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Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento de Ingeniería y gestión de la construcción

Tarea 02: HIDRATACION DEL HORMIGON Y ESTIMACION DE FASES y PROPIEDADES MEDIANTE SOFTWARE VCCTL

Curso: Tecnología del Hormigón – ICC 3124 Profesor: Mauricio López

Integrantes: Santiago De La Fuente Vicente Errázuriz

18 de Abril de 2019

Introducción, presentación del programa y programa experimental:

El uso de escorias es una práctica común en las dosificaciones de materiales cementicios actualmente en la industria. En esta tarea se pretende analizar los efectos de este material de mezcla cementicia en las mezclas de hormigón En el presente informe se pretende usar el programa VCCTL9 para simular el comportamiento de curado de distintas mezclas de hormigón. El programa en cuestión logra una simulación de los procesos químicos, térmicos y físicos del proceso de curado de una mezcla de hormigón que el diseñe Para esta tarea en particular se debió diseñar distintas mezclas de hormigón hecho con el cemento de tipo 136 del programa, una proporción de 0.4 en volumen de agregados gruesos del tipo “ASTM 57 stone”, una proporción en 0.24 en volumen de agregados finos del tipo “AASHTO proficiency sand 39” y una razón agua-cemento (w/c) del 0.45. Se hicieron cuatro mezclas con las proporciones antes mencionadas con variación en los componentes del cemento propiamente tal. El parámetro que se varió fue el de la escoria (slag en inglés). Para poder comparar los resultados de la variación de la escoria se usaron incrementos del 10% en su contenido para cuatro mezclas, partiendo desde una mezcla sin escoria, es decir, se hicieron mezclas cementicias con 0%, 10%, 20% y 30% de escoria en proporción volumétrica En particular al programa se le pedirá como outputs los siguientes gráficos a) b) c) d) e) f) g)

Proporción volumétrica de CSH v/s tiempo Proporción volumétrica de SH v/s tiempo Proporción volumétrica de etringita v/s tiempo Proporción volumétrica de monosulfato v/s tiempo Calor de hidratación liberado v/s tiempo Grado de hidratación (degree of hydration “DOH”) v/s tiempo Porosidad v/s tiempo

Además se le pide al programa calcular para cada una de las mezclas la resistencia a compresión cilíndrica a 7 y 28 días.

Gráficos:

Figura 1 – Fracción en volumen de CSH v/s tiempo

Figura 2 – Fracción en volumen de Monosulfato v/s tiempo

Figura 3 – Fracción en volumen de Etringita v/s tiempo.

Figura 4 – fracción en volumen de CH v/s tiempo

Figura 5 – Calor de Hidratación v/s tiempo.

Figura 6 – Porosidad v/s tiempo.

Figura 7 – Grado de hidratación v/s tiempo.

Resistencia a Compresión [Mpa] 7 días 28 días

Mix1

Mix2

Mix3

Mix4

9.773 11.009

9.027 10.526

8.375 9.925

7.158 8.623

Tabla 1 – Resistencias a la compresión a los 7 y 28 días de las 4 mezclas.

Análisis y conclusiones:

En primer lugar, a partir de los gráficos que muestran la fracción en volumen v/s tiempo (Figuras 1,2,3 y 4) de los distintos compuestos que conforman la pasta de cemento, se puede analizar cómo estos van tomando cierto porcentaje o fracción volumétrica de la mezcla mientras se van hidratando con el tiempo. Como es de esperar estas reacciones son altamente agresivas en los primeros días de vida de la mezcla y se ralentizan y estabilizan con el tiempo. Como se ha visto durante el curso, no todos los componentes graficados se forman de manera instantánea ni perduran con el tiempo, más bien, existen algunos que toman un tiempo antes de empezar a formarse formar parte de la estructura final Analizando gráfico por gráfico, en primer lugar, tanto la Etringita como el CH son los compuestos que primero reaccionan con el agua, esto se puede observar en las Figuras 2 y 3 ya que las curvas salen del origen muy cercanas al eje y, que corresponde a la fracción en volumen del compuesto en cuestión. Esta es una observación medianamente cualitativa de los gráficos ya que los límites del eje x son muy extensos, por lo tanto no se logra apreciar mucho lo que pasa en las proximidades del origen, sin embargo, a partir de las diapositivas de clases podemos comprobar que la Etringita y el CH se forman a partir del minuto cero. Por otro lado, a pesar que a simple vista las curvas de la fracción en volumen del CSH v/s el tiempo también salen del origen, este no se forma a partir del minuto cero, sino que, según visto en clases, este se forma luego de las 2 horas de hidratación. El Monosulfato, a diferencia de los compuestos anteriores, reacciona con el agua luego de las 48 horas de hidratación, luego de que se alcanza el peak de fracción volumétrica de la Etringita. El Monosulfato es producto de la estabilización de la reacción de la Etringita, ya que se van agotando los sulfatos de la mezcla y por lo tanto se pierde concentración de estos y la capacidad de generar etringita. Por otro lado, analizando el aporte de la escoria en las mezclas de hormigón, en cuanto a la fracción en volumen v/s tiempo, se puede ver que mientras más escoria se agregue, menos participación volumétrica tienen los demás componentes de la pasta de cemento hidratada. Esto de cierta manera resulta obvio, ya que mientras más porcentaje del total de la mezcla es de escoria, menos será la proporción de los componentes activos analizados en los gráficos pedidos. Adicionalmente se puede notar que entre el CSH, el CH, la etringita y el monosulfato, la reacción más agresiva y rápida es la de la etringita ya que alcanza su peak alrededor de las 70 horas, mientras que los demás componentes alcanzan algún grado de estabilidad a las 500 horas o más. Analizando el calor liberado durante la hidratación (ver Figura 5), podemos ver claramente que mientras más porcentaje de la mezcla es conformada por la escoria, entonces más calor es liberado. Esta diferencia de calor liberado durante la hidratación, según Duan,

P., Shui, Z., Chen, W., & Shen, C. 2013, se explica porque la escoria ayuda a que exista más dispersión de agua libre, además, la escoria también provoca reacciones puzolánicas en la mezcla, liberando calor extra en la reacción. Lo anterior se puede relacionar directamente con los laboratorios hechos en este curso, en donde se logró apreciar que a mayor proporción de puzolanas mayor es la liberación de calor al ambiente ya que las reacciones puzolánicas son más exotérmicas que las de la pasta de cemento pura Analizando la porosidad interconectada, (poros que se van conectando desde el interior de la mezcla hacia el exterior) a medida que se va agregando cada vez más escoria, esta porosidad conectada disminuye (ver Figura 6), esto se contradice con los resultados de la resistencia a compresión (ver Tabla 1), ya que mientras más porosa es una mezcla más liviana es y por ende su densidad también disminuye, entonces al tener menores densidades, más bajas deberían ser sus resistencias, sin embargo, aunque la porosidad conectada disminuye con el aumento volumen participativo de escoria, la resistencia a la compresión de la mezcla ya endurecida disminuye. En un principio se pensó que a pesar de tener cada vez menos porosidad conectada, si puede haber un aumento de porosidad junto con la concentración de escoria, sólo que estos vacíos de aire podrían estar atrapados al interior de la mezcla sin tener ningún camino hacia el exterior. Sin embargo al investigar en la Literatura se encontró que la porosidad efectivamente disminuye (no solo la conectada sino que en general), esto descarta inmediatamente la hipótesis antes mencionada. Luego según el texto de Duan la integración de escorias en la mezcla cementicia debería aumentar la resistencia a compresión tanto de mortero como de hormigón, sin embargo, según el texto de Menédez este incremento en la resistencia del hormigón se debería manifestar en el largo plazo (más allá de los 28 días). De lo anterior se puede extraer de la literatura que la adición de escoria aumenta la resistencia a la compresión y disminuye la porosidad en la mezcla, sin embargo para apreciar el primer efecto se debe realizar un análisis de un plazo mayor a los veintiocho días.

Referencias:

Duan, P., Shui, Z., Chen, W., & Shen, C. (2013). Effects of metakaolin, silica fume and slag on pore structure, interfacial transition zone and compressive strength of concrete. Construction And Building Materials, 44, 1-6. Menéndez, G. V. B. B., Bonavetti, V., & Irassar, E. F. (2003). Strength development of ternary blended Han, F., He, X., Zhang, Z., & Liu, J. (2017). Hydration heat of slag or fly ash in the composite binder at different temperatures. Thermochimica Acta, 655, 202-210.