0

QUÍMICA DE MATERIALSEnginyeria Civil, 2011

Química dels ciments: Ciments amb addicions

1

FINALITAT DE LFINALITAT DE L’’ADDICIADDICIÓÓ�� Millorar alguna de les propietats del ciment:Millorar alguna de les propietats del ciment:

• Barreja.• Quantitat d’aigua (Estalvi).• Treballabilitat.• Calor d’hidratació (Disminució).• Velocitat d’hidratació (Disminució).• Retracció (Disminució).• Durabilitat (Impermeabilització i resistència a las

agressions químiques).

�� Estalvi energEstalvi energèètic i de costos.tic i de costos.

�� Reciclar residus i subproductes Reciclar residus i subproductes de impacte ambiental.de impacte ambiental.

2

�� PUTZOLANES NATURALS I CALCINADES PUTZOLANES NATURALS I CALCINADES −−−−−−−− P i QP i Q�� CENDRES VOLANTS CENDRES VOLANTS −−−−−−−− V i WV i W�� ESCÒRIES ESCÒRIES −−−−−−−− SS�� FILLER CALCFILLER CALCÀÀRI RI −−−−−−−− L iL i LLLL�� FUM DE SILICE FUM DE SILICE −−−−−−−− D D �� ESQUISTOS CALCINATS ESQUISTOS CALCINATS −−−−−−−− TT

TIPUS DTIPUS D’’ADDICIONSADDICIONS

3

Les putzolanes naturalsputzolanes naturals corresponen a roques piroclàstiques fragmentàries de granulometria fina.

SSóón les cendres volcn les cendres volcààniquesniques

Pedrera de materials putzolànics, Almodovar del Campo.

PUTZOLANESPUTZOLANES

4

�� NONO tenen hidraulicitat.

� Tenen reaccireaccióó putzolputzolàànicanica:

� Amb aquesta reacció:� Disminueix la proporció de CH i augmenta la de CSH, producte

de l’enduriment.

� Millor durabilitat.� Contribució a la resistència a llarg termini.� Velocitat de reacció lenta i menor calor

d’hidratació que el ciment sense addició.

� Putzolanes naturals (P):

- Material volcànic.

� Putzolanes calcinades (Q):- Argiles calcinades a 1000ºC (Adquireixen reacció putzolànica).

PUTZOLANES (silicoaluminats) + CH + H → C-S-H + C-A-H

CARACTERCARACTERÍÍSTIQUES DE LES STIQUES DE LES PUTZOLANES PUTZOLANES –– P i QP i Q

5

� En vies de comunicació, com a àrid antilliscant, com a filler en capes de rodament.

� Com a additiu filtrant o drenant: camins, camps d’esports, jardins...

� En sòl-ciment.

� Matèria primera per a prefabricats: bovades, tubs de drenatge...

� Com a àrids lleugers.

� Com a abrasius.

� Com a aïllants.

� En la fabricació de formigons.

Com a addició en ciments, ciments putzolànics.

APLICACIONS DE LES PUTZOLANESAPLICACIONS DE LES PUTZOLANES

6

Les cendres volantscendres volants són materials inorgànics pulverulents produïts durant els processos de combustió i gasificació del carbó.

Estan constituïdes per partícules esfèriques.

�� ComposiciComposicióó QuQuíímicamica: Principalment SiO2 i Al2O3, i en menor proporció per òxids de Ca, Fe, S… i elements traça,

�� ComposiciComposicióó MineralògicaMineralògica: Principalment quars, mullita, magnetita, anortita-albita, anhidrita, ettringita, tridimita-cristobalita, hematites i calç.

Central GICC de ELCOGAS, Puertollano.

CENDRES VOLANTSCENDRES VOLANTS

7

Cendres volants amb morfologia de cenosfera.

Les mides són de l’ordre de micres.

CENDRES VOLANTSCENDRES VOLANTS

MicroscopiaMicroscopia electrònica:electrònica:

8

� La seva composicicomposicióó és variablevariable en funció del tipus de ganga que porta el carbó.

� La pèrdua de pes després d’una hora de calcinació, < al 7% de la seva massa.

�� ClassificaciClassificacióó:

a)a) Cendres Cendres ssíílicolico--aluminosesaluminoses ((VV) ) de gangues argiloses. Composició semblant a les putzolanes (silicats alumínics de baix contingut en cal).

Han de tenir un contingut en calç total que no superi el 10 % i la calç lliure no ha de ser més gran del 2,5%. Corresponen a les cendres del tipus F de les normes ASTM.

b) Cendres b) Cendres ssíílicolico--ccààlciqueslciques ((WW) ) de gangues calcàries. Tenen aluminosilicats càlcics i quantitats significatives de cal lliure (CaO). Corresponen a les cendres del tipus C de les normes ASTM.

Les Les ssíílicolico--ccààlciqueslciques a ma méés a ms a méés poden tenir reaccions ds poden tenir reaccions d’’hidratacihidratacióó!!

CENDRES VOLANTS CENDRES VOLANTS −−−−−−−− NORMATIVANORMATIVA

9

� Són subproductes de la indústria metal·lúrgica que s’obtenen al refredar-se ràpidament els residus dels alts forns. Estan formats per aluminosilicats càlcics i magnèsics.

� Estan en estat vitri (passen ràpidament de temperatures d’alts forns, de més de 1.700 ºC, a temperatura ambient).

ComposiciComposicióó ququíímica:mica:

C (CaO) = 35-48 %S (SiO2) = 26-44 % A (Al2O3) = 10-26 %M (MgO) = 2-16 %.

ESCÒRIES ESCÒRIES −−−−−−−− SS

10

La presència d’hidròxids forts, CH, afavoreix la formació dels silicats i els aluminats hidratats:

Escòries + CH + H Escòries + CH + H �������� CC--SS--HH i i CC--AA--HH

ESCÒRIES ESCÒRIES −−−−−−−− SS

11

� Pols calcària formada per més del 75% de carbonat de calci.

� El tipus tipus LL: No superen el 0,5% de carboni orgànic total (TOC).

� El tipus tipus LLLL: No superen el 0,2% de matèria orgànica pel TOC.

� Químicament inerts.

� Acció física per la seva finor.

� Al diluir la quantitat de clínquer, baixa notòriament la calor d’hidratació.

� Donen menys resistències mecàniques a curt termini.

� Rebaixen el preu final del ciment.

FILLER CALCARI FILLER CALCARI −−−−−−−− L i LLL i LL

12

FILLER CALCARI FILLER CALCARI −−−−−−−− L i LLL i LL

No dNo dóóna lloc a cap reaccina lloc a cap reaccióó amb la resta de amb la resta de components!components!

13

Subproducte que es forma en els processos d’obtenció del silici o dels aliatges de ferro-silici en forns d’arc elèctric.

FUM DE SILICIFUM DE SILICI

14

� És una pols molt fina, de forma esfèrica, i mida de l’ordre de 0'1 µm.

� Amb una superfície específica de 15.000 m2/kg, és més fina que el ciment pòrtland (300 m2/kg).

FUM DE SILICIFUM DE SILICI

15

� Formada per més d’un 85% de silici (SiO2) amorf.

� Presenta reactivitat reactivitat putzolputzolàànicanica, i degut a la seva finor, és molt reactiva, aconseguint altes resistències mecàniques a curt termini.

(Fum de Silici) S + CH + H (Fum de Silici) S + CH + H �������� CC--SS--HH

FUM DE SILICIFUM DE SILICI

16

CARACTERCARACTERÍÍSTIQUESSTIQUES PROPIETATSPROPIETATS UTILITZACIUTILITZACIÓÓ

CIMENT AMB BAIX CONTINGUT D’ADDICIONS

ALTES RESISTÈNCIES A CURT TERMINI.ALTA CALOR D’HIDRATACIÓ

FORMIGONS D’ALTA RESISTÈNCIA A CURT TERMINI.FORMIGÓ PRETENSAT.

ALT CONTINGUT DE CLINQUERALT CONTINGUT DE C3S, C2S, C3A i C4AF

MOLT ALTERABLE PELS SULFATS � ETRINGITA.MOLT ALTERABLE PER AIGÜES TOVES �DISSOLUCIÓ Ca(OH)2.RETRACCIÓ ALTA

NO FORMIGÓ EN GRANS MASSES ���� MOLT DESPRENIMENT DE CALOR.

NO CONTACTE AMB AIGÜES AGRESSIVES.

CIMENT AMB ALT CONTINGUT D’ADDICIONS

BAIXES RESISTÈNCIES A CURT TERMINI, AUGMENTEN A LLARG TERMINI.

FORMIGONS AMB TEMPS DE CURAT LLARGS.

BAIX CONTINGUT DE CLINQUERBAIX CONTINGUT DE C3S, C2S, C3A i C4AF

BAIXA CALOR D’HIDRATACIÓ.POC ALTERABLE PELS SULFATS.POC ALTERABLE PER AIGÜES TOVES.BAIXA RETRACCIÓ.

SI FORMIGONS EN GRANS MASSES.SI FORMIGONS EN CONTACTE AMB AIGÜES AGRESSIVES.NO FORMIGONS PRETENSATS.

IDE

ES

PR

INC

IPA

LS

IDE

ES

PR

INC

IPA

LS