeta y se deja durante 30 minutos antes de realizar el ensayo de compresión (figura 5.7). Estudio del comportamiento del cemento SR Página 65 Método de ensayo Este método de ensayo está regulado por la norma UNE-EN 12390-3: 1) Se prepara la prensa limpiando las superficies de carga y se introduce la probeta. Es importante dejar la probeta centrada sobre el plato inferior para realizar el ensayo correctamente. Posteriormente se lleva la probeta hasta el plato superior hasta que quede en contacto con la parte superior de la misma probeta (figura 5.8). 2) La carga se aplica a una velocidad constante tal que el incremento de la carga por segundo produzca un aumento de la tensión de 0,5 ± 0,2 N/mm 2 . 3) Se continúa el ensayo hasta la rotura, registrando la carga máxima soportada por la probeta (figura 5.9). Figura 5.6 “Proceso de refrentado” Figura 5.7 “Probetas refrentadas” Figura 5.8 “Probeta colocada en prensa” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 66 5.2 DESARROLLO DEL PROYECTO 5.2.1 Introducción En este apartado se van a exponer e interpretar los resultados obtenidos de las distintas probetas ensayadas durante la realización del proyecto. La finalidad principal de los ensayos es buscar que dupla de aditivos, superplastificante y polifuncional, cada pareja de distinta casa comercial es más adecuado para lo que queremos emplear el hormigón, es decir cual es más económico y que cumple las condiciones de uso. El proceso seguido ha consistido en a partir de una dosificación patrón que nos entrega MLN, modificar tanto cantidades de cemento como de aditivo siempre manteniendo constante alguna de las partes para ver cómo influye en el hormigón, y comprobar cómo en las mismas condiciones de resistencia y trabajabilidad qué resulta más económico. En éste proyecto se van a utilizar dos grupos de aditivos de empresas diferentes, a un grupo de aditivos los llamaremos A y al otro grupo B, siendo los superplastificantes A o B con el subíndice “s” y los polifuncionales con el subíndice “p”. Ambas empresas, en las especificaciones de sus respectivos aditivos, incluyen las mismas características, típicas de superplastificantes. Figura 5.9 “Probeta rota después del ensayo” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 67 5.2.2 Componentes utilizados en este proyecto La finalidad del proyecto es hacer hormigón con cemento sulfurorresistente, con una resistencia de unos 25Mpa y que tenga una buena trabajabilidad además de un cono Abrams blando de 6-9 cm (+-1), es decir conos de 5 cm o 10 cm también nos valdrían pero un cono de 5 cm tiene mucha menor trabajabilidad en obra que un cono de 10 cm. Las propiedades del hormigón dependen de multitud de factores, principalmente de sus componentes, por lo tanto, cabe destacar la importancia de especificar el origen y dosificación de cada uno de ellos. 1. Los áridos utilizados en este proyecto han sido recogidos directamente de la planta en la cantera de la empresa Mariano López Navarro (MLN) situada en la localidad de Bárboles (Zaragoza). Para fabricar el hormigón citado anteriormente, se han utilizado cuatro tipos de árido (tabla 5.5): Árido Tamaño (mm) tipo Arena fina 0-4 lavada Arena fina 0-4 triturada Árido grueso 6-12 lavada Árido grueso 12-22 lavada Tabla 5.5 “Tipos y tamaño del árido utilizado” b) El cemento que se ha usado es del tipo CEM I SR 42,5 R. c) El aditivo ha sido proporcionado por dos empresas líderes del sector, todavía se están probando. d) El agua se ha recogido directamente de la instalación de agua del recinto de la empresa Mariano López Navarro (MLN). Para calcular la humedad se extrae de cada saco una muestra de arena que primeramente es pesada, y posteriormente es introducida en el horno con el fin de quitarle toda la humedad y volver a ser pesada. De esta forma se puede calcular el % de agua retenida en la arena. Por lo tanto, según el resultado obtenido, se modifica la dosificación para mantener en todo momento la relación agua/cemento, ya que ésta característica del hormigón influye directamente en su resistencia final. La relación agua/cemento debe ser tan baja como sea posible teniendo en cuenta que el hormigón debe cumplir unos requisitos de trabajabilidad. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 68 Además de la arena, los áridos gruesos también presentan cierta humedad que no suele presentar variaciones, por lo tanto, durante todo el proyecto se ha adoptado un valor constante de humedad de dichos áridos de un 1%. A lo largo del proyecto se ha variado la dosificación, unas veces se han cambiado los aditivos, otras el cemento y la dosificación del aditivo, los áridos son siempre los mismos, las mismas granulometrías y la humedad ha sido calculada para tener siempre la misma relación agua/cemento. De esta manera se estudia la influencia de la dosis del aditivo en el hormigón. Por último el pesado se ha llevado a cabo en una balanza con precisión hasta el gramo con el fin de cumplir la dosificación de la amasada de la forma más precisa posible. 5.2.3 Fabricación de las probetas del proyecto La metodología empleada ha consistido en la realización de amasadas de 40 litros de hormigón en una hormigonera convencional (figura 5.10) como las usadas en las obras para simular condiciones lo más reales posibles. Los componentes se introducen en su interior respetando un orden para su correcta mezcla: 1. Se introducen los árido empezando por el de mayor tamaño y terminando por la arena. 2. Se introduce el cemento. 3. Se vierte el agua mezclada con el aditivo. Figura 5.10 “Hormigonera” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 69 5.2.4 Ensayo de consistencia del hormigón La consistencia del hormigón es la facilidad que tiene el hormigón fresco para deformarse, por lo tanto, lo que se ha intentado ver con este ensayo es la pérdida de trabajabilidad al aumentar, tanto la dosificación de aditivo como la de cemento. Realmente la consistencia varía con multitud de factores que para este proyecto han sido siempre constantes: la cantidad de agua de amasado, el tamaño máximo del árido, la granulometría, la temperatura (aunque ha variado ligeramente y más tarde indicaremos en que influye) o la forma de los áridos; el que más influye es la cantidad de agua de amasado. Existen varios procedimientos para determinar la consistencia, en este caso se ha utilizado el cono de Abrams (figura 5.11), de acuerdo con la norma UNE 83313:90. Es un molde troncocónico de 30 centímetros de altura que se rellena con el hormigón objeto de ensayo. La pérdida de altura que experimenta la masa fresca una vez desmoldada, expresada en centímetros, da una medida de su consistencia. Para este ensayo se han recogido los valores de consistencia en distintos momentos del amasado: 5 mins, 15 mins, 25 mins, 40 mins. Como ya veremos más adelante, no se ha realizado este ensayo para todos los grupos de hormigón. 5.2.5 Realización de las probetas Una vez que el hormigón ha permanecido 40 minutos, como norma general, se realizan las probetas cilíndricas (figura 5.12) de 15cm de diámetro y 30cm de altura. Figura 5.11 “Cono de Abrams utilizado en el ensayo de consistencia” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 70 Antes de llevar a cabo las probetas, es necesario comprobar que los moldes están limpios y con una capa de líquido desencofrante (figura 5.13) en su interior para facilitar un correcto desmolde a la hora de sacar las probetas. De cada amasada de 50 litros se han obtenido cuatro probetas (figura 5.14 y 5.15). Figura 5.15 “Probetas después de un día” Posteriormente, una vez que las probetas han salido de su molde, han sido introducidas en una cámara húmeda (Norma UNE 83301:91), con unas condiciones óptimas de conservación, una temperatura de 20ºC ± 2ºC y >95% de humedad relativa, hasta el momento del ensayo (Figura, 5.16 y 5.17). Figura 5.13 “Recipiente y rodillo para aplicar líquido desencofrante” Figura 5.14 “Probetas antes del llenado” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 71 Figura 5.16 “Cámara húmeda” Para este proyecto se han realizado cuatro probetas por dosificación para realizar el ensayo a compresión, dos a 7 días y dos a 28 días. Además, para asegurar la repetibilidad de los resultados se han repetido 3 veces cada una de las dosificaciones para obtener seis datos de resistencia de cada prueba. 5.2.6 Ensayo de compresión El ensayo de compresión (figura 5.18) ha tenido lugar 7 y 28 días después de cada prueba para conocer los resultados de la tensión de rotura a compresión límite de cada probeta, según el método de ensayo indicado en la norma UNE 83304:84. De cada ensayo se han obtenido cuatro valores con los cuales se ha calculado la media y de esta forma, se ha comprobado si cumple los requisitos del hormigón cuya resistencia en obra debe ser 25MPa. La resistencia característica que se consigue en obra es menor que la resistencia media obtenida en ensayos de laboratorio, por lo tanto, posteriormente se analizará si los resultados obtenidos cumplen los requisitos de resistencia. Figura 5.17 “Controlador de humedad de la cámara húmeda” Figura 5.18 “Máquina de ensayo a compresión” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 72 5.3 RESULTADOS A continuación se mostrarán los resultados obtenidos para cada dosificación. En primer lugar aparecerá una tabla en la que se indicará la relación agua cemento (a/c), el cono de Abrams y las resistencias a compresión medias obtenidas a 7 y 28 días, así como en algún caso concreto la consistencia de la masada a lo largo de los 40min como se ha comentado antes y alguna condición especial como un aumento de temperatura significativo. En la realización se van a probar dos duplas de aditivos, uno superplastificante y otro polifuncional, de diferentes casas comerciales, a la una dupla la llamaremos aditivos A y a la otra aditivos B. Primero se va a realizar el estudio con los aditivos de la marca A y posteriormente con los aditivos de la marca B. Las dosificaciones patrón ofrecidas por cada compañía tienen un determinado porcentaje de cada aditivo, que no se nos ha dado y una relación agua cemento determinada. Las relaciones agua/cemento teóricas se mantienen constantes a lo largo de cada familia de dosificaciones, aunque la expuesta en las tablas es la real, es decir la relación agua/cemento tras añadir agua durante el amasado. Destacar que para el cálculo de las resistencias medias se ha tenido en cuenta la dispersión de los dos valores obtenidos para cada muestra, ya que habrá valores no representativos. Para garantizar los resultados se ha seguido lo indicado en el Anejo 19 “Niveles de garantía y requisitos para el reconocimiento oficial de los distintivos de calidad” de la “Instrucción de hormigón estructural (EHE 08)” (tabla 5.6). En dicho documento dice que: “Las resistencias obtenidas presentan una dispersión acotada, de forma que en cada caso los valores de la desviación típica 3.6 de la población y de su coeficiente de variación 0.110 sean simultáneamente inferiores a unos valores, ya calculados, en función de la resistencia característica del hormigón”. Tabla 5.6 “Valores característicos según EHE” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 73 5.3.1 Aditivos “A” Patrón A: La dosificación patrón, sobre la que trabajaremos, nos ha sido proporcionada por MLN, pero la información llega de la casa comercial del aditivo, que según esta dosificación ha realizado unos ensayos en su laboratorio, de los cuales se extraen los siguientes datos de rotura a 7 y 28 días (tabla 5.7): 7 días (Mpa) 28 días (Mpa) 41,4 48,4 Tabla 5.7 “Valores de resistencia patrón aditivo A Proporcionado por el fabricante” Dosificación 1A: Se varía únicamente la cantidad de cemento, se aumenta, manteniendo constante la relación agua/cemento teórica, cantidad de árido utilizado y los aditivos, tanto el superplastificante (As) como el polifuncional (Ap). Los resultados se exponen en la tabla siguiente, (tabla 5.8): CONO (cm) a/c 7 días (MPa) 28 días (MPa) 5 0,565 34,6 44,8 8 0,616 31,6 36,7 9 0,63 28,2 32,5 Tabla 5.8 “Valores obtenidos del ensayo con dosificación 1 A” Se observa un aumento de consistencia y reducción de resistencia tanto a 7 como a 28 días. Todos los valores de ésta dosificación son válidos porque hay que tener en cuenta que en obra, la consistencia de los conos aumenta, y la resistencia disminuye, así que esta dosificación sería válida. También se observa, como se ha dicho anteriormente, que la relación a/c varía en cada amasada, pues se ha introducido distinta cantidad de agua. A continuación se muestra una gráfica (figura 5.19), que ofrece una comparativa entre la resistencia a 7 y 28 días, se refiere con relación al cono obtenido. Figura 5.25 “Comparación resistencia (MPa) Figura 5.26 “Comparación resistencia (MPa) Se observa como las resistencias tanto a 7 como a 28 días bajan, es lógico pues se utiliza menos cemento. El cambio rotura a 28 días, puesto que la media de rotura de nuestra dosificación es aproximadamente 6MP a menor que la dosificación patrón. Por resistencia solo di sminuye, respecto de la patrón Dosificación 2B: Se varía la cantidad de aditivo superplastificante (Bs dosificación anterior, manteniendo constante la relación agua/cemento aditivo polifuncional (Bp) y á 0 10 20 30 40 Resistencia (MPa) 0 10 20 30 40 50 Resistencia (MPa) Estudio del comportamiento del cemento SR Página 80 “Comparación resistencia (MPa) dosificación 1B y patrón a 7 dias” “Comparación resistencia (MPa) dosificación 1B y patrón a 28 dias” Se observa como las resistencias tanto a 7 como a 28 días bajan, es lógico pues se utiliza menos cemento. El cambio más aparente es la reducc ión significativa de días, puesto que la media de rotura de nuestra dosificación es a menor que la dosificación patrón. Por otra parte, a 7 días las sminuye, respecto de la patrón en 0.5 MPa. cantidad de aditivo superplastificante (Bs ) , aumentándolo manteniendo constante la relación agua/cemento y á ridos de la dosificación patrón. patron 7 dias dosificacion 1 patron 28 dias dosificacion 1 dosificación 1B y patrón a 7 dias” dias” Se observa como las resistencias tanto a 7 como a 28 días bajan, es lógico pues ión significativa de días, puesto que la media de rotura de nuestra dosificación es otra parte, a 7 días las , aumentándolo , sobre la manteniendo constante la relación agua/cemento teórica, Estudio del comportamiento del cemento SR Página 81 Los datos se presentan en la siguiente tabla (tabla 5.15): Se observa una gran homogeneidad en toda la familia, eso es algo positivo que se observa en este aditivo que hace que el hormigón sea estable. El gráfico, (figura 5.27), representa la relación que tiene la resistencia dependiendo de la consistencia del cono de Abrams, cuando más alto es el cono, para una misma dosificación, más agua se ha introducido extra a la masada, por lo tanto menor resistencia a compresión tiene el hormigón. Figura 5.27 “Gráfico resistencia (MPa) a 7 y 28 días con dosificación 2B” En el siguiente gráfico (figura 5.28) de barras se observa como la resistencia media del ensayo es mayor que las obtenidas con menor cantidad de aditivo. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6 6,5 8 Resistencia (MPa) Cono (cm) 7 dias 28 dias CONO (cm) a/c 7 días (Mpa) 28 días (Mpa) 6 0,597 38,3 46,3 6,5 0,611 36,4 44,6 8 0,597 34,8 40,9 Tabla 5.1 5 “Valores obtenidos del ensayo con dosificación 2 B ” Estudio del comportamiento del cemento SR Página 82 Figura 5.28 “Gráfico comparativo de resistencia (MPa) entre dosificación 1B y 2B” En las pruebas donde el cono de Abrams es mayor, se observa una disminución de la resistencia. Esto se debe a que durante el proceso de amasado se añade agua poco a poco intentando conseguir conos diferentes para ver cuanta cantidad es necesaria para obtener la consistencia final deseada. También se aprecia en el siguiente gráfico (figura 5.29) cómo con una relación a/c más baja la resistencia aumenta. Se observa como la tendencia al añadir más agua durante el proceso de amasado hace que la resistencia baje, de ahí el uso de superplastificantes, que reducen claramente la cantidad de agua que debemos añadir al hormigón. Figura 5.29 “Gráfico comparativo de resistencia (MPa) relacionado con a/c” 0 10 20 30 40 50 60 0,48 0,6 0,63 Resistencia (MPa) Cono (cm) resistencia 7 dias resistencia 28 dias 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Resistencia (MPa) dosificación 1 (7 dias) dosificación 2 (7 dias) dosificación 1 (28 dias) dosificación 2 (28 dias) Estudio del comportamiento del cemento SR Página 83 La relación a/c de 0.48 corresponde a la patrón, la de 0.6 a la dosificación 2B y la de 0.63 a la 1B. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 84 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 85 CAPITULO 6 Conclusiones. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 86 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 87 6.4 INTRODUCCIÓN En este apartado se extraen las conclusiones a las que hemos llegado, después de la realización y ruptura de todas las probetas. Se recuerda que lo que intentamos es conseguir una dosificación óptima para conseguir un hormigón a partir de cemento SR con una pareja de aditivos, un superplastificante y un polifuncional, que resista más de 25MPa a compresión y con un cono de Abrams de 6-9 cm (±1). Otro factor esencial que se busca, a parte del aspecto económico, es conseguir una homogeneidad en el proceso, pues no es bueno que cambie mucho de cono durante el amasado, por lo tanto se busca un hormigón trabajable. Decir que este proyecto está basado en un espacio ideal de condiciones para la realización del hormigón, es decir, que en la realidad puede haber infinidad de factores que modifiquen las características del hormigón (temperatura, humedad, acontecimientos climatológicos, etc.…). Según las resistencias a compresión obtenidas, la reacción química se ha estado llevando a cabo de forma correcta ya que los valores corresponden con el tipo de hormigón utilizado. 6.5 COMPORTAMIENTO DE LAS PAREJAS DE ADITIVOS 6.5.1 ADITIVOS A Es el aditivo al que se ha sometido a más dosificaciones y se han podido extraer muchas conclusiones, al tener muchos datos. Se ha comprobado que es un aditivo al que le cuesta reaccionar. Pese a las dosificaciones es imprescindible hidratarlo periódicamente pues se ha comprobado que es capaz de mantener una cierta regularidad en el cono si se sigue este método, si al principio se añade una gran cantidad extra de agua o se le añade toda de una vez, el hormigón no absorbe el agua y la escupe, pues es demasiada, sin embargo hidratándolo poco a poco se consigue una buena trabajabilidad. El cemento SR es un cemento que por su naturaleza, es mucho más fuerte que un cemento normal, como por ejemplo el AL, de ahí que se consigan unas resistencias altas, incluso el doble de lo exigido. Se ha conseguido reducir la resistencia inicial mediante las diferentes dosificaciones, llegando a unos 36-40MPa por debajo de lo que la dosificación patrón ofrecía, eso supone un ahorro, pues es necesaria la Estudio del comportamiento del cemento SR Página 88 utilización de menos cemento utilizando aditivos, que es de lo que consiste el proyecto. Se ha logrado conseguir trabajabilidad y un cono entre los valores permitidos, que es lo que realmente importa, junto con que tenga la resistencia exigida. Estos conos blandos permiten que el hormigón sea fluido, es decir que se pueda trabajar con él correctamente. Todas estas conclusiones hacen que el cemento SR con éste aditivo sea un buen hormigón para las cualidades que se exigían y que las dosificaciones dadas por las empresas no están ajustadas a las necesidades que se exigían. 6.5.2 ADITIVOS B Este aditivo se ha ensayado menos que el anterior, al tener ya el grupo MLN algún dato sobre él, pero se han podido extraer conclusiones, que lo diferencian del aditivo A, dando una alternativa válida para poder trabajar con él. En comparación con el aditivo anterior, éste aditivo, reacciona antes con el cemento y el árido, pero al igual que el aditivo A, es necesario hidratarlo durante el proceso de amasado para que se mantenga una buena trabajabilidad. El aditivo superplastificante B (Bs), tiene prácticamente la misma densidad que el aditivo superplastificante A (As), pero el polifuncional (Bs) es menos denso, por lo que es necesario una mayor cantidad para lograr un efecto parecido. Eso puede ser un problema en el aspecto económico, pues sería necesario mas aditivo de éste tipo. Una cosa destacable es una gran uniformidad en los conos obtenidos, algo muy importante y a tener muy en cuenta, pues como ya se ha dicho anteriormente es un requisito exigido para el hormigón que se intenta fabricar, que el cono sea blando, y en el caso del aditivo B se ha conseguido siempre. Se ha conseguido reducir la cantidad de cemento utilizada, igual que con la marca comercial A, que es de lo que se trata el proyecto, además de ver el comportamiento del cemento conseguir una dosificación con la que ahorrar costes. Se puede llegar a la conclusión de que este aditivo es una opción como alternativa al tipo A y al igual que anteriormente se puede ver que las dosificaciones, pese a estar más ajustadas que en el caso anterior, no serían del todo válidas para lo que se nos exige, pues es difícil que salga un cono blando con la resistencia que se nos da. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 89 CAPITULO 7 Anexos. Estudio del comportamiento del cemento SR Página 96 Estudio del comportamiento del cemento SR Página 97 BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA • Pedro Jiménez Montoya, Álvaro García Meseguer, Francisco Morán Cabré (2000), “Hormigón armado”. 14ª edición. Ed. Gustavo Gili. Barcelona. • Rixom M.R, (1984) “Aditivos para hormigones”. Ed. Editores Técnicos Asociados. • Instrucción del hormigón estructural EHE 08 • Palacios Arévalo, Marta; Alonso López, María del Mar; Puertas Maroto, Francisca, (2009) “Aditivos para el hormigón: compatibilidad cementoaditivos basados en policarboxilatos”. 1º edición. • Joana Roncero, Ravindra Gettu, (2002) “Revista Cemento Hormigón” Art. Influencia de los superplastificantes en la microestructura de la pasta hidratada y en el comportamiento diferido de morteros de cemento. • “Manual de Instrucciones. Banco de Ensayo de Hormigón BEH-3/NN”. 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