Efecto de los agregados en las mezclas cementantes

Agregados ptreosEs el componente mayoritario de las mezclas cementicias, conforman entre el 70 y el 80 % del volumen de la mezcla.Al referirnos a mezclas cementicias nos referimos bsicamente a morteros, pegantes cermicos y concretosSus caractersticas afectan las propiedades de las mezclas en estado fresco y endurecido.En su gran mayora son materiales inertes en la mezcla, es decir que no reaccionan qumicamente con ningn elemento de la mezcla.En el caso de agregados que sean reactivos, se debe evaluar su reactividad y su impacto en la mezcla para que sea tenido en cuenta en el diseo de la misma.La principal razn de su porcentaje alto en las mezclas es porque su costo es mucho menor al del cemento entre otras ventajas.La medicin y el conocimiento de sus caractersticas es fundamental al momento de hacer el diseo de mezclas.

Caractersticas de los agregadosSolidezFormaGradacinGravedad especifica y absorcinMasa unitaria y vaciosHumedadSustancias dainas: Carbn lignito y materia orgnicaReactividad lcali-agregadoDesgasteTerrones de arcilla y partculas deleznables

Caractersticas de los materiales en el diseo de mezclasGranulometra : Favorece el acomodamiento de ellos en la mezcla. relaciona la cantidad de superficie en la interface con la pasta de cemento.Modulo de finura : Condiciona las condiciones superficiales y de acabado de la mezcla en estado endurecido, afecta la demanda de agua.Densidad aparente : Es la principal caracterstica para optimizar tiempos de mezcla, tiempos de fraguado y curado.Absorciones : Determina la capacidad de adhesin mecnica entre la superficie de los agregados y la pasta de cemento y se refleja en las propiedades mecnicas de la mezcla endurecida.Masas unitarias : Relacionan la capacidad de acomodamiento de los agregados, afecta la fluidez y las propiedades mecnicas.Humedades : Determinan la cantidad de agua que hay que adicionar, esta debe estar en la cantidad necesaria en la mezcla.

GranulometraLa granulometra o gradacin impacta varias propiedades de las mezclas como: La densidad del elemento vaciado, el contenido de vacios, las propiedades mecnicas, la trabajabilidad y la durabilidad entre otras.Adems del anlisis granulomtrico por mallas se miden algunos aspectos importantes como el modulo de finura y el tamao mximo nominal.Una de las variables ms significativas que afecta la granulometra es el consumo de agua para determinada consistencia de mezcla.El tamao mximo de agregado impacta el rea especifica de los agregados, el consumo de agua y la cantidad de pasta para recubrirlos.Los dos principales tipos de gradacin que encontramos son las gradaciones continuas y discontinuas, la primera tiene granos de todos los tamaos, la segunda carece de algunos tamaos de granos.Otra variable que se desprende de la granulometra es el modulo de finura en agregados finos, mayor modulo de finura expresa una arena ms fina.

GranulometraLa granulometra de una mezcla impacta propiedades en estado fresco como la trabajabilidad, la segregacin y la exudacin o sangrado. En estado endurecido impacta el empaquetamiento, la densidad, las propiedades mecnicas, la permeabilidad y la durabilidad.La tendencia a nivel de granulometras es que estas sean continuas empleando diferentes modelos granulomtricos, sin embargo las granulometras discontinuas tienen aplicaciones especiales.

GranulometraGranulometra de tres granos.Granulometra de dos granos.Granulometras empleando diferentes modelos granulomtricos.

Tamao mximo nominal del agregadoEl tamao mximo nominal afecta de forma directa el rea superficial del agregado, mayor tamao mximo nominal produce menores reas superficiales. Menores valores de rea implica menor consumo de agua para lubricar y menor contenido de pasta de cemento para recubrir.

Tamao mximo nominal de agregadoLas graficas ilustran como impacta el tamao mximo nominal el contenido de agua y el consumo de cemento para una resistencia determinada en la mezcla, manteniendo constantes la relacin agua/cemento y el asentamiento medido con el cono de Abrams. Mezclas con agregados ms gruesos son ms rgidas.

Modulo de finura de la arenaEn una arena se considera el modulo de finura y la continuidad de los tamaos. El valor aceptable est entre 2,2 y 3,1. Valores mayores a 3,1 (Arena gruesa), la mezcla es poco trabajable, faltando cohesin entre los componentes, requiere ms cemento para mejorar la trabajabilidad. Valores menores a 2,2 producen mezclas pastosas con ms consumo de cemento y agua, poseen mayor rea superficial, incrementan la posibilidad de agrietamiento por contracciones por secado.

AbsorcinEs la propiedad que ms influye en la consistencia de la mezcla, las partculas absorben agua de forma directa durante el mezclado disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. Agregados con altas absorciones aumentan el consumo de agua en la mezcla, lo cual puede afectar otras propiedades de forma considerable como la contraccin por secado, agregados con bajas absorciones presentan bajas contracciones.

PorosidadTiene dos efectos en las mezclas, el primero esta relacionado con el consumo de agua, una mayor porosidad abierta requiere ms cantidad de agua para saturar dichos poros, el segundo efecto esta relacionado a una mayor fuerza de adhesin, agregados gruesos con mayor densidad y resistencia al desgaste tienen menor porosidad y una menor adherencia a la pasta de cemento.Los poros abiertos son los que contribuyen al consumo de agua.

Humedad de los agregadosEsta relacionada con una humedad de poros y una humedad libre. La humedad de poros relacionada a la porosidad de los agregados est asociada al tamao de sus poros, su permeabilidad y la cantidad o volumen total de poros. La humedad libre referida a la pelcula superficial de agua que rodea el agregado, esta se calcula por la diferencia de la humedad total y la absorcin del agregado, si la humedad libre es positiva, el agregado aporta agua a la mezcla, si por el contrario es negativa, el agregado quita agua a la mezcla.

Humedad de los agregados

1 metro cubico de mezclaCantidad de cemento (kg)Cantidad de agregado (kg)Humedad de los agregadosAgua en la mezclaAgua/cemento3002000142800,93122400,80102000,6781600,5371400,4761200,4051000,334800,27

Masas unitariasSe mide la masa unitaria a diferentes combinaciones de agregados y se selecciona la que de la mayor compacidad, la mezcla que de la mayor masa o peso unitario ser la que tenga el menor contenido de vacios y las mayores propiedades mecnicas.

Efecto de las propiedades de los agregados en el concreto

Fillers mineralesLas caractersticas que ms interesan de los polvos minerales son:Finura : Es fundamental porque entre mayor sea, mayor es la cantidad de partculas para un peso de material y mayor capacidad de llenar espacios vacios tiene.Forma: Tiene la capacidad de modificar la reologia de una mezcla, fillers con partculas ms redondeadas tienen la capacidad de conferir una mayor fluidez a una mezcla que filler angulares, otro aspecto es el consumo de agua, generalmente fillers ms redondeados consumen menos agua.Distribucin del tamao de partcula: Mientras que la finura habla del rea superficial que tiene el llenante, esta habla de la distribucin de los diferentes tamaos de partculas presentes.Naturaleza mineral del filler: Afecta la reactividad con los componentes de la mezcla, si hay materiales reactivos estos deben actuar en corto tiempo para evitar problemas de cambios dimensionales que producen fisuracin en las estructuras.

Filler calcreoLa forma romboedrica del carbonato de calcio lo hace ideal para optimizar el empaquetamiento de partculas y aumentar la densidad de la mezcla de concreto.

Estudios de la reactividad del carbonatoEl instituto Wilelm Dyckerhoff detecto afinidad con el yeso.En el 2002 la universidad de Delft detecto reactividad.La universidad de Kassel detect reactividad en estudios preliminares en el 2003.La universidad de Weimar public en el 2003 estudios de reactividad cataltica.

Filler calcreoEl filler calcreo es mayoritariamente carbonato de calcio (CaCO3), y produce 4 efectos: Llenante, incrementa la velocidad de hidratacin del clinker, forma carboaluminatos, y modifica la microestructura.Como llenante aporta a la granulometra, ocupando espacios disponibles mejorando la distribucin de partculas aumentando la compacidad e incrementando las resistencias tempranas por ocupar mejor los espacios.El incremento en cantidad y el grado de finura aceleran la hidratacin del C3S y el CSH la incorpora en su estructura. Los iones Ca+ del carbonato aceleran el proceso de cristalizacin de las fases de CSH, aportando centros de nucleacin y modificando la hidratacin superficial del C3SLa reaccin del CaCO3 de la caliza con el C3A, forma carboaluminato de calcio, algunos autores consideran que estos compuesto contribuyen a la resistencia a la compresin y a la resistencia a sulfatos en reemplazos de hasta el 10%. La hidratacin temprana es dentro de las primeras 10 horas.Una alta cantidad modifica la microestructura formando cristales ms largos de Ca(OH)2 que se concentran formando puentes entre los granos del material calcreo logrando una estructura ms compacta.

Efecto de filler La forma rombodrica de la partcula de carbonato de calcio optimiza el empaquetamiento de las mezclas y densifica la mezcla.Efecto de llenante del carbonato de calcio en una mezcla cementante.

Velocidad de hidratacinLos principales del clinker son C3S (Silicato triclcico), C2S (Silicato diclcico), C3A (Aluminato triclcico), C4AF (Ferroaluminato tetraclcico).El C3S y C2S son los principales responsables del desarrollo de resistencia.El C3S desarrolla resistencia temprana hasta los 28 das y el C2S a partir del 7 da.El carbonato acelera la hidratacin del C3S sobretodo a edades tempranas contribuyendo al desarrollo de resistencia temprana, este efecto se atribuye a una modificacin de hidratacin superficial del C3S y a un efecto de nucleacin.

Filler calcreoPruebas de resistencia a la compresin medidas en morteros normalizados (a/c = 0,5) curados en condiciones normalizadas (20 C y humedad relativa mayor al 95%)

Aplicaciones en concretoFabricacin de concreto: Premezclado, hecho en obra, mezclas secas empacadas.Concreto lanzado.Prefabricados.Concreto auto-compactante.Adobes.Bloques.Tubera.Pavimentos.Concretos arquitectnicos.

Ventajas de usos en el concretoMejora la resistencia con bajos tiempos de fraguado se han reportado valores de hasta un 40 % en concretos hechos con cementos tipo I.Mejora la fluidez de la mezcla.Mejora la plasticidad y la trabajabilidad.Mejora los acabados del concreto aplicado.Reduce la eflorescencia.Disminuye la segregacin.Disminuye el consumo de energa en el bombeo.Reduce de forma significativa la abrasin.