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 VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos, Gandía 2002 739-747 739 ACTIVACIÓN ALCALINA DE HUMO DE SÍLICE EN MORTEROS DE CEMENTO: ESTUDIO DE RESISTENCIAS MECÁNICAS C. Suesta; M.J.L. Tendero; I. Beleña Asociación de Investigación de las Empresas de la Construcción (AIDICO) Parque Tecnológico Avda. Benjamin Franklin, 17 46980 Paterna - VALENCIA RESUMEN En el presente trabajo se ha estudiado el efecto de varias adiciones alcalinas así como de la temperatura de curado a 20 y 40 ºC, en las propiedades mecánicas de morteros con humo de sílice en un 15 % de sustitución de cemento. Las adiciones estudiadas fueron: NaOH, KOH, Na 2 CO 3 , silicato potásico y sódico. Se demuestra mediante RMN de 29 Si que la adición de silicato sódico favorece un aumento del grado de entrecruzamiento de las cadenas de CSH (mayor proporción de Q 3 ) que se refleja en una mejora de la resistencia a compresión, y también que el aumento de la temperatura de curado acentúa dicho efecto. En general, los valores de la resistencia mecánica a compresión hasta los 28 días de todos los morteros curados a 20ºC mejoran respecto del mortero control, destacando a tiempos cortos la activación producida por el silicato sódico con un 68% de incremento. A los 56 días de curado, los valores de los morteros con adición de hidróxidos disminuyen ligeramente respecto al mortero control, mientras que para el resto de adiciones activantes las resistencias mejoran, un 19% para el silicato sódico, y en torno al 9 % para el silicato potásico y el carbonato sódico. El estudio realizado a 40ºC muestra una evolución similar a la observada a 20ºC, con la diferencia de que el aumento de temperatura favorece de forma especial la activación de la reacción puzolánica a tiempos cortos (3 y 7 días). En cuanto a las resistencias a flexión, cebe destacar que mejoran ligeramente hasta los 28 días de curado y después se mantienen valores similares a los del control. Palabras clave Activación alcalina, humo de sílice, mortero, pasta de cemento, resistencia mecánica. 1. INTRODUCCIÓN El interés por la activación alcalina de puzolanas ha crecido últimamente como alternativa viable para la solidificación de residuos nucleares que a menudo son altamente alcalinos y presentan un grav e problema. Hasta la fecha, la mayoría de los trabajos realizados sobre activación alcalina de residuos puzolánicos se centran en el estudio de escorias de alto horno y cenizas volantes [1-6], encontrándose escasas investigaciones relacionadas con la activación alcalina del humo de sílice [7, 8]. Estos últimos trabajos se centran más en estudiar el efecto de los álcalis en la cinética y productos de la reacción puzolánica que en las  propiedades mecánicas a distintas edades. Brough y col. [9] por un lado y Justnes [10] por otro, han estudiado mediante MAS-RMN de 29 Si el efecto de la activación alcalina en la reacción puzolánica del humo de sílice. Estos autores han puesto de manifiesto el papel catalítico de los álcalis en la reacción puzolánica y su efecto sobre el grado de polimerización de las cadenas de CSH. Sin embargo, no se dispone de estudios del efecto de los activantes sobre las resistencias mecánicas.

Activacion Alcalina de Humo de Silice

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El interés por la activación alcalina de puzolanas ha crecido últimamente comoalternativa viable para la solidificación de residuos nucleares que a menudo son altamentealcalinos y presentan un grave problema. Hasta la fecha, la mayoría de los trabajos realizadossobre activación alcalina de residuos puzolánicos se centran en el estudio de escorias de altohorno y cenizas volantes

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  • VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecnicas de Slidos, Ganda 2002 739-747

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    ACTIVACIN ALCALINA DE HUMO DE SLICE EN MORTEROS DECEMENTO: ESTUDIO DE RESISTENCIAS MECNICAS

    C. Suesta; M.J.L. Tendero; I. Belea

    Asociacin de Investigacin de las Empresas de la Construccin (AIDICO)Parque Tecnolgico Avda. Benjamin Franklin, 1746980 Paterna - VALENCIA

    RESUMENEn el presente trabajo se ha estudiado el efecto de varias adiciones alcalinas as como de

    la temperatura de curado a 20 y 40 C, en las propiedades mecnicas de morteros con humode slice en un 15 % de sustitucin de cemento. Las adiciones estudiadas fueron: NaOH,KOH, Na2CO3, silicato potsico y sdico. Se demuestra mediante RMN de 29Si que la adicinde silicato sdico favorece un aumento del grado de entrecruzamiento de las cadenas de CSH(mayor proporcin de Q3) que se refleja en una mejora de la resistencia a compresin, ytambin que el aumento de la temperatura de curado acenta dicho efecto. En general, losvalores de la resistencia mecnica a compresin hasta los 28 das de todos los morteroscurados a 20C mejoran respecto del mortero control, destacando a tiempos cortos laactivacin producida por el silicato sdico con un 68% de incremento. A los 56 das decurado, los valores de los morteros con adicin de hidrxidos disminuyen ligeramenterespecto al mortero control, mientras que para el resto de adiciones activantes las resistenciasmejoran, un 19% para el silicato sdico, y en torno al 9 % para el silicato potsico y elcarbonato sdico. El estudio realizado a 40C muestra una evolucin similar a la observada a20C, con la diferencia de que el aumento de temperatura favorece de forma especial laactivacin de la reaccin puzolnica a tiempos cortos (3 y 7 das). En cuanto a las resistenciasa flexin, cebe destacar que mejoran ligeramente hasta los 28 das de curado y despus semantienen valores similares a los del control.

    Palabras claveActivacin alcalina, humo de slice, mortero, pasta de cemento, resistencia mecnica.

    1. INTRODUCCINEl inters por la activacin alcalina de puzolanas ha crecido ltimamente como

    alternativa viable para la solidificacin de residuos nucleares que a menudo son altamentealcalinos y presentan un grave problema. Hasta la fecha, la mayora de los trabajos realizadossobre activacin alcalina de residuos puzolnicos se centran en el estudio de escorias de altohorno y cenizas volantes [1-6], encontrndose escasas investigaciones relacionadas con laactivacin alcalina del humo de slice [7, 8]. Estos ltimos trabajos se centran ms en estudiarel efecto de los lcalis en la cintica y productos de la reaccin puzolnica que en laspropiedades mecnicas a distintas edades. Brough y col. [9] por un lado y Justnes [10] porotro, han estudiado mediante MAS-RMN de 29Si el efecto de la activacin alcalina en lareaccin puzolnica del humo de slice. Estos autores han puesto de manifiesto el papelcataltico de los lcalis en la reaccin puzolnica y su efecto sobre el grado de polimerizacinde las cadenas de CSH. Sin embargo, no se dispone de estudios del efecto de los activantessobre las resistencias mecnicas.

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    El objetivo del presente trabajo es comprobar si el uso de adiciones alcalinas puedeactivar la reactividad del humo de slice en morteros de cemento Portland con un 15 % desustitucin de cemento por humo a distintas edades de curado. Para ello se estudia el efectosobre las propiedades mecnicas a 1, 3, 7, 28 y 56 das y a dos temperaturas, 20 y 40 C.Diversos autores han atribuido el aumento de resistencia de los hormigones con adicin dehumo de slice a la formacin de un CSH ms denso y homogneo en la zona de interfaseentre la pasta de cemento y el rido. Se ha intentado comprobar la correlacin entre lasresistencias con el grado de polimerizacin del CSH. en ste estudio. Para ello se seleccionla adicin que mostr resultados mecnicos ms favorables, el silicato sdico, analizndosemediante MAS-RMN de 29Si el efecto de dicho activante y de la temperatura sobre laestructura del CSH adicional que se forma al reaccionar el humo de slice con el Ca(OH)2.

    2. PARTE EXPERIMENTAL

    2.1 Composicin de los morterosLos morteros ensayados contienen un 15% de humo de slice respecto de la masa total

    de cemento y puzolana. La dosificacin empleada en los morteros se describe a continuacin: 367.5 g de cemento Portland I 42.5 67.5 g de humo de slice 1350 g de arena normalizada del Instituto Eduardo Torroja agua/(cemento+humo) = 0.5, arena/(cemento+humo) = 3

    El humo de slice empleado es Sikacrete HD, una adicin que adems de humo de slicecontiene aditivos especiales. El tamao medio de partcula es 74.41 mm. Segn la fichatcnica, su adicin permite reducir la porosidad del hormign endurecido y obtener elevadasprestaciones mecnicas a compresin mientras que a flexotraccin se mantienen similares alas del control. El estudio de 29Si RMN reflej la presencia de un nico pico Q4 a d 107 ppmque refleja la estructura tridimensional amorfa de tetraedros de silicio compartiendo oxgenos.

    La composicin qumica de Sikacrete HD se resume en la siguiente tabla:

    Tabla 1: Composicin del humo de slice Sikacrete HDxidos SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K 2O TiO2 P2O5 P.C

    % 89.50 0.28 0.20 0.02 0.33 1.21 0.37 0.29 0.01 0.05 8.08

    Se han elaborado probetas de mortero de 4x4x16 cm3 de 6 composiciones diferentes. Lamuestra tomada como patrn de referencia para poder establecer comparaciones es aquellaque contiene cemento y humo de slice sin activar y que se nombra como P. El resto demuestras se nombran segn el activante que contienen unido a los das de curado mediante unguin. Tambin se han elaborado pastas con las mismas proporciones para realizar losensayos de determinacin de silicato clcicos hidratados y de 29Si RMN. Las pastas senombran igual que los morteros.

    Una vez elaborados los morteros se dejan durante un da en la cmara de curado a 20Cy ms del 90% de humedad relativa. Transcurrido el primer da, se desmoldan y se dejan curaren balsa de agua a las edades de 1, 3, 7, 28, 56 y 90 das a 20C y a 40C, segn corresponda.Para establecer la composicin de las disoluciones activantes y la cantidad en que se aadense parte de datos bibliogrficos sobre activacin de escorias de alto horno y cenizas volantes[3-5], y se realiza un estudio para determinar la composicin ptima desde el punto de vistade la resistencia mecnica. Se debe tener en cuenta que un exceso de activante puede originareflorescencias y no es econmicamente recomendable [6].

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    La composicin de las disoluciones activantes y las referencias empleadas para cadamortero o pasta se indican a continuacin en la Tabla 2:

    Tabla 2: Composicin de las disoluciones activantes y referencias de los morterosDisolucin

    Activante Composicin del activante

    Adicin (respecto de la

    masa de humo de slice) Referencia

    Control - - P (20C) P (40C)

    Silicato sdico 23.28% SiO2 7% Na2O 69.72% H2O 7% de Na2O 2.07% Na SilNa (20C) SilNa (4 0C)

    Silicato potsico26.5% SiO2 12.65% K2O 60.85% H2O 12.65% K2O 7.03% K SilK (20C) SilK (40C)

    Hidrxido sdico NaOH 8.09% Na NaOH (20C) NaOH (40C)

    Hidrxido potsico KOH 17.24% K KOH (20C) KOH (40C)

    Carbonato sdico Na2CO3 2.6% Na Na2CO3(20C) Na2CO3 (40C)

    2.2 Ensayos de resistencia mecnicaLas resistencias a compresin y flexin se midieron a 1, 3, 7, 28 y 56 das conforme a la

    norma UNE 83.821-92 Morteros endurecidos. Determinacin de las resistencias a flexin ycompresin. De cada amasada se obtienen 3 probetas que se ensayan a flexin y los 6medios prismas resultantes de dichas roturas se ensayan a compresin, obtenindose a partirde estos valores la media para cada amasada.

    2.3 Determinacin de silicatos clcicos hidratadosLa cantidad de silicatos clcicos que se forman en el proceso de hidratacin se

    determina ensayando con pastas en las que se mantienen las mismas proporciones decemento, agua, activante y humo de slice. Dichas pastas se curan a las mismas edades que losmorteros y una vez concluido dicho periodo se secan y se muelen. Calcinando a 420C unamuestra de pasta perfectamente seca se produce una prdida de masa que corresponde al aguacombinada en los silicatos clcicos hidratados (CSH) formados. As, el porcentaje de aguacombinada evaporada en la muestra es proporcional a la cantidad de CSH [11].

    2.4 Resonancia Magntica Nuclear de spin de ngulo mgico (MAS-RMN)Se ha empleado un equipo Varian 300 MHz a 7.0463 T equipado con una Sonda

    Multinuclear para slidos CP/MAS (Magic Angle Spinning), para obtener informacin acercadel entorno local de los tomos de 29Si presentes en las muestras estudiadas. Los espectros de29Si han sido adquiridos a 59.59 MHz, tomando como referencia el desplazamiento qumicodel tetrametilsilano (TMS). La velocidad de giro del rotor situado en el interior de la sondafue de 4500-4800 r.p.m. El tratamiento de datos se ha realizado con el programa WinFit2000junto con el Mestrec23.

    Esta tcnica es bastante til para determinaciones cualitativas y semicuantitativas delgrado de polimerizacin de los tetraedros de SiO2. El grado de polimerizacin se representapor Qn (n = 0, 1, 2, 3, 4) que distingue entre monosilicatos (Q0), disilicatos (Q1), cadenas desilicatos lineales (Q2), silicatos laminares (Q3) y redes tridimensionales (Q4). Los picos delespectro 29Si RMN-SAM correspondientes a estos distintos grados de polimerizacin apareceentre 67 y 77 ppm (Q0), -78 y 80 (Q1), -81 y 85 (Q2), -85 y 90 (Q3) y entre 91 y 130(Q4) [12]. Otra caracterstica de esta tcnica es que la intensidad del espectro es directamenteproporcional al nmero de ncleos de 29Si presentes, lo cual permite determinacionescuantitativas de los componentes de Si. Es por esto que constituye una valiosa herramienta deestudio de sistemas amorfos para la obtencin de informacin estructural y cintica.

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    3. RESULTADOS Y DISCUSIN

    3.1 Resistencia a flexinLa adicin de humo de slice se caracteriza por mantener la resistencia a flexin en unos

    valores similares a los de los controles que no contienen humo de slice. Tal y como semuestra en la Figura 1, si se aaden activantes se observa que, en el caso de curado a 20C,todas las muestras presentan una mayor resistencia a flexin que el control hasta los 28 das.Especialmente, durante los 7 primeros das se observa, en todas las curvas de resistencia delos morteros activados, un crecimiento mucho ms rpido. A los 7 das la resistencias desilNa-7, silK-7, NaOH-7, KOH-7 y Na2CO3-7 son un 22%, 26%, 29%, 30% y17% mayoresque la alcanzada por el control. Segn estos resultados, el mortero que presenta la activacinms efectiva durante esta primera etapa de curado es el que contiene hidrxido sdico.

    A los 28 das, la velocidad de crecimiento de la resistencia de las muestras disminuyepaulatinamente de manera que los valores de resistencia de silNa-28, silK-28, NaOH-28 yKOH-28 son similares a del control P-28, mientras que la resistencia del mortero Na2CO3-28sigue siendo un 32% mayor que dicho control. La activacin con Na2CO3 provoca laformacin de CaCO3, de manera que mejoran las propiedades mecnicas debido al efectofiller, al incremento del grado de hidratacin de la alita (C3S) y a la formacin decarboaluminatos del tipo C3A.CaCO3.12H2O [13, 14]

    A los 56 das las resistencias de NaOH-56, KOH-56 y silK-56 siguen en un intervalo devalores en torno al del control P-56 y por otra parte, las muestras silNa-56 y Na2CO3-56 sonun 8% mayores que el control. Se observa que al aumentar la edad de curado las diferenciasde resistencia entre los distintos morteros activados y el control se van reduciendo. Esto esindicativo de que, si bien con la activacin alcalina no se llegan a conseguir resistencias aflexin finales muy superiores a los controles sin activar, s que se consigue que elcrecimiento inicial sea mucho ms rpido.

    HSS 15% 20C

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    0 7 14 21 28 35 42 49 56 63Das de curado

    Rf

    (MPa)

    P 2 20C sil.Na 20Csil.K 20C NaOH 20CKOH 20C Na2CO3 20C

    Figura 1. Resistencia a flexin de los morteroscurados a 20C.

    HSS 15% 40C

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 7 14 21 28 35 42 49 56 63Das de curado

    Rf

    (MPa)

    P 2 40C sil.Na 40Csil.K 40C NaOH 401CKOH 40C Na2CO3 40C

    Figura 2. Resistencia a flexin de losmorteros curados a 40C.

    Cuando se realiza el curado a 40C, se observa en la Figura 2 que hasta los 7 das lasresistencias de los morteros activados son mayores que las del mortero control, destacando lasmuestras con KOH y NaOH, por encima de silNa, silK y Na2CO3 que presentan uncomportamiento ms discreto. A los 28 das se mantiene esa misma pauta de comportamiento,presentado las muestras KOH-28 y NaOH-28 unos incrementos de resistencia de un 31% y un19% respecto del valor del control P-28. Entre los 28 y los 56 das, la resistencia a flexin delcontrol mantiene el ritmo de crecimiento pero los valores de resistencia de las muestras silNa-56, silK-56,NaOH-56 y KOH-56 disminuyen respecto a los valores de 28 das, llegando aresistencias incluso algo inferiores a las del control en el caso de las tres primeras, mientras

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    que KOH-56 y Na2CO3-56 mantienen unos valores que superan al control en un 8.5%. Laexplicacin para este fenmeno podra ser que debido al efecto sinrgico de la temperatura yel activante los productos de reaccin se forma ms rapidamente, adquiriendo unadistribucin heterognea, y producindose una densificacin y una modificacinmicroestructural que provocan que los procesos de difusin se lleven a cabo de una formalenta y costosa, tanto ms cuanto mayor sea el tiempo de curado transcurrido [13, 15]. Laexistencia de aglomerados de partculas de humo de slice puede ser otra de las causas queimpiden la difusin y la reaccin [16]. El aumento de la temperatura de curado sobre losvalores de resistencia supone, un incremento en el valor de la resistencia a flexin a 40Crespecto del correspondiente valor a 20C, tal y como se observa en la Figura 3 en la que noaparecen incrementos negativos. El efecto de mejora de la resistencia a flexin ejercido por elaumento de la temperatura de curado es ms notable a edades tempranas, llegndose aduplicar en el caso de la resistencia inicial de la muestra NaOH-1. Este comportamiento seda tambin en el caso de la activacin de escorias ya que estudios anteriores han revelado que,a medida que transcurre el tiempo de curado, el efecto positivo de la temperatura vadesapareciendo, llegando incluso a ser un efecto negativo [13].

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    0 10 20 30 40 50 60

    Das de curado

    DRf

    silNasilKNaOHKOHNa2CO3P

    Figura 3. incremento de la resistencia a flexin debido al aumento de temperatura.

    3.2 Resistencia a compresinEl efecto de la adicin de humo de slice sobre las resistencias mecnicas se debe por

    una parte a un efecto fsico debido al efecto filler y por otra a un efecto qumico a debido asus propiedades puzolnicas. Si adems de humo de slice se aaden activantes a los morterosse espera que las propiedades mecnicas se mejoren aun en mayor medida.

    Considerando la evolucin de las resistencias a compresin para una temperatura decurado de 20C, se observa en la Figura 4 una mejora significativa hasta los 28 das con todoslos tipos de activantes. Este hecho se manifiesta, sobre todo, a los 7 das curado, siendo laresistencia a compresin de silNa-7 un 68% superior a la de P-7, seguida de la resistencia desilK-7 y Na2CO3-7 con un incremento del 52%. A los 28 das los valores de resistencia acompresin de NaOH-28 y KOH-28 se sitan en torno al control, mientras que la resistenciade silNa-28 sigue siendo superior al control en un 27%, y silK-28 y Na2CO3-28 en un 11%. Alos 56 das, los morteros NaOH-56 y KOH-56 presentan una resistencia a compresin inferioral control, Na2CO3-56 es similar a ste y slo silK-56 y silNa-56 lo superan, en un 8.8% y un19% respectivamente.

    Se observa en la Figura 5 que en las muestras curadas a 40C la adicin de todos losactivantes da lugar a resistencias a compresin mayores que las del control durante los 3primeros das. Es preciso destacar el valor correspondiente al Na2CO3-7 que llega a ser un17% superior al control. A los 28 das, la resistencia del control sigue siendo la menor junto

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    con la del mortero Na2CO3-28, el cual disminuye respecto de su valor a 7 das, mientras quela mayor resistencia corresponde a silNa-28, que es un 19.7% superior al control, seguida porsilK-28 con un 9% de incremento respecto del control. A los 56 das la mayor resistenciaalcanzada sigue siendo la de la muestra silNa-56 (15% mayor que el control) seguida deKOH-56. El mortero silK-56 alcanza una resistencia similar a la del control, al igual que elNa2CO3-56, mientras que NaOH-56 alcanza un resistencia inferior a la del control.

    HSS 15% 20C

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    0 7 14 21 28 35 42 49 56 63Das de curado

    Rc

    (Mpa)

    P2 20C sil.Na 20Csil.K 20C NaOH 20C

    KOH 20C Na2CO3 20C

    Figura 4. Resistencias a compresin de losmorteros a 20C.

    HSS 15% 40C

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    0 7 14 21 28 35 42 49 56 63Das de curado

    Rc

    (MPa)

    P 2 40C sil.Na 40C

    sil.K 40C NaOH 401C

    KOH 40C Na2CO3 40C

    Figura 5. Resistencias a compresin de losmorteros a 40C.

    El aumento de la temperatura de curado da lugar a unos valores de resistencia acompresin mucho ms homogneos que a flexin al igual que sucede en escorias activadas[12]. Al aumentar la temperatura de curado hasta 40C se produce un aumento significativo dela resistencia a compresin respecto de los valores a 20C a cortas edades. Dicha mejora delas prestaciones mecnicas, tanto a flexin como a compresin, que se manifiesta durante los7 primeros das, se debe a la accin conjunta de la temperatura y el activante.

    El grado de influencia de la temperatura sobre el valor de la resistencia a compresin,como era de esperar, disminuye a medida que transcurre el tiempo de curado, de manera quepara edades de 28 y 56 das las resistencias a alcanzadas con ambas temperaturas sonprcticamente iguales o incluso algo inferiores a 40C, tal y como se observa en la Figura 6.

    -20

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    Das de curado

    DR

    c

    silNasilKNaOHKOHNa2CO3P

    Figura 6. incremento de la resistencia a compresin debido al aumento de temperatura

    3.3 Relacin de la resistencia mecnica a compresin con el contenido en aguacombinada como CSH

    No se puede establecer una correlacin matemtica entre la resistencia a compresin yel contenido en agua combinada como CSH, pero resulta interesante mostrar las Figuras 7 y 8,que representan para cada activante la variacin del contenido de CSH y de las resistencias a

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    compresin a 20 y 40 C, para tres edades de curado (los puntos sucesivos de cada seriecorresponden a 3, 28 y 56 das).

    Se observa que para valores similares de resistencia a compresin el contenido en CSHpuede variar ampliamente de unas muestras a otras. Esto podra significar que los CSHformados segn cada mecanismo de activacin son de distinta naturaleza. Para el caso deescorias activadas ya se ha demostrado que los cambios en el pH inducidos por los distintosactivantes producen una variacin en la solubilidad de Si y Ca que provoca la formacin deCSH diferentes [17]. En la Figura 7 cabe destacar como a 20 C las muestras silNa y Na2CO3presentan contenidos de CSH menores que el patrn sin activar a todas las edades y sinembargo las resistencias son superiores. Por el contrario, para el resto de activantes se formamayor cantidad de CSH que en el patrn, no observndose mejoras tan significativas de laresistencia. Los valores de CSH ms bajos observados y las altas resistencias obtenidos con elNa2CO3 ya se ha comentado con anterioridad que puede deberse a la formacin decarboaluminatos. A 40C lo ms significativo es el cambio observado con el silNa respecto delos contenidos de CSH, ya que aumentan considerablemente en comparacin con el patrn yespecialmente a 3 das (19 % de incremento) sin que se produzcan cambio en la resistencia.

    HSS 15% 20C

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    % agua CSH

    Rc

    (MPa)

    P 20CsilNa 20CsilK 20CNaOH 20CKOH 20CNa2CO3 20C

    Figura 7. Resistencia a compresin vs %agua CSH para 3, 28 y 56 das, a 20C.

    HSS 15% 40C

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    30

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    5 6 7 8 9 10% agua CSH

    Rc

    (MPa)

    P 40C silNa 40CsilK 40C NaOH 40CKOH 40C Na2CO3 40C

    Figura 8. Resistencia a compresin vs % aguaCSH para 3, 28 y 56 das, a 40C.

    3.4 Caracterizacin de las muestras activadas con silicato sdico mediante MAS-NMR29Si

    Debido a las atas resistencias observadas en las muestras activadas con silicato sdico,se escogieron estas muestras para analizar el entorno local de los tomos de 29Si, ya que estonos podra informar acerca de la relacin entre el grado de polimerizacin (Qn) de las cadenasde CSH y las resistencias obtenidas. Se ha obtenido el espectro de 29Si de seis muestras: P-720C, P-7 40C, silNa-7-20, silNa-7-40, silNa-28-20 y silNa-28-40. Comparando losresultados de dichas muestras se puede estudiar el efecto del activante, silicato sdico, y elefecto de la temperatura de curado sobre los compuestos formados.

    En la Tabla 3 se resumen los desplazamientos qumicos de los picos asignados, ascomo el rea de los mismos en porcentaje respecto del rea total calculado a partir de lasintegrales de cada pico.

    El proceso de hidratacin de pastas de cemento Portland con adicin de humo de slicese caracteriza porque los monmeros Q0 correspondientes a la alita y la belita conforme vanreaccionando condensan generando unidades Q1 (silicatos terminales y disilicatos) y Q2(polisilicatos lineales) [10]. Se observan tambin picos Q4 correspondientes al humo de slicesin reaccionar. Los estudios encontrados en bibliografa demuestran que el producto final dehidratacin consiste siempre en unidades Q1 y Q2, no encontrndose en ningn caso Q3 y Q4

  • Suesta, Tendero y Belea

    746

    [10]. En la tabla 3 el dato ms relevante que se observa es que la adicin de silicato sdicoactiva el entrecruzamiento de las cadenas de CSH, observndose la aparicin de picos Q3 endetrimento de los picos Q2. El aumento de temperatura contribuye a aumentar la proporcinde unidades Q3 tanto a 7 como a 28 das. Esta mayor presencia de Q3 puede ser uno de losfactores que contribuyen al aumento de la resistencia. En la siguiente figura 9 se encuentranrespresentadas las proporciones relativas de Q1, Q2 y Q3 para las dos edades y las dostemperaturas.

    Tabla 3: Resultados del espectro 29Si RMN de varias muestrasQ0 Q1 Q2 Q3 Q4

    Muestra d ppm % d ppm % d ppm % d ppm % d ppm %P2-7 20C -70.5 31.01 -79.6 27.46 -84.9 20.1 0 -111.74 21.45P2-7 40C -70.6 21.57 -79.5 12.99 -85 36.22 0 -111.9 29.22

    silNa-7 20C -70.7 25.7 -78.98 10.4 -83.91 38.46 -93.7 2.1 -109.4 23.4silNa-7 40C -70.82 28.01 -79.1 17.99 -83.4 29.11 -92 4.26 -109.9 20.63silNa-28 20C-68.63 19.97 -77.03 23.7 -82.74 27 -90.79 1.8 -108.8 27.5silNa-28 40C -70.1 7.8 -77.6 30.5 -82.9 36 -90.9 7 -110.5 18.8

    Figura 9: Proporciones relativas de Qn

    4. CONCLUSIONES La activacin alcalina de los morteros de humo de slice y cemento produce un

    incremento significativo de las resistencias iniciales (hasta 28 das), tanto a flexincomo a compresin, de los morteros estudiados curados a 20C. y 40C.

    La accin conjunta de los activantes y el aumento de la temperatura de curado hasta40C produce un incremento todava mayor de las resistencias iniciales a compresin ya flexin. Este fenmeno se va atenuando a medida que transcurre el tiempo de curado.

    A tiempos cortos, los hidrxidos alcalinos potencian el incremento de la resistencia aflexin.

    A todas las edades la activacin con silicatos alcalinos dan lugar a una resistencia acompresin superior al resto, tal y como sucede con la activacin de escorias de altohorno.

    Una activacin inicial demasiado enrgica debido a la accin conjunta de activantes ytemperatura da lugar a disminuciones en la resistencia en periodos posteriores, tal ycomo sucede con la resistencia a flexin a 40C. Esto puede deberse a la existencia demateria que queda atrapada entre los productos de reaccin que precipitan de unamanera tan rpida que impiden los procesos de difusin.

    Las resistencias ms altas obtenidas para el silicato sdico pueden atribuirse al

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    Q1 Q2 Q3

    % Q

    n

    P-7 20C

    P-7 40C

    silNa-7 20C

    silNa-7 40C

    silNa-28 20C

    silNa-28 40C

  • VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecnicas de Slidos

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    entrecruzamiento de las cadenas de CSH, ya que en los espectros de MAS-NMR de 29Sise observa la aparicin de picos Q3.

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