3. The Sussex MK4 System
3.7 A comparison of two planar electrode arrays for the MK4 system
Este MAE, fue aplicable en sus orígenes únicamente a los cementos Portland y se basa en la determinación del hinchamiento que experimentan probetas cilíndricas, llamadas comúnmente “tortas”, de 80 mm de diámetro y 30 mm de altura, preparadas comprimiendo a 20 Kg/cm2 durante 1 minuto, una mezcla de dos partes en peso, del cemento a ensayar parcialmente
hidratado (del 10% al 14%) y una parte en peso, de yeso (CaSO4•2H2O) del 95% de riqueza.
No obstante, y a pesar de las restricciones limitativas de aplicabilidad iniciales expresamente impuestas por este MAE Le Chatelier–Anstett para los cementos Portland en exclusiva, lo cierto es que posteriormente, se ha venido aplicando a múltiples y variados cementos de mezcla o cementos mixtos, con base en la notable severidad del mismo, habiéndose demostrado también mediante las investigaciones realizadas por R. Talero que, también puede ser aplicado a cementos Portland con adiciones puzolánicas y siderúrgicas.
7.2.1.- Procedimiento Operativo.
Para la realización de este ensayo se ha seguido la técnica operativa descrita por Blondiau (1961), la cual únicamente se circunscribe a pastas de cemento en lugar de morteros como así lo contemplan las distintas normas norteamericanas y consiste en preparar en una primera fase, una pasta del cemento a ensayar parcialmente hidratada.
En primer lugar, se pesaron en la balanza habitual que se utilizó1, 100 g de cada uno de los
cementos de mezcla con una precisión de ± 0,1 gr. Dicha masa de cada cemento de mezcla varió dependiendo del porcentaje de reemplazo de cada uno, por lo que se deben recordar las proporciones con las que se ha trabajado en esta investigación objeto de Tesis Doctoral: (60/40), (50/50), (40/60) y (30/70). Véase la Tabla 7-1, en donde se especifica la masa concreta de cada cemento Portland y cada puzolana en función del porcentaje de reemplazo de su cemento mezcla. Seguidamente, los 100 g de cada cemento de mezcla se molieron hasta pasar íntegramente por el tamiz de 4900 mallas/cm2, para a continuación adicionarles 50% en peso de H2O destilada,
pesada con la misma balanza y siguiendo el mismo procedimiento que para el caso de los cementos2, y, a continuación, se amasa manualmente la pasta de cemento fresca resultante,
conservándose la pasta así preparada, durante 24 horas, en la cámara húmeda bajo unas
1 Véase el apartado 7.1.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 2 Véase el apartado 7.1.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral.
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condiciones ambientales se encuentran en torno a 23ºC de temperatura y un 95% de humedad relativa.
TABLA 7-1.- DOSIFICACIÓN DE COMPONENTES PARA LA PREPARACIÓN DE LOS CEMENTOS DE MEZCLA EN FUNCIÓN DEL PORCENTAJE DE REEMPLAZO PARA LA DETERMINACIÓN DE SU EXPANSIÓN EN PROBETAS DE PASTA TIPO LE CHATELIER-ANSTETT.
Cementos de Mezcla
Proporción de la mezcla (%) Masa Total (g) Cemento Portland (g) Adición Mineral (g)
100/00 100 100 0 70/30 100 70 30 60/40 100 60 40 50/50 100 50 50 40/60 100 40 60 30/70 100 30 70
Una vez fraguada la pasta preparada, se desmenuza, mediante raspado y troceado, en forma de “miga de pan” para conservarse, a continuación, bajo agua destilada durante el tiempo suficiente para que la diferencia entre el peso específico del cemento que se ensaya anhidro y de dicho cemento así hidratado, sea mayor del 20%, alcanzándose esta condición en un plazo de tiempo no superior a los 14 días.
Una vez hidratada convenientemente las pastas desmenuzadas de los cementos a ensayar, se secaron en una estufa de convección sin sobrepasar en ningún caso la temperatura límite de 40ºC (temperaturas superiores a 40°C extraen agua de cristalización de las fases AFt y AFm), hasta que la masa de cada muestra permaneciera constante. En la estufa se habían introducido además un frasco de PVC con lentejas de NaOH para prevenir la carbonatación de las pastas, siguiendo un principio de actuación similar al seguido por Kjellsen (1990)3. Este proceso de
secado a 40ºC en una atmósfera exenta de CO2 se mantuvo hasta peso constante.
A continuación, las pastas parcialmente hidratadas se mezclaron en proporción en peso 2:1 con piedra de yeso natural molida (CaSO4•2H2O) del 95% de riqueza que actuará como agente
agresivo. Las características físicas y químicas del yeso utilizado en este ensayo se muestran en la Tabla 7-2. Dicha mezcla selenitosa se pulverizó hasta que sus partículas tuvieran un tamaño tal que puedan pasar por el tamiz de 0,2 mm de luz de malla. Finalmente, a cada mezcla- conglomerante se le añadió un 6% en peso de agua destilada y tras colocarla en el molde, se preparó la probeta cilíndrica respectiva aplicando una presión de 20 kg/cm2 durante un minuto
en una prensa adecuada.
Cada torta se conservó adecuadamente sobre un chasis apropiado cubierto de papel de filtro permanentemente humedecido con agua destilada en su totalidad por capilaridad en una atmósfera saturada de humedad (Figura 7-2). Una vez preparada la torta se le determinó con un calibrador su diámetro y altura iniciales Ø0 y h0, respectivamente, así como también la
3 K.O. Kjellsen en 1990 empleó ascarita para evitar la carbonatación de las muestras de su Tesis Doctoral.
La ascarita es un asbesto recubierto de hidróxido de sodio muy utilizado para absorber el anhídrido carbónico.
COMPORTAMIENTO SULFÁTICO Y MECÁNICO-RESISTENTE DE CEMENTOS PORTLAND CON ELEVADOS CONTENIDOSDEPUZOLANAS(>40%):SUFUNDAMENTOQUÍMICOYJUSTIFICACIÓNDEOTRASCONSECUENCIAS POSIBLES
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penetración de la Aguja de Vicat, PAV. Tales determinaciones se volvieron a efectuar a las edades de 1, 7, 14, 21, 28, 60, 90, 120, 150, 180, 270, 365, 545 y 730 días.
TABLA 7-2.- PARÁMETROS QUÍMICOS Y COMPOSICIÓN MINERALÓGICA DE LA PIEDRA DE YESO NATURAL MOLIDA UTILIZADA PARA ESTE ENSAYO DE DURABILIDAD.
Yeso
Parámetros Químicos (%) Composición Mineralógica (%)
H2O (40ºC a 217ºC) 20,13 CaSO4 2H2O 95,58 CO2 (217ºC a 1000ºC) 0,75 CaSO4 1/2H2O y/o CaSO4 2,47
SO3 45,87 CaCO3 0,75 CaO 32,54 MgCO3 0,81 MgO 0,36 TOTAL 99,61 Na2O 0,02 K2O 0,01 H2O a 40ºC 0,41 TOTAL 99.98
FIGURA7-2.- TORTA CARACTERÍSTICA DEL ENSAYO LE CHATELIER-ANSTETT. 7.2.2.- Parámetros característicos del ensayo de Le Chatelier Anstett.
7.2.2.1.- Incremento Porcentual de Diámetro ΔØxd (%).
El "Incremento Porcentual de Diámetro" ΔØxd(%) de la probeta L-A o hinchamiento sufrido por la misma, y en su caso, a una edad dada, y que se determina mediante la siguiente fórmula:
∆∅ (%) =
∅ ∅∅
∙ 100
(7.1)Tanto los diámetros, Øo y Øxd, como la altura, h, de cada probeta L-A se midieron con un calibrador o "pie de rey" en mm y a las edades del ensayo de 0, 1, 7, 14, 21, 28, 60, 90, 120, 150,
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180, 270, 365, 545 y 730 días.
7.2.2.2.- Velocidad de Incremento Diametral VCØ (ΔØ (%)/día).
La "Velocidad de Incremento Diametral", VCØ = (ΔØ(%)/día) que está íntimamente ligada
con la velocidad de formación de ettringita o velocidad de la reacción de formación de la misma o velocidad de "degradación" o "envejecimiento de la probeta L-A" y que se determina mediante la siguiente fórmula:
𝑉
∅=
∆∅ ∅ (7.2) siendo la edad "y días" mayor a la edad "x días".7.2.2.3.- Incremento porcentual de diámetro por unidad de masa de puzolana “Z”, ΔØxd(%)/”Z”.
El "Incremento porcentual de diámetro por unidad de masa de puzolana Z", ΔØ(%)/"Z", que nos podrá reflejar en su caso, de forma clara y sobre todo cuando el cemento Portland matriz acompañante de la puzolana "Z" tiene un contenido de C3A lo menor posible, como es el caso de
los cementos Portland con la característica adicional de ser “resistente a los sulfatos”, PY4 y PY6, utilizados en este trabajo, que
en el caso de este tipo de cementos de mezcla con tan elevados contenidos de puzolana, y a diferencia de lo obtenido por R. Talero en sus trabajos (Talero, 1986) en los que utilizó los
correspondientes cementos de mezcla con menor contenido de puzolana que los utilizados en esta investigación objeto de Tesis Doctoral, el grado de hinchamiento de la probeta L-A en todos los casos no va a ser quizás tanta función directa de la característica puzolánica de la adición utilizada en el ensayo, cuanto más del contenido necesario y suficiente de Ca(OH)2,
bien como portlandita del CP P-nº ó PY-nº acompañante respectivo,
bien como cal apagada = Ca(OH)2 R.A., en la probeta L-A para que dicha puzolana desarrolle
su propia actividad puzolánica y con ella nos muestre su auténtico y verdadero "carácter" - "silícico", "silícico-alumínico", "silícico-férrico-alumínico", "alumínico-silícico" o "alumínico”, según Talero (1986)- con las consecuencias tecnológicas al caso.
7.2.2.4.- Penetración de la Aguja de Vicat", P.A.V. (mm).
La "Penetración de la Aguja de Vicat", P.A.V. (mm), se midió a las mismas edades del ensayo que el ΔØ (%), pero con una Aguja de Vicat tal y como especifica expresamente el extinto Pliego RC-75.
Para la realización de este ensayo se utiliza el aparato de Vicat manual, con una aguja representada en la Figura 7-3. La aguja debe ser de acero y tener la forma de un cilindro recto con una longitud efectiva de, al menos, 45 mm y un diámetro de (1,13 ± 0,05) mm. La masa total de las partes móviles debe ser (300 ± 1) g. Su movimiento debe ser exactamente vertical y sin rozamiento apreciable, y sus ejes deben coincidir con el de la aguja. Este equipo que se describe figura en la norma UNE EN 196-3.
COMPORTAMIENTO SULFÁTICO Y MECÁNICO-RESISTENTE DE CEMENTOS PORTLAND CON ELEVADOS CONTENIDOSDEPUZOLANAS(>40%):SUFUNDAMENTOQUÍMICOYJUSTIFICACIÓNDEOTRASCONSECUENCIAS POSIBLES
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FIGURA 7-3.- APARATO DE VICAT TÍPICO (EXTRAIDO DE UNE EN 196-3).
Preliminarmente y al inicio del ensayo, se ajusta el aparato de Vicat provisto de la aguja (véase la Figura 7-4), montada antes del ensayo, bajando la aguja hasta que esté en contacto con la placa base que vaya a utilizarse dentro del contenedor y ajustando la puesta a cero en la escala. Se levanta la aguja hasta la posición de espera.
Se coloca la aguja con el dispositivo anular de sujeción de diámetro aproximado de 5 mm para facilitar la observación exacta de penetraciones pequeñas.
A las edades fijadas, la probeta Le Chatelier- Anstett y la placa base se llevaron al aparato de Vicat y se situaron debajo de la aguja. Se bajó la aguja despacio hasta que entre en contacto con la pasta. Se esperó en esta posición entre 1 y 2 segundos, con el fin de evitar una velocidad inicial o aceleración forzada de las partes móviles. Se sueltan rápidamente las partes móviles y la aguja penetra verticalmente en la pasta. Se leyó la escala cuando la penetración terminó, o 30 s después de la liberación de la aguja, lo que ocurrió primero.
Seguidamente, se anotó la lectura de la escala, que indica la distancia entre el extremo de la aguja y la placa base.
7.2.2.5.- Evolución de las Características Orgánicas, ECO, de la probeta L-A
La evolución de las Características Orgánicas, ECO, de la probeta L-A se ha determinado tomando una fotografía de las probetas L-A a las edades del ensayo que se consideraron más adecuadas según los objetivos de este trabajo, que fueron las siguientes: 0, 1, 7, 14, 21, 28, 60, 90, 120, 150, 180, 270, 365, 545 y 730 días.
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FIGURA 7-4.- AGUJA PARA LA DETERMINACIÓN DEL PRINCIPIO Y FINAL DE FRAGUADO (EXTRAIDO DE UNE EN 196-3).
7.2.3.- Caracterización microestructural de las pastas Le Chatelier-Anstett
La caracterización microestructural de todas las pastas frescas de cemento preparadas y estudiadas se realizó mediante su análisis mineralógico por DRX de los productos de hidratación formados en cada pasta hidratada de su probeta L-A a la edad correspondiente más adecuada del MAE Le Chatelier-Anstett
7.2.3.1.- Determinación cualitativa y semicuantitativa mediante DRX de los compuestos de hidratación formados en las pastas frescas de cemento.
Para poder realizar un buen análisis por Difracción de rayos X deben de tenerse en consideración varias etapas en la toma de datos las cuales son las siguientes: la preparación de la muestra, la caracterización del material a analizar, las características generales del difractómetro y las condiciones de medida. Asimismo, y en el caso de las muestras multifásicas es conveniente, sobre todo, que el tamaño de las partículas de cada fase sea homogéneo.
Del mismo modo y en la medida de lo posible, la muestra en polvo para la realización de las medidas mediante la técnica analítica de Difracción de Rayos X, debe de estar constituida por cristales orientados al azar para evitar la orientación preferente de los mismos. Es mejor eliminar este posible efecto antes de realizar las medidas para evitar aplicar correcciones posteriormente, puesto que, debido a él, los picos de baja intensidad puede que no lleguen a observarse. La orientación preferente tiene lugar cuando, debido a la forma de sus cristales, la muestra presenta una tendencia mayor a orientarse en una dirección específica más que en otras, produciendo una sistemática distorsión de las intensidades de las reflexiones.
7.2.3.2.- Descripción del equipo y condiciones analíticas de la determinación realizada. En esta investigación objeto de Tesis Doctoral, el análisis por difracción de Rayos X que se
6 Purga de aire (Ø ≈ 1,5) 7 Purga de aire
8 Vista inferior de la aguja con el dispositivo de sujeción para la determinación del final de fraguado.
COMPORTAMIENTO SULFÁTICO Y MECÁNICO-RESISTENTE DE CEMENTOS PORTLAND CON ELEVADOS CONTENIDOSDEPUZOLANAS(>40%):SUFUNDAMENTOQUÍMICOYJUSTIFICACIÓNDEOTRASCONSECUENCIAS POSIBLES
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presenta es únicamente cualitativo y semicuantitativo.
El análisis por DRX de cada una de las muestras dispuesta en forma de pastilla una vez secas convenientemente, se realizó mediante un equipo automático Philips Modelo PW 1730, con ánodo de Cu, siendo la longitud de onda K1 del Cu = 1,54056, la K2 = 1,54439, con relación de (K1/K2) = 0,50, que consta de dos goniómetros y del sistema óptico constituido por un sistema de rendijas Soller seguido de una rendija de divergencia de 2 mm, situada delante de la muestra, después de la cual, se sitúa una rendija de recepción de 0.2 mm. Y tras ésta, hay colocadas una rendija de antidivergencia de 2 mm, el sistema de rendijas Soller secundario y una rendija de recepción de 0.2 mm. Finalmente y a continuación de este último, se sitúa un monocromador curvo de grafito (eliminación de la radiación K del cobre), con una rendija del detector de 0.2 mm. Las condiciones de trabajo para el goniómetro fueron: el voltaje 40 kV y la intensidad de corriente 20 mA. Además, el tiempo de contaje fue de 0,80 s y el paso de ángulo de 0.02º.
El software utilizado para la manipulación de los datos de cada difractograma fue EVA 12, en su versión de 2006 de licencia DiffracPlus Basic Evaluation Package. Este programa pertenece a un paquete de programas DIFFRAC plus BASIC de la casa BRUKER, y en él se recogen numerosas aplicaciones.
7.2.3.3.- Preparación de las pastas Le Chatelier Anstett para su análisis por DRX.
El análisis por difracción de rayos X, DRX, se le ha realizado a las pastas hidratadas de cada probeta L-A, para así tratar de identificar la diferencia en la formación de productos de hidratación selenitosa de los distintos cementos de mezcla a causa de la presencia de puzolanas naturales y artificiales con distinto carácter químico. La edad a la cual se realizó el análisis por DRX de las pastas frescas, se correspondió con las distintas edades de ensayo.
El procedimiento seguido para la toma de muestras de cada probeta Le Chatelier a una edad determinada, se llevó a cabo extrayendo cierta cantidad de pasta por medio de una espátula.
Seguidamente, las muestras de pasta fresca se secaron en un desecador sin sobrepasar en ningún caso la temperatura límite de 40ºC (temperaturas superiores a 40 °C extraen agua de cristalización de las fases AFt y AFm), hasta que la masa de cada muestra permaneciera constante. En el desecador se había introducido nuevamente un frasco de PVC con lentejas de NaOH para prevenir la carbonatación de las pastas, siguiendo un principio de actuación similar al seguido por Kjellsen (1990). Seguidamente se envasó cada muestra herméticamente y sin aire (para evitar la carbonatación) hasta el momento de realizarle su análisis por DRX.
A continuación, se procedió a su molienda y tamizado en seco hasta conseguir que su finura de molido fuera la óptima para su análisis por DRX, es decir, que la totalidad de la masa de la muestra pasara por el tamiz de 45 µm de luz de malla. Y para ello se utilizó el procedimiento especificado en la norma UNE 83484 EX.
Finalmente, se prepararon pastillas en polvo por presión a partir de cada una de las muestras secas y molidas para ser analizadas.
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