Los ensayos de SEM-EDX en pasta de cemento con microsílice y nanosílice, en función del porcentaje de PCE, se realizaron a 28 días. Por un lado, se realizó un análisis de las micrografías y del tamaño de los cristales, midiendo la longitud mayor de sus lados y el grosor y, por otro lado, la influencia de las adiciones y del porcentaje de aditivo en las dimensiones aproximadas de los geles C-S-H formados.
El análisis de las micrografías y de los espectros EDX permite una mejor compresión de los procesos de hidratación. Los espectros reflejan la composición química de los productos que se visualizan en la imagen más próxima indicada con un punto. Debido a la proximidad de las partículas entre los compuestos hidratados en muchos casos existe una influencia subyacente, que puede provocar una variación en la relación atómica de los EDX con respecto a las fórmulas químicas de la fase observada.
Gel C-S-H
La matriz, en la cual se alojan todos los cristales, la compone una fase amorfa de gel C-S-H. Como se vio en el capítulo 1, al inicio de la hidratación, las partículas de gel presentan un aspecto fibroso de crecimiento reticular. A medida que avanza la hidratación, se pueden encontrar dos tipos de crecimiento: una morfología reticular y una masiva con crecimiento geliforme indefinido. El gel C-S-H además es el producto de hidratación que se produce en mayor cantidad, por lo que se visualizó en todas las micrografías. Para comparar las distintas muestras entre sí se han analizado a 500x y a 5000x o 10000x. En el caso de las muestras sin adición (PR) el aspecto que presenta es compacto y geliforme (Figura 5.9).
Figura 5.9 SEM-EDX. Gel C-S-H en pastas de referencia a 28 días
El gel C-S-H con adición de microsílice muestra una gran similitud (Figura 5.10) con lo observado en las pastas de referencia. Conviene recordar que esta adición en estado anhidro tiene un tamaño muy similar a la del cemento, por lo que, es difícil que se pueda distinguir entre ambas. Esta adición por tanto aparece integrada en la propia matriz del gel formando un todo. Pero sí que se puede ver más diferencias cuando se amplía la imagen a 10000x ya que aunque las pastas de microsílice, sin PCE o con bajo contenido de PCE, tienen una estructura muy similar, cuando se aumenta el contenido de PCE, se ve una estructura mucho más compacta y con muchos menos poros.
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
Figura 5.10 SEM-EDX. Gel C-S-H en pastas con microsílice con y sin PCE a 28 días
Además, como se vio anteriormente, la porosidad total de las pastas PM1 era muy superior a lo esperada. En la Figura 5.11 se puede observar una de las numerosas cenosferas que se encuentran debido a una mala compactación, cuyos espacios, al disolverse, en su mayoría forman grandes poros. En la imagen ampliada de una de las cenosferas se pueden distinguir los diferentes productos hidratados. El espectro 15 corresponde a una partícula de Fe2+ de la microsílice que, como se vio en el capítulo de caracterización, tenía un alto contenido del mismo.
Pasta de cemento con microsílice (PM)
Pasta de cemento con microsílice y 0,071% de PCE (PM1)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
Figura 5.11 SEM-EDX. Cenosferas en pastas con microsílice y 0,071% de PCE
Figura 5.12 SEM-EDX. Gel C-S-H en pastas con nanosílice con y sin PCE a 28 días
Pasta de cemento con nanosílice (PN)
Pasta de cemento con nanosílice y 0,066% de PCE (PN1)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
En el caso de la adición de nanosílice (Figura 5.12) se observa un crecimiento del gel C-S-H similar a las pastas de referencia, ya que la sustitución solo fue del 2%. La diferencia fundamental con respecto a la microsílice es que se observan más cristales intercalados en su interior, sobretodo en las muestras con alto contenido de PCE.
Numerosas investigaciones han determinado que la relación Ca/Si está estrechamente ligada con la naturaleza del gel C-S-H formado. De hecho, Jennings (Jennings, 2000) ya hablaba del gel C-S-H formado en función de dos posibles empaquetamientos y densidades: de alta densidad (HD) y de baja densidad (LD). En este caso se realizó un análisis más exhaustivo, tomando más de 20 medidas en distintos puntos, eliminando los puntos que se alejaban demasiado del promedio en las pastas con nanosílice, sin PCE, y en las pastas de referencia (Tabla 5.3).
Ca/Si
PR-28d 1,93
PM-28d 1,99
PN-28d 2,47
Tabla 5.3 Relación media de Ca/Si
Como se puede ver el gel C-S-H, formado por las pastas con nanosílice, es un gel mucho más denso (HD) que el de referencia o con microsílice. Es por ello que, al consumir más hidróxido cálcico y acelerar la reacción, demanda más cantidad de PCE para continuar su hidratación.
Cristales laminares hexagonales
Pastas con microsílice (PM2) Pastas de referencia (PR)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
La morfología laminar hexagonal suele estar presente tanto en cristales de portlandita (CH) como en cristales de C3A. Pero entre ellos existen diferencias básicas en su composición y
disposición. En el caso del CH (Figura 5.13) existe una relación atómica entre el oxígeno y el calcio de 2 a 1. La disposición de los cristales es generalmente en paralelo pudiendo formar placas prismáticas con mucho espesor. Destaca la gran diferencia de tamaño existente entre los cristales de CH, de las pastas de referencia, al compararlos con los cristales de CH de las pastas con adición (Tabla 5.4). Además, el CH se ve mucho más compacto con adiciones. Esto se puede deber a que las adiciones reaccionan con la portlandita favoreciendo su compactación.
Longitud media (𝜇𝜇m)
PR 5,16
PM 4,05
PN 3,75
Tabla 5.4 Longitud media de los cristales de portlandita
Cristales aciculares
La etringita se distingue con claridad debido a su morfología acicular bien definida. El espectro de la etringita se caracteriza por la presencia de oxígeno y calcio como elementos predominantes. En un segundo nivel quedan los máximos del aluminio y de sílice. La fórmula desarrollada puede escribirse como 3(CaO)(Al2O3)3(CaSO4)32H2O. Con respecto a la
estequiometría, no es fácil aislar los cristales aciculares debido a su esbeltez, por lo que el análisis atómico suele registrar pequeñas cantidades de Si. La evolución de los cristales de etringita en función del PCE se refleja en las Figuras 5.14, 5.15, 5.16 y 5.17 a 10000x aumentos.
Figura 5.14 SEM-EDX. Cristales de etringita en pastas con nanosílice y con 0,066% de PCE
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
Figura 5.16 SEM-EDX. Cristales de etringita en pastas con nanosílice y con 0,132% de PCE
Figura 5.17 SEM-EDX. Cristales de etringita en pastas con microsílice y con 0,139% de PCE Se muestran grandes diferencias en cuanto a la concentración de los cristales, que es muy superior en el caso de las pastas con nanosílice (PN1 y PN2). Concretamente en la muestra PN2, con 0,132% de PCE, se aprecia la mayor concentración de cristales, favoreciendo por tanto el PCE la formación de estos cristales. Ambas adiciones experimentan una disminución de espesor medio de los cristales con un contenido mayor de PCE (PN2 y PM2). La principal diferencia entre las adiciones es el aumento de la longitud de las agujas de etringita y la disminución de su espesor (Dalas, 2015).
A continuación, se presentan las características de los cristales de etringita para cada una de las muestras estudiadas. La Tabla 5.5 muestra, la longitud de los cristales y el espesor medio de los mismos. El estudio indica que, en las pastas con adiciones y un contenido bajo de PCE, el espesor medio no variaba mucho, situándose en un rango entre 0,10 y 0,15 𝜇𝜇m. Cuando se aumenta la cantidad de PCE, las pastas con nanosílice muestran una longitud de hasta 3,25
𝜇𝜇m, reduciéndose el espesor medio en más de un 50%. Esto contribuye seguramente al aumento de la longitud de las agujas. En las pastas con microsílice el aumento en el PCE no modificó prácticamente el tamaño de los cristales de etringita.
PROPIEDADES MECÁNICAS DE MORTEROS ENDURECIDOS
Tabla 5.5 Dimensiones medias de los cristales aciculares de etringita
Longitud media Espesor medio
PM1 1, 10𝜇𝜇m 0,12 𝜇𝜇m
PM2 0,87 𝜇𝜇m 0,10 𝜇𝜇m
PN1 0,50 𝜇𝜇m 0,15 𝜇𝜇m
PN2 3,25 𝜇𝜇m 0,06 𝜇𝜇m
Esta reducción del espesor de la etringita y el aumento de su longitud ya fue revelada por otros autores anteriormente como Johann (Johann & Hirsch, 2007). En su estudio aparecían cristales de etringita muy esbeltos y con un reducido espesor, justificando este echo al uso de PCE, que se concentraba en estos cristales, favoreciendo su formación cuando la muestra de hidrataba correctamente.