XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías UPADI 2012 ...
Contenido de la presentación.1. Estrategias de durabilidad.2. Tipos de ambiente marino.3. Fundamento de la nocividad...
1. Estrategias de durabilidad.
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1. Estrategias de durabilidad.¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? Regla de los cinco o ...
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1. Estrategias de durabilidad. ¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? REGLA GENERAL #1:Cuanto...
2. Tipos de ambiente marino.
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2. Tipos de ambiente marino.DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO. Representación esquemática de las tres subclases...
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Mar del Caribe.3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuac...
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3A. Propiedades del agua del Mar Caribe. SALINIDAD DEL AGUA DEL MAR CARIBE. ...
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3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. MÉTODO 1º.- Con el agu...
3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. ...
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3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hor...
A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuac...
3C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. ...
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3D. Elección de materiales para resistir este ataque. ...
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4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. B. Elección de materiales para resistir este ataque.4. Fund...
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4A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. Carbonataci...
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4B. Elección de materiales para resistir este ataque. Comparación de...
5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición ma...
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Nanociencia y nanotecnología.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente ...
A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?. B. Tipos de nanosílice. Nano...
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6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes? ...
6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes? 2ª ...
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6B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. Tipos de nanosílice ‘convencional’. ...
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6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y lamicrosílice en hormigones expuestos al ambiente marino. ...
6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y lamicrosílice en hormigones expuestos al ambiente marino Fundamento d...
Otras consecuencias positivas.Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales ce...
Otras consecuencias positivas.Las consecuencias sobre las propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido son entre...
I+D+i I+D+iDudas y preguntas…
XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías UPADI 2012 ...
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Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales cementantes expuestos al ambiente marino. Aplicación al caso del Mar Caribe

Presentada en XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías UPADI 2012La Habana, Cuba
Published on: Mar 3, 2016
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales cementantes expuestos al ambiente marino. Aplicación al caso del Mar Caribe

  • 1. XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías UPADI 2012 Simposio de la Química aplicada a la Construcción.Nanosílice estabilizada y microsílice para materialescementantes expuestos al ambiente marino.Aplicación al caso del Mar Caribe.Autores: Rafael Talero, Elena Téllez, Rubén Bayarri, José Manuel Fortuño, Roberto Pompiani y Alberto Delgado. Delgado Del 9 al 13 de abril de 2012. La Habana, Cuba.
  • 2. Contenido de la presentación.1. Estrategias de durabilidad.2. Tipos de ambiente marino.3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de en ambiente de exposición marino.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino. Otras consecuencias positivas.
  • 3. 1. Estrategias de durabilidad.
  • 4. 1. Estrategias de durabilidad. ¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? DEFINICIONES ÚTILES – Normas ISO 15686, Partes 1 y 2• Durabilidad: Capacidad de una construcción o de alguna de sus partes de desarrollar su funcióndurante un periodo de tiempo bajo la influencia de los agentes previstos durante su servicio.• Vida de servicio: Periodo de tiempo después de su construcción o instalación durante el cualuna construcción o alguna de sus partes satisfacen los requerimientos sobre sus prestaciones.• Prestación: Nivel cualitativo de una propiedad crítica en un momento determinado.• Predicción de la vida de servicio: Metodologías genéricas que, para un particular o apropiadorequerimiento sobre una propiedad, facilitan una predicción sobre la distribución de la vida útilde una obra o de sus partes para su uso en un particular o un apropiado entorno. “ […] la durabilidad es un objetivo de calidad para el ingeniero y el arquitecto, y el papel de ambos consiste en cumplir con los objetivos fijados al menor coste económico.” (Talero R. y Delgado A., 2012, “La durabilidad integral del hormigón”.- Documento privado).
  • 5. 1. Estrategias de durabilidad.¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? Regla de los cinco o Regla de Sitter.
  • 6. 1. Estrategias de durabilidad. ¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? ¿De qué depende la durabilidad de una estructura de hormigón? • Concepción del proyecto. • Diseño arquitectónico y estructural. • Elección de materiales. • Fabricación, construcción y control de obra. • Mantenimiento y protección. • Vida de servicio.“ TECHNICA PLURES, OPERA UNICA” - Eduardo Torroja Miret (1899-1961)
  • 7. 1. Estrategias de durabilidad. ¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA? REGLA GENERAL #1:Cuanto más pronto se actúepara garantizar la calidad deuna estructura de hormigón REGLA GENERAL #2: menor será el COSTE acumulado a lo largo de su El resultado de la suma de vida en servicio, y aún más los esfuerzos conjuntos larga será la misma. es mucho mejor que el REGLA GENERAL #3: obtenido a partir del conjunto de los esfuerzos Es deber del por separado. ingeniero y del arquitecto aplicar en todo momento el CÓDIGO DE BUENA PRÁCTICA.
  • 8. 2. Tipos de ambiente marino.
  • 9. 2. Tipos de ambiente marino. DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO. Subclases de exposición marina.La clase general de exposición “Marina (III)” es aquella cuando se produce el caso general decorrosión de las armaduras por los iones cloruro de origen marino. Y que a su vez puede ser decualquiera de los tres tipos siguientes:• Aérea (IIIa): Es el ambiente de exposición de elementos de hormigón armado de estructurasmarinas por encima del nivel de pleamar y de elementos exteriores de estructuras situadas amenos de 5 km de la línea costera.• Sumergida (IIIb): Es el ambiente en el que los elementos delas estructuras marinas se encuentran sumergidos.• En zona de carrera de mareas y en zonas de salpica-duras (IIIc): Se tiene para este caso los elementos de estruc-turas marinas situadas en la zona de carrera de mareas, esdecir entre los niveles de bajamar y pleamar. Se incluyenaquí las zonas que aún no estando entre estos niveles sufrenlas salpicaduras por agua de mar por el azote de las olas.
  • 10. 2. Tipos de ambiente marino. DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO. Mecanismos de interacción con el hormigón en función de la subclase de exposición.• En la subclase de exposición aérea (IIIa) el hormigón sufreprincipalmente la acción combinada de la carbonatación de-bida a la elevada humedad de la atmósfera y de la penetra-ción de los iones cloruro fruto del rocío o niebla marina.• En la subclase sumergida (IIIb) el hormigón permanece encontacto con los iones que contiene el agua de mar, por lo que estará sometido a los efectos que se le pueda causar por elcontacto con las especies químicas que contenga el mar y la interacción que se produzca en sumicroestructura debido al ingreso a través de su red porosa.• En la zona de carrera de mareas y de salpicadura (IIIc) el hormigón debe resistir además de lacarbonatación, si bien de menor intensidad que en el hormigón en zona aérea, debe tambiénmostrar un comportamiento adecuado al interaccionar con las especies químicas del agua demar. Además, hay que tener en cuenta que el hormigón se halla expuesto a la gran acción erosivaque en muchos casos tiene el agua de mar al romper con los mismos.
  • 11. 2. Tipos de ambiente marino.DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO. Representación esquemática de las tres subclases de exposición.
  • 12. 2. Tipos de ambiente marino. DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO. Connotaciones tropicales.Las condiciones de ↑↑↑ HR y T aceleran todos los procesos agresivos que sufre el hormigón. Salinidad = 35 a 36 g·ml-1
  • 13. 2. Tipos de ambiente marino. DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.La complejidad de este tipo ataque radica en factores de tipo:• químicos: entre otras, la composición del agua de mar y la del propio hormigón.• geométricos: la posición relativa con el nivel de las mareas, así como la forma de las piezas.• físicos y mecánicos: resistencia a la abrasión, al desgaste y a los ciclos hielo-deshielo. REGLA GENERAL #4 Un hormigón durable en ambiente marino en la zona sumergida no tiene por que serlo en la zona aérea o de carrera de mareas y de salpicadura. No en todos los casos el hormigón más adecuado es el mismo. Y para poder establecer, unas pautas de buena práctica, se deben conocer con detalle elfundamento de la nocividad de las diferente subclases de exposición marina sobre el hormigón.
  • 14. Mar del Caribe.3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 15. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. D. Elección de materiales para resistir este ataque. 3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 16. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. D. Elección de materiales para resistir este ataque. 3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 17. 3A. Propiedades del agua del Mar Caribe. SALINIDAD DEL AGUA DEL MAR CARIBE. SALINIDAD TOTAL / g·l-1 La salinidad total varía notablemente en Báltico 3a8 un mismo mar dependiendo de la zona y Negro 18,3 a 22,2 de unos mares a otros. Blanco 26,0 a 29,7 Es característica de los mares y océanos enMares Caribe 35,0 a 36,0 latitudes tropicales: Mediterráneo 38,4 a 41,2 • Su salinidad en la superficie aumenta Rojo 50,8 a 58,5 debido a la elevada evaporación. Atlántico 33,5 a 37,4 • En la proximidad de la desembocaduraOcéanos Pacífico 34,5 a 36,9 de ríos caudalosos se produce una Índico 35,5 a 36,7 disminución debido al efecto de su lago de Ontario 72 dilución.Lagoso mar Caspio 126,7 a 185,0 Por otra parte, esta agua con pH = 7 – 8 semares mar Muerto 192,2 a 260,0 comporta como ligeramente ácida frentecerrados lago de Elton 265 al hormigón.
  • 18. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. D. Elección de materiales para resistir este ataque. 3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 19. 3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. MÉTODO 1º.- Con el agua del mar real. Nota: Canales/Tanques de oleaje.Lo más deseable es la realización de estudios dedurabilidad química del cemento seleccionado, asícomo de corrosión de las armaduras, con el aguade mar al que vaya a estar expuesto el hormigónde la construcción. Museo subacuático de arte, Cancún (México) Laboratorio CEDEX-CEPYC Ministerio de Fomento (España) Si fuera posible es deseable realizar ensayos de resistencia a la abrasión y/o a la erosión en canales/tanques de oleaje. Su gran inconveniente es el reducido número de este tipo de instalaciones. Y si esto no fuera posible, deberá realizarse con un agua de mar sintética que sea representativa →
  • 20. 3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción I). Opción I: Agua sintética a partir del valor de salinidad del mar, océano o lago en cuestión. COMPOSICIÓN DEL AGUA ConcentraciónComponente Fórmula % VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MARCloruro 55,0085 SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICASodio Na+ 30,5935Sulfato SO 4 2- 7,7105Magnesio Mg2+ 3,6812Calcio Ca2+ 1,1740Potasio K+ 1,1342Bicarbonato HCO3- 0,4079 Mezcla yBromuro Br- 0,1890 disoluciónÁcido bórico H3BO3 0,0756 CantidadesEstroncio Sr2+ 0,0219Flúor F- 0,0037 REACTIVOS QUÍMICOS SALINIDAD TOTAL
  • 21. 3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción II). Opción II: ASTM D1141-98(2008) “Standard Practice for the Preparation of Substitute Ocean Water”. Concentración Componente g·l-1 NaCl 24,53 MgCl2 5,20 VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MAR Na2SO4 4,09 SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICA CaCl2COMPOSICIÓN DEL AGUA 1,16 KCl 0,695 NaHCO3 0,201 KBr 0,101 H3BO3 0,027 SrCl2 0,025 Mezcla NaF 0,003 y Ba(NO3)2 0,0000994 disolución Mn(NO3)2 0,0000340 Cu(NO3)2 0,0000308 Zn(NO3)2 0,0000096 Pb(NO3)2 0,0000066 SALINIDAD TOTAL AgNO3 0,00000049 Recalcular la cantidad de reactivos Salinidad Total 36,0321809
  • 22. 3B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón. MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción III). Opción III: A partir del procedimiento de Jaspers (1977), Rev. Mat. Constr., 704, 1/77, pp.51-58. AGUA #1 Concentración Componente g·l-1 VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MAR NaCl 23,625 MgCl2·6H2O 11,583 SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICACOMPOSICIÓN DEL AGUA MgSO4 4,725 CaSO4·2H2O 1,305 Salinidad Total 41,238 Mezcla (x5) y disolución AGUA #2 Concentración Componente g·l-1 NaCl 118,125 SALINIDAD TOTAL MgCl2·6H2O 57.915 MgSO4 23,625 Recalcular la cantidad de CaSO4·2H2O 6,525 reactivos Salinidad Total 206,19
  • 23. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. D. Elección de materiales para resistir este ataque. 3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 24. 3C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. Ettringita Especies iónicas potencialmente deletéreas 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2OCatión magnesio (Mg2+) y los aniones cloruro (Cl-) y sulfato (SO42-). Efecto expansivo (1:8 / 1:28,3) Sal de Friedel 3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O La formación de la sal de Friedel dificulta pero no impide totalmente el ataque agresivo de los iones sulfato en el agua de mar. Efecto colmatador
  • 25. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón. D. Elección de materiales para resistir este ataque. 3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
  • 26. 3D. Elección de materiales para resistir este ataque. Principios generales.El riesgo de que el hormigón sufra el ataque por los iones sulfato obliga a establecer determi-nadas especificaciones sobre la composición mineralógica de los materiales cementantes. Adiciones activas. Cemento. Carácter silícico o silícico-alumínico:  Contenido de SiO2r- > 60% Resistentes al agua resistentes al ataque  SiO2(%)/Al2O3(%) > 6 de mar (MR) por los sulfatos (SR) Investigaciones de R.Talero. Escorias siderúrgicas. C3A(%) + C3A(%) + C4AF(%) Las especificaciones dependen del tipo de Para porcentajes de reemplazocemento y de si incorporan algún tipo de adición. del 6% al 65%.  Al2O3(%)xCaO(%) < 425 NF P 18-506 - 1992: "Additions pour Actualmente no existe consenso. béton hydraulique. Laitier vitrifié moulu de haut-forneau".
  • 27. 3D. Elección de materiales para resistir este ataque. Cementos resistentes al ataque de los iones sulfato (SR) y al agua de mar (MR). (adaptado de la Instrucción para la Recepción de Cementos RC-08 de España). Especificaciones del clinker de los cementos Porcentaje de C3A% C3A% + C4AF Tipos de cemento resistentes adición SR MR SR MR cemento Portland 0%-5% ≤ 5,0 ≤ 5,0 ≤ 22,0 ≤ 22,0 con humo de sílice o microsílice (D) 6%-10% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0cementoPortland con escoria de alto horno (S) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0 con con puzolana natural (P) 6%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0adiciones con ceniza volante silíceas (V) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0 36%-65% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 con escoria de alto horno (S) 66%-80% - - - -cemento 81-95% - - - - con 11%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0adiciones cementos puzolánicos (D+P+V) 36%-55% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 (S) 18%-30% + cementos compuestos (S+P+V) ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 + (P+V) 18%-30%
  • 28. 3D. Elección de materiales para resistir este ataque. Cementos resistentes al ataque de los iones sulfato (SR) y al agua de mar (MR). (adaptado de la Instrucción para la Recepción de Cementos RC-08 de España). Especificaciones del clinker de los cementos Porcentaje de C3A% C3A% + C4AF Tipos de cemento resistentes adición SR MR SR MR cemento Portland 0%-5% ≤ 5,0 ≤ 5,0 ≤ 22,0 ≤ 22,0 con humo de sílice o microsílice (D) 6%-10% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0cementoPortland con escoria de alto horno (S) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0 con con puzolana natural (P) 6%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0adiciones con ceniza volante silíceas (V) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0 36%-65% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 con escoria de alto horno (S) 66%-80% - - - -cemento 81-95% - - - - con 11%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0adiciones cementos puzolánicos (D+P+V) 36%-55% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 (S) 18%-30% + cementos compuestos (S+P+V) ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0 + (P+V) 18%-30%
  • 29. 4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
  • 30. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. B. Elección de materiales para resistir este ataque.4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
  • 31. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. B. Elección de materiales para resistir este ataque.4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
  • 32. 4A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. Carbonatación ‘positiva’ frente a carbonatación ‘negativa’.En función del tipo de materiales cementantes del material, la carbonatación que se producepuede ser:• positiva, cuando se produce sobre la matriz de cemento Portland, o• negativa, cuando se produce sobre la matriz de cemento Portland que contiene adicionesactivas inadecuadas o en elevadas cantidades. Mecanismo de actuación sobre la microestructura del hormigón.1. El CO2(g) se disuelve en el agua superficial como CO2(aq).2. El CO2(aq) se transforma en HCO3- y CO32-.3. Estas especies químicas producen la descalcificación de la portlandita, Ca(OH)2, y también del gel CSH, lo que causa: a) La disminución del pH de la matriz cemento. b) La pérdida de integridad física de esta matriz.4. Cuando el frente de carbonatación llega a la armadura de acero se produce la corrosión generalizada de la misma.
  • 33. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón. B. Elección de materiales para resistir este ataque.4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
  • 34. 4B. Elección de materiales para resistir este ataque. Comparación de la durabilidad dediferentes cementosfrente al fenómeno de carbonatación.K. Sisomphon, L. Franke:“Carbonation rates of concretescontaining high volume ofpozzolanic materials”.-Cem.Concr.Res., 37, pp. 1647-1653, 2007.
  • 35. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino.
  • 36. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino.Dada la complejidad y severidad que el ambiente marino ejerce sobre el hormigón, para diseñarun hormigón durable en este tipo de ambiente, se debe antes de seleccionar los materiales,especialmente el cemento y las adiciones, y decidir cual de las siguientes estrategias seguir:• Química: consistente en seleccionar el cemento Portland (y, en su caso, adiciones) cuyacomposición mineralógica sea la más adecuada para que no se produzcan reacciones deletéreasen dicho ambiente.• Física: consistente en elaborar un hormigón muy impermeable,a base de elevadas cantidades de cemento o, mucho mejor, conelevadas cantidades de adiciones silícicas adecuadas.• Intermedia o físico-química: fruto de la combinación de ambas.El cemento Portland sin adiciones más adecuado es reemplazadomoderadamente por el uso conjunto de nanosílice estabilizada ymicrosílice. → La estrategia físico-química puede ser ‘a priori’ ser la opción más económica y durable de las planteadas.
  • 37. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino.¿Qué tipos de estrategias se pueden seguir a la hora de diseñar hormigones durables? Caso de las estructuras en ambiente de exposición marino (III).
  • 38. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino.• Estrategia Química: consistente en seleccionar el cemento Portland (y, en su caso, adiciones) cuya composición mineralógica sea la más adecuada para que no se produzcan reacciones deletéreas en dicho ambiente. Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #1
  • 39. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino. • Estrategia Física: consistente en elaborar un hormigón muy impermeable, a base de elevadascantidades de cemento o, mucho mejor, con elevadas cantidades de adiciones silícicas adecuadas. Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #2
  • 40. 5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en ambiente de exposición marino.• Estrategia química + Estrategia física = Intermedia o físico-química: fruto de la combinación deambas. El cemento Portland sin adiciones más adecuado es reemplazado moderadamente por el uso conjunto de nanosílice estabilizada y microsílice. Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #3
  • 41. Nanociencia y nanotecnología.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino.
  • 42. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?. B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino.
  • 43. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?. B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino.
  • 44. 6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes? 1ª Pregunta: ¿Qué es la nanosílice?• Composición química: Igual que el cuarzo o que la microsílice/humo de sílice (SiO2).• Estado cristalino: Sin ordenamiento estructural, amorfa. Por lo que su fórmula química seexpresa como SiO2r-.• Reactividad y eficacia como adición: Muy elevadas.• Tamaño de partícula: Las partículas de nanosílice tienen un tamaño de entre 3 y 150 nm (compárense con las partículas de microsílice cuyo tamaño está comprendido entre 200 y 1000 nm). Micrografía TEMSun Y, Zhang Z. y Wong C.P., (2005), J. Coll. Int. Sci., 292 (2), pp. 436-444
  • 45. 6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes? 2ª Pregunta: ¿Cómo actúa en los materiales cementantes? Reacciones químicas que se producen. Hidratación del cemento Portland: 3CaO·SiO2 + H2O → aCaO· bSiO2· cH2O + Ca(OH)2 gel CSH de dos orígenes 2CaO·SiO2 + H2O → aCaO· bSiO2· cH2O + Ca(OH)2Interacción con la nanosílice: nano-SiO2r- + Ca(OH)2 → xCaO· ySiO2· zH2O Diferencias en el gel CSH. Tipos de gel CSH Consecuencias.El gel CSH de origen nanosílice: El gel CSH de origen cemento cemento Portland Combinación• Posee una menor relación Ca/Si continúa creciendo sobre el de origen nanosílice. Lo que es origenque el de origen cemento Portland. también de un gel CSH de baja• Posee una menor densidad de densidad de defectos (cristalización).defectos cristalinos. H) 2 (O El material resultante posee unas• Se comporta como cristales Ca nano-SiO2r- muy buenas propiedades mecánicassemilla de óptimas propiedades y una menor porosidad.para subsiguientes cantidades de - +gel CSH. Defectos cristalinos Se obtienen materiales durables.
  • 46. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?. B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino.
  • 47. 6B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. Tipos de nanosílice ‘convencional’. Los tipos de nanosílcice ‘convecional’ son la nanosílice coloidal y la nanosílice precipitada. Comercialmente se presentan como InconvenientesNanosílice en polvo / Nanosílice en suspensión Los inconvenientes comunes de ambos tipos son: • Su elevado precio en comparación con otras adiciones. • Su dificultad de homogenización en el material cementante. • Pérdida de trabajabilidad del material en estado Hormigón fresco.de muy altaresistencia. • Su baja eficacia como adición activa, lo que causa que su dosificación sea más elevada de la necesaria. • En ocasiones, fisuración por un gran desprendi- Contenía nanosílice miento de calor. ensuspensión Adicionalmente, la nanosílice en polvo presenta acuosa. problemas para la salud de los trabajadores.
  • 48. 6B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. Nanosílice estabilizada. Características generales .Nuevo concepto de nanosílice. Desarrollada por ULMEN, no se trata ni de nanosílice coloidal niprecipitada, y no se presenta en suspensión acuosa ni en polvo.Este tipo de nanosílice se trata de un único producto, que incorpora también aditivos orgánicosde última generación (polímeros acrílico-carboxílicos, principalmente), entre otros componentes.La nanosílice se encuentra dispersa homogéneamente en el producto. Ventajas: Este tipo de producto posibilita la perfecta dispersión de la nanosílice en la masa del hormigón, evitando así los problemas comentados antes. Esto posibilita que la eficacia de la nanosílice sea la máxima posible.
  • 49. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?. B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada. C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino.6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable en ambiente marino.
  • 50. 6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y lamicrosílice en hormigones expuestos al ambiente marino. Colaboración Ulmen (España) y Tecnosil (Brasil)El muy diferente tamaño de partícula convierte aambos materiales en adiciones silícicas activastotalmente diferenciadas, tanto por su eficienciacomo por el fundamento de su actuación, lo queproporciona propiedades diferentes a los productoselaborados con ellos por separado.Su efecto es totalmente complementario.Ambos tipos de adiciones pueden, e incluso deben, ser conjuntamente incorporadas a laproducción de hormigones durables en numerosos ambientes, y entre ellos frente al ataquemarino. Con su uso conjunto se obtienen mejores resultados que utilizándolas por separado. Construyendo un futuro sostenible juntos.
  • 51. 6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y lamicrosílice en hormigones expuestos al ambiente marino Fundamento de la sinergia entre la nanosílice estabilizada y la microsílice. Cemento Portland Originado por la hidratación del 1 + CH cemento Portland. Agua Inicio Originado por la reacción de la nanosílice con el CH. 2 Nanosílice estabilizada gel CSH(i) Se caracteriza por su ↓↓Ca/Si y ↓↓ densidad de defectos. Después de las El cemento Portland continúa primeras horas CH liberando CH, a la vez que genera gel CSH interno y gel CSHE externo. Al mismo tiempo reacciona la microsílice con 3 Microsílice gel CSHI el CH, generando gel CSH(ii). gel CSH(i) Parte del gel CSHE y el gel Después de los CSH(ii) crecen a partir de la red primeras días gel CSH(ii) del gel CSH(i) de excelente calidad.
  • 52. Otras consecuencias positivas.Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales cementantes expuestos al ambiente marino. Aplicación al caso del Mar Caribe.
  • 53. Otras consecuencias positivas.Las consecuencias sobre las propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido son entreotras:  menor relación agua/cemento para una determinada consistencia en hormigones de altas prestaciones,  buena mantención de la trabajabilidad o docilidad (asentamiento del cono de Abrams) incluso en climas cálidos,  permite reemplazar determinada cantidad de cemento manteniendo las propiedades e incluso mejores.  un aumento de la resistencia mecánica inicial y mayor resistencia mecánica con igual e incluso menor contenido de cemento Portland,  mayor resistencia a la segregación y a la exudación superficial, lo que le confiere además un mejor acabado superficial,  una permeabilidad extremadamente reducida al agua del hormigón y gran resistencia al transporte por difusión de especies iónicas; mayor durabilidad frente al ataque del agua de mar debido a los iones sulfato y al ingreso de los iones cloruro, y una menor carbonatación.
  • 54. I+D+i I+D+iDudas y preguntas…
  • 55. XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías UPADI 2012 Simposio de la Química aplicada a la Construcción.Nanosílice estabilizada y microsílice para materialescementantes expuestos al ambiente marino.Aplicación al caso del Mar Caribe.Autores: Rafael Talero, Elena Téllez, Rubén Bayarri, José Manuel Fortuño, Roberto Pompiani y Alberto Delgado. Delgado Del 9 al 13 de abril de 2012. La Habana, Cuba.

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