Assessment of the Use of High Volume of Fly Ash in Concrete
Evaluación del Uso de Altos
Volúmenes de Cenizas Volantes
en el Hormigón
Felipe Rivera*, Mauricio López*, Javier Castro+, Patricia Martínez*
*Pontificia Universidad Católica de Chile
+Universidad Del Desarrollo
Jueves 7 de noviembre de 2013
Concentración de CO2 (ppm)
Umbral de no-retorno
Año
Mehta y Monteiro, 2006
El cemento es responsable del 7% de
las emisiones de CO2 en el mundo
Otros
10%
Cemento
7%
Electricidad
Transporte
Industrial
13%
41%
Residencial
Electricidad
Industrial
Cemento
Residencial
7%
Otro
22%
Transporte
IEA, 2012
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Tecnología del hormigón
Marco teórico
Pastas de cenizas
Experimentación
Hormigón de cenizas
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Tecnología del hormigón
Pastas de cenizas
Hormigón de cenizas
Hormigón
Materiales cementicios
Hormigones con cenizas
El hormigón es una mezcla de
cemento, agua y agregados
Esqueleto de agregados de distintos tamaños
aglomerados por pasta cementicia
Cemento
15-20%
Agregado
Agua
Cemento
Agregados
60-75%
10-15%
Agua
Agregado
Los silicatos de calcio hidratado son los
responsables de la resistencia del cemento
Cemento + Agua
rápido
Silicatos de
calcio hidratado
+
Hidróxido
de calcio
Las puzolanas aumentan la
resistencia e impermeabilidad del hormigón
Cemento + Agua
rápido
Puzolana + Agua + Hidróxido
de calcio
Silicatos de
calcio hidratado
lento
+
Hidróxido
de calcio
Silicatos de
calcio hidratado
Las cenizas volantes son puzolanas artificiales
en Chile son tratadas como desecho
Hormigones con cenizas tienen mayor resistencia,
mayor durabilidad y menor impacto ambiental
Hormigones HVFA usa al menos 50% de cenizas
además de baja dosis de agua y de cemento
Reemplazos de hasta 80% de cemento
han tenido buenos resultados
La baja resistencia inicial es la principal
barrera para su uso en la práctica
a pesar de mayor resistencia a edades tardías
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Tecnología del hormigón
Pastas de cenizas
Hormigón de cenizas
Pastas con 60% de CV alcanzan resistencias
similares a cementos chilenos
Resistencia (MPa)
Resistencia (MPa)
90
90
40%CV
C
C
40% CV
60%CV
60
60
60%CV
CPuz
CPuz
80%CV
30
80%CV
30
Ceniza C
Ceniza F
0
0
0
20
40
60
80
100
t (días)
0
20
40
60
80
100
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Tecnología del hormigón
Pastas de cenizas
Hormigón de cenizas
Permeabilidad
Prop. Mecánicas
Ensayo de permeabilidad al ion cloruro
(ASTM C1202)
NaOH 0,3N
NaCl 3% m/m
Probeta de hormigón
Hormigón con cenizas es más impermeable
que el hormigón convencional
Carga que pasa
(C)
4000
3000
Más impermeable
Efecto ceniza
(Δ=+60%)
2000
de Moderado a Bajo
(ASTM C1202)
1000
0
C
CPuz HC
MV
Ensayo de resistencia eléctrica
(Spragg et al. 2013)
Probeta
hormigón
Concretedespecimen
Polos
Poles
Fuente
de poder
Power source
and /
medidor
de resistencia
resistance
meter
Hormigón con cenizas es más impermeable
que el hormigón convencional
Resistividad
eléctrica
(Ω∙m)
300
HC
200
Efecto ceniza
(Δ=+265%)
Más impermeable
100
CPuz
C
0
0
20
40
60
80
100
t (días)
Ensayo no destructivo de
módulo de elasticidad (ASTM C215)
Fuente: German Instruments
Hormigón con cenizas tiene
rigidez similar al hormigón convencional
Módulo
elástico
(GPa)
45
C
HC
CPuz
30
Efecto ceniza
(Δ≈0%)
Más rígido
15
0
0
20
40
60
80
100
t (días)
Hormigón con cenizas alcanza el 60% de la
resistencia del hormigón convencional a 90 d
Resistencia a
compresión
(MPa)
80
C
60
Más resistente
Efecto ceniza
(Δ=-40%)
HC
40
CPuz
20
0
0
20
40
60
80
100
t (días)
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Tecnología del hormigón
usar cenizas es beneficioso
Pastas de cenizas
60% ceniza ≈ 40% puzolana
Hormigón de cenizas
menor resistencia,
mayor impermeabilidad
Uso de altos volúmenes de cenizas volantes
en el hormigón como reemplazo de cemento
Las cenizas evaluadas cumplen los
requisitos de la norma NCh161
podrían usarse para producir cementos puzolánicos
Uso de cenizas es efectivo para
disminuir el impacto ambiental del hormigón
enfoque basado en sustentabilidad
Hormigones con cenizas serían más durables
que hormigones tradicionales
El 80% del volumen de cemento es
menos que el 15% del volumen del hormigón
Hormigón con
cenizas
Hormigón convencional
Cemento
Cemento
Agua
Agregado
Agregado
Agregado
Agua
Reemplazando cemento y agregados en el hormigón
se puede llegar a ocupar hasta el 80% de su volumen
Hormigón con uso
masivo de cenizas
Hormigón convencional
Cemento
Agua
Agregado
Cemento
Agregado
Agregado
Agua
Agregados de cenizas tienen apariencia y resistencia
similar a agregados livianos usados comercialmente
Arcilla
expandida
Agregado
de ceniza C
Agregados
silíceos
La producción de cenizas es menos del 20% del
consumo de hormigón en Chile
Consumo de hormigón en Chile
promedio mensual 2013
625.000 ton/mes
Producción de cenizas en Chile
promedio mensual estimado 2013
120.000 ton/mes
Concentración de CO2 (ppm)
Umbral de no-retorno
Año
Mehta y Monteiro, 2006
Agradecimientos
Profesores guía
Javier Castro, Mauricio López y Patricia Martínez
Financiamiento de Corfo y Fondecyt Iniciación
participación de AES Gener
Grupo de Investigación ETC-PUC
enhancing technology of concrete
Laboratorio ICC y Laboratorio del Cemento-Resmat
Mauricio Guerra y Fernando Palma
Composición química de los
materiales usados
Material
C
CPuz
CV-C
CV-F
SiO2
MgO
Na2O
SO3
Densidad
PPI
(%)
0.36 73.90 < 0.01
0.40 54.10 1.18
0.80 28.50 1.66
1.07 5.87 2.70
0.48
0.54
1.39
1.54
3.94
0.74
7.69
0.44
3.17
2.90
2.37
2.39
2.68
9.23
7.08
1.01
Al2O3 Fe2O3 K2O
11.30 3.29
28.30 2.80
33.10 11.60
55.80 21.00
3.33
2.19
6.53
8.31
Resultado ensayo
actividad puzolánica
(NCh161)
CaO
Ceniza
Evaluada
CV-C
CV-F
Resistencia
(MPa)
8,0
5,5
Distribución de tamaño de partículas
medido por difracción laser
1005
5
C
OPC
BC
CPuz
FA-C
CV-C
FA-F
CV-F
804
Cumulative
(%)
Acumulado (%)
Mass (%)
(%)
Masa (%)
Mass
4
FA-C
C
OPC
FA-F
BC
CPuz
OPC
FA-C
CV-C
BC
FA-F
CV-F
603
3
402
2
1
201
0
0
0.1
1.0
10.0
100.0
Tamaño
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0.1
0.0
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