Los Cementos Adicionados y La Durabilidad Del Concreto

7/25/2019 Los Cementos Adicionados y La Durabilidad Del Concreto

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LOS CEMENTOS ADICIONADOS

Y LA DURABILIDAD DEL CONCRETO

Ing. Ana Biondi Shaw


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Los cementos portland adicionados con

adiciones activas, son cementospertenecientes con todo derecho a lacategora Portland, ya que su utilizacin

ser para la misma CATEGORA RESISTENTE.

De all la tendencia normativa a agruparlosbajo una misma norma

CEN - ASTM - NTP

LOS CEMENTOS PORTLAND

ADICIONADOS


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CEMENTOS ADICIONADOS

ANTECEDENTES

Los romanos al mezclar calizas con puzolanas.

Los cementos puzolnicos fueron estudiados en Franciaalrededor de 1890

Los cementos de escoria de altos hornos se produjeron enFrancia en1887 y Alemania en 1892

El cemento con cenizas volantes aparece en :

- Francia en 1957

Los ms recientes son :

- Cementos con micro slica- Cementos con ceniza de cscara de arroz


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El gran desarrollo de los cementos

adicionados se debi bsicamentea :

- Primera guerra mundial

- Crisis del petrleo - 1973

- Durabilidad del concreto


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VENTAJAS DE LOS CEMENTOS ADICIONADOS

Ahorro de energa

- Proteccin del medio ambiente

- Uso de sub productos industriales- Mejora de propiedades de las mezclas


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ADICIONESEs evidente que en los ltimos 30 aos,el uso deproductos en el concreto tanto aditivos como

adiciones ha crecido en forma muy significativa.

El uso de los cementos adicionados ofreceposibilidad de uso de menos clinker para unamisma cantidad de cemento.

Por otro lado sirven para reducir las emisiones deCO2 al disminuir la cantidad necesaria de clinkerpara la fabricacin del cemento


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ADICIONES

La incorporacin de adiciones mejora muchas

propiedades del concreto fresco y endurecido:

-Control de la reaccin lcali-slice-Mejora la resistencia a los sulfatos-Reduce la evolucin del calor de hidratacin


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ADICIONESSe considera reactiva una adicin si cumple contres caractersticas:

- Alto contenido de slice,de forma que reaccioneen forma apropiada con el hidrxido de calcio

- Alto grado de calidad amorfa (vidrio)

- Alta superficie especfica,sea en formanatural(micro-slice) u obtenida por molido

(escoria)


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Son materiales naturales o artificiales dediferente origen.

No tienen poder cementante por s solas,pero molidas finamente y en presencia dehumedad, reaccionan con el hidrxido de

calcio, formando compuestos hidratadossimilares a los producidos en la hidratacindel cemento portland.

PUZOLANAS


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PUZOLANASLas puzolanas naturales son materiales crudos ocalcinados que tienen actividad puzolnica.

Tufos y cenizas volcnicasTierras de diatomeas

Para que sean activas deben encontrarse alestado vitreo ( amorfo) o poder ser llevadas adicho estado


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PUZOLANAS NATURALESMaterial conocido desde la antigedadIsla de SantorinPuzzuoliNo son de uso frecuente el los Estados UnidosPero s en otros paises como China,Italia yMejico.Las puzolanas naturales son productos vitreosformados basicamente por slice y almina loque les da una calidad cida de gran afinidadcon la cal y los lcalis.


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Cenizas Volantes

Residuo de la combustin del carbnusado en los hornos de las CentralesTermoelctricas.

Partculas esfricas entre 1 a 100 m

Dos tipos

- Bajo contenido de cal- Alto contenido de cal

PUZOLANAS ARTIFICIALES


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Micro - slicaSubproducto de la reduccin de cuarzo de alta purezen el proceso de tratamiento del mineral sliceo

Polvo extremadamente fino de partculas esfricacon un promedio de tamao de 0.1mm

Doble accin sobre las mezclas :

Qumicas : Con una alta actividad puzolnica.Fsica : Llenando los ms pequeos poros

Peso unitario : 200 a 300 kgs/m

PUZOLANAS ARTIFICIALES


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100

Equivalent Spherical Diameter, Microns

Figure 8-8 Comparisin of particle size distributions ofportland cement, fly ashes and condensed slica fume

20

40

60

80

0

TYPICALLOW-CALCIUM

FLY ASH

CONDENSEDSLICA FUME

TYPICALHIGH CALCIUM

FLY ASHASTM Type IPortlandCement

100 20 10 2 1 0.2 0.1 0.02 O.C.


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PUZOLANAS ARTIFICIALESCENIZA DE CASCARA DE ARROZLa cscara de arroz es uno de los desechos ms

perjudiciales y de menor valor proteico de ah ladificultad de su uso.La ceniza de esta cscara se

ha encontrado tiene actividad puzolnica

ARCILLAS TERMOACTIVADASAlgunos tipos de arcillas pueden activarse pormedio de calor (600a 900C)


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ACTIVIDAD PUZOLANICA

EVALUACION

QUIMICAPorcentaje de cal que fija el materialPorcentaje de SiO2+AL2O3 soluble despusde la reaccin con la cal

FISICAMtodo de la calMtodo del cemento


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Sub producto de la fabricacin del acero compuestocon xidos similares a los del cemento, pero mucho

menos xido de calcio.Muy importante es el mtodo de enfriamiento de laescoria, al salir del horno.

Enfriamiento rpido d lugar a su material vitreo

con propiedades hidrulicas latentes.

Enfriamiento lento, produce un material cristalino,sin actividad hidrulica, puede ser usado comoagregado.

ESCORIAS DE ALTOS HORNOS


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ESCORIA DE ALTOS HORNOS

La escoria toma parte activa en la hidratacindel cemento y produce modificacionessustanciales en la microestructura del cementohidratado volvindola ms densa y menospermeable.

Gracias a esto la adicin de escoria se logrnventajas en el concreto sobre todo enreferencia a la resistencia al ataque de sulfatosa la reaccin lcali slice y bajo calor dehidratacin


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Para lograr un ptimo resultado en laspropiedades del cemento adicionado el clinkerdebe tener alto contenido de C3S,ya que lacomposicin de la escoria es cercana alC2S,adems es importante la presencia de laportlandita en el clinker(Ca(OH)2.

Las propiedades hidrulicas de la escoria estn

determinadas por:Su composicin quimicaLa cantidad de material vitreo


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La escoria de altos hornos es ampliamenteusada como adicin al cemento en el mundosobre todo en Japon,Chin ,Alemania,EEUU yFrancia.

El consumo de la escoria en estos paises comoadicin de cemento alcanza a valores 1/3 a2/3 de la respectiva produccin.


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MICRO FILLER CALIZO

Las adiciones muy finas de materiales

supuestamente inertes son llamadas fillers.

El microfiller calizo interacta con losconstituyentes del clinker, jugando

bsicamente un rol fsico y contribuyendoal desarrollo de la resistencia a lacompresin.


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ACCIONES DEL MICROFILLER CALIZO

Llenado de vacos entre las partculas finas

Interaccin superficial por la que el hidrxido decalcio procedente de la hidratacin del cementose integra al elemento calizo, debido a la similitudde sus estructuras bsicas.

Aceleracin del efecto del C3S y C3A aumentandoresistencias tempranas


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NORMALIZACION

Normas Tcnicas peruanas

NTP 334.009 CEMENTOS PORTLAND.RequisitosNTP 334.082 CEMENTOS PORTLAND.

Especificacin de la PerformanceNTP 334.090 CEMENTOS PORTLAND

ADICIONADOS.Requisitos


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NORMALIZACION

NORMAS ASTM

ASTM C150- CEMENTOS PORTLAND.Requisitos ASTM C1157.CEMENTOS PORTLAND.

Especificacin de la Performance ASTM C595 CEMENTOS PORTLAND

ADICIONADOS.Requisitos


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NORMALIZACION

NTP 334.009

CEMENTOS Tipos I,II,II(MH) ,III,IV y V

NTP 334.090

CEMENTOS Tipos IP,IPM,IS, Ico,IL y IT

NTP 334.082

CEMENTOS Tipos GU,MS,MH,HE,HS y LH


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CEMENTOS EN EL PERU


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DURABILIDAD DEL CONCRETO

ASPECTOS BASICOS


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IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO

DR. P. KUMAR METHA

DONDE EL AGRIETAMIENTO TRMICO ES DE

PREOCUPACIN, EL ACERCAMIENTO MS RENTABLE DESDE

EL PUNTO DE VISTA DE LA DURABILIDAD ES USAR EL

MENOR CONTENIDO DE CEMENTO PORTLAND POSIBLE Y

UNA GRAN CANTIDAD DE ADITIVOS CEMENTANTES O DE

PUZOLANA.


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IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DELCONCRETO

P.KUMAR MEHTA La durabilidad del concreto llam la atencin en los EE.UU.

despus de la publicacin de un informe en 1987 por la

NATIONAL MATERIALS ADVISORY BOARD. Segn esteinforme aproximadamente 253,000 puentes de plataformade concreto algunos de ellos construidos haca menos de20 aos, se encontraban en distintos estados de deterioro y35,000 se agregaban a esta lista cada ao. En respuesta ala aparicin de fisuras en las plataformas de concreto de

los puentes, en los aos 70 la prctica de la construccin enlos EE.UU. Se dirigi gradualmente hacia el uso de mezclasde concreto con resistencias ms altas. Esto no parecehaber ayudado.


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IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO

DR. ADAM NEVILLE

ACTITUDES ANTERIORES

UNA PARTE DE LA DIFICULTAD PARA ESTABLECER LA IMPORTANCIA DE MI TEMA

SE DEBE AL HECHO DE QUE LA COMUNIDAD INTERNACIONAL DE INGENIERA

ESTUVO, DURANTE MUCHOS AOS, BASTANTE EQUIVOCADA EN LO RELATIVO A

LA DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO Y A LA NECESIDAD DE

SU MANTENIMIENTO. A ESTE RESPECTO, YO SOY TAN CULPABLE COMO

CUALQUIER OTRO, Y ES MEJOR ADMITIRLO. EN LA PRIMERA EDICIN DE MI

LIBRO, PROPIEDADES DEL CONCRETO, PUBLICADA EN 1963, ESCRIB LO

SIGUIENTE :

GENER LMENTE

EL REQUISITO PRINCIPAL DE UN BUEN

CONCRETO EN SU ESTADO ENDURECIDO ES SATISFACTORIA RESISTENCIA A LA

COMPRESIN. ESTO NO SLO PARA ASEGURAR QUE EL CONCRETO PUEDA

SOPORTAR UN ESFUERZO A COMPRESIN PRESCRITO, SINO TAMBIN PORQUE

MUCHAS OTRAS PROPIEDADES DESEABLES DEL CONCRETO SON

CONCOMITANTES CON LA ALTA

RESISTEN I

.


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IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DEL CONCRET

LA DECLARACIN ERA DEMASIADO APRESURADA - AN CUANDO YO ESTABA

CLARAMENTE CONSCIENTE DE LOS PROBLEMAS ESPECFICOS DE DURABILIDAD

TALES COMO LOS ATAQUE DE SULFATOS Y EL DETERIORO DEBIDO A LOS CICLOS

DE CONGELACIN Y DESHIELO Y A LAS SALES DESCONGELANTES, Y DEDIQUE UN

CAPTULO DE DIEZ A LA DURABILIDAD. PERO EN AQUELLOS DAS SE PONA

NFASIS EN LA RESISTENCIA Y EXISTA LA CREENCIA DE QUE UN CONCRETO

RESISTENTE ERA UN CONCRETO DURABLE. POR EJEMPLO, EL REGLAMENTO

BRITNICO DE LA PRCTICA PARA EL CONCRETO REFORZADO EN EDIFICIOS CP

114, PUBLICADO EN 1969, ES DECIR, SEIS AOS DESPUS DE MI LIBRO), DECA

SIMPLEMENTE LO SIGUEINTE ACERCA DE LA DURABILIDAD MIENTR S MAYOR SEA

LA SEVERIDAD DE LA EXPOSICIN, MAYOR SER LA CALIDAD DEL CONCRETO

REQUERIDO

. EL CONSEJO AL DISEADOR RESPECTO AL RECUBRIMIENTO SE

RESUMA EN LAS PALABRAS : ES ESENCIAL QUE SEA DENSO, IMPERMEABLE, Y DE

UNA CALIDAD ADECUADA PARA LAS CONDICIONES DE EXPOSICIN

INVOLU R D S

. AUNQUE ESTE ERA UN REGLAMENTO BRITNICO, SE US

DIRECTAMENTE, EN ALGUNOS OTROS PASES.


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DURABILIDAD

El concreto es un material poroso y si estexpuesto a agentes agresivos la llave de la

durabilidad es la permeabilidad.El agua es el principal agente de destruccin enpracticamente todos los tipos de ataque alconcreto,ataque de hielo,sulfatos,corrosin y

otros.Desde que la mayora de las adiciones bloqueanlos poros capilares,reducen la permeabilidad.


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IMPORTANCIA DE LAS ADICIONES

SILICATOS DE CALCIOC2S - C3S + AGUA

SILICATOS DE CALCIOHIDRATADOSTOBERMORITA

HIDROXIDO DE CALCIO +PUZOLANA

SILICATOS DE CALCIOHIDRATADOS

TOBERMORITA


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PRINCIPALES AGENTES AGRESIVOS

SULFATOS CLORUROS CARBONATACION REACCION ALCALI SILICE CALOR DE HIDRATACION CONGELACION Y DESHIELO


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SULFATOS

-Doble Ataque

-Sulfatos + Ca (OH)2 Yeso-Sulfatos + C3A Sulfo aluminato de

calcio hidratado

ETRINGITAExpansiones Deterioro


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Ataque fsico

Ataque mecnico

Ataque qumico


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SULFATOSEl ataque por sulfatos lleva a la

expansin,fisuracin.prdida de resistencia ydesintegracin.

La solucin est en el uso de cementos con bajo

C3A y/o en el reemplazo del cemento por unaadicin.


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La adicin de escoria y puzolanas reduceel ataque de sulfatos de tres maneras:

- Disminuye la porosidad- Fija el hidrxido de calcio

- Diluye el porcentaje de C3A en el conjunto


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T QUE POR SULF TOS

1. Etringita

2. Pasta de cemento

3. Agregado


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C A R B O N A T A C I N

En el concreto expuesto al CO

2

se produce

Carbonatacin Contraccin

Casos en que no es un problema

En otros, la carbonatacin lleva a un decrecimiento e

el PH de la pasta, lo que disminuye la pasivacin

propiciando la corrosin del acero de refuerzo

La fuente de CO

2

es la atmsfera o agua que lo

tiene en solucin.



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Ca(OH)2 +CO2 = CaCO3 + H2O

Disolucin del CH y decalcificacin de Silicatos yAluminatos de calcio hidratados,baja el PH amenos de 8.5 (corrosin)

Peligrosa cuando la humedad relativa es deAlrededor de 50%


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PRICIPALES AGENTES AGRESIVOS

Debido a su cerrada estructura de poros y porende su menor permeabilidad los cementosadicionados protegen al concreto de lacarbonatacin.


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CORROSIN

- Concreto naturaleza alcalina- Acero en condiciones de pasivacin- Cloruros domsticos

- Cloruros extranjeros



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La Corrosin constituye en la actualidad el principal

fenmeno que afecta la durabilidad de las estructurasde concreto.

La falta de acceso visual no

permite la deteccin temprana


CORROSION POR CLORUROS


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CORROSION - CLORUROS

Ion cloruro presente en el agua o nieblamarina acta como catalizador de laoxidacin.

Cloruro Frrico Hidrxido de Fierro.

( FeCl3)- Fe(OH)2

2Fe + 6Cl- = 2(FeCl3)- + 4e-

(FeCl )-

+ 2(OH)-

= Fe(OH))2+ 3Cl-



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Corrosin por carbonatacin

Portlandita + CO2 -- Carbonato de Calcio

Se reduce la alcalinidad del concreto y por tanto laproteccin al acero de refuerzo.

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

PH=13 A PH=8 solucin de fenoltaleina


CORROSION-CARBONATACION


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ADICIONES Y CORROSION

Las adiciones en general mejoran la

resistencia a la corrosin debido a queaumentan sensiblementela impermeabilidad del concreto,debemos eneste caso destacar la micro slice.

Por otro lado la escoria fija los clorurosprotegiendo as el acero del ataque de estos


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IGLESIA EN CERRO EN CHORRILLOS


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Y..EN MI CASA


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REACCIN ALCALI - AGREGADO*

- Agregados Reactivos- Alcalis altos en el cemento- Humedad ambiental



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Formas de slice:Amorfa, inestable (reactiva) Cristalina (poco reactiva)


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REACCION ALCALI - SILICE


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ADICIONES Y ALCALI- SILICESe ha encontrado por investigaciones quepracticamente con todas las adiciones se logralimitar las expansiones debidas a la reaccinlcali-slice a niveles aceptables.

Debido a la mayor impermeabilidad de lasmezclas y a la fijacin qumica de los lcalis.


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Varios mtodos de evaluacin

Mtodos tradicionales

mtodo qumico y mtodo de la barra

de mortero

Nuevos estndares

55 Microscopa


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ASTM C856 anx,Concreto Probeta se fractura o en

concreto en uso,limpiando capasuperficial

Se humedece consolucin Acetato de

uranilo En luz Ultra-violeta

El gel de la reaccinfluorece


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CALOR DE HIDRATACION

Por la reaccin entre el cemento y el aguaPuede tener una gran importancia en obrasmasivas


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ADICIONES Y CALOR DE HIDRATACION

Las adiciones slico-aluminosas con o sin

propiedades cementantes reaccionan con elhidrxido de sodio formando compuestos.

Esta reaccin es una reaccin primaria portanto lenta y consume portlandita

contribuyendo a la durabilidad.


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CONGELACION Y DESHIELOCuando el agua se congela en los poroscapilares del concreto,se incrementa elvolumen de sta (9%) generndose presinla presin ser mayor,cuato ms lejos estnlos puntos de disipacin.Los puntos de disipacin se logran mediantelos poros de aire incorporado.Existen varias teoras.


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ADICIONES Y HELADAS

Aunque pareciera contraindicado el uso deadiciones por el ms lento desarrollo deresistencia,en la prctica no es as debido ala mayor impermeabilidad causada por las

adiciones y a que los cementos adicionadosactualmente son preparados de forma aacelerar el desarrollo de resistencia (fineza)


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PROTECCIN DEL CONCRETO

Aunque el concreto del cemento portland es por s

mismo un material fuerte y durable, hemos visto quesufre ataque por una serie de sustancias o efectosclimticos.

La primera lnea de defensa contra el ataque qumico espreparar un concreto, de muy buena calidad y lo msimpermeable posible


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PROTECCION DEL CONCRETO

CEMENTO ADECUADO* ADICIONES- PUZOLANAS Y ESCORIAS* RESISTENCIAS DE 28 a 35MPa* ESTRICTA RELACION A/C 0.5 a 0.4* AGREGADOS DE BUENA CALIDAD AGUA SIN IMPUREZAS DAINAS ADITIVOS

*REGLAMENTOS ACI 318-2008 y NTP E060


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TENDENCIAS FUTURAS-ADICIONES

El encarecimiento de la energa por una parte yla reducida disponibilidad de algunas adicionestradicionales han llevado a las compaas

cementeras a la bsqueda tanto de :

Combustibles alternativos Reciclado de nuevos residuos como adiciones

Sobre todo en los paises europeos


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Dentro de este tema y refirindonos a lasnuevas adiciones,creemos muy interesante elestudio realizado en el Instituto Torroja y

presentado el ao 2010 en el marco de lasJornadas de Investigacin en la Construccin.

En este estudio se consideran :

Cascote de cermicos Catalizadores de crequeo cataltico Lodos de papel calcinado


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Cascote cermico.- residuos de lafabricacin de elementos cermicos

debido a defectos y roturas o problemasde coccin

Para ser utilizados como adicin deben

ser finamente molidos 3500 cm2/gr


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Catalizadores de craqueo (FCC)

usados para optimizarla cantidad de

gasolina y constituidos por catalizadoressintticos de slice-almina.

Durante su uso son reemplazados por

nuevos quedando como desecho.


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Lodo de papel calcinado

Generado durante el proceso de

reciclaje de papel,concretamentecuando la pasta de papel recuperado sesomete al destintado mediante el uso

de talco o carbonato de calcio.Previo tratamiento trmico tienepropiedades puzolnicas.


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BIBLIOGRAFIA

Diseo y Control de Mezclas de Concreto.-Cement Portland Asociation 2004

Tecnologa del ConcretoAdam Neville 1999 ACI 318 2008 Gua para un concreto DurableACI Reglamento de Concreto armadoNORMA

E060-2009 Boletines de ASOCEM Novedades en el Reciclado de Materiales-

Adiciones Puzolnicas-Inst. TORROJA - 2010

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