La caracterización de los productos hidratados se llevó a cabo mediante la realización de estudios de difracción de rayos-X y de análisis térmicos. Ambas técnicas experimentales precisaban muestras del mismo tipo, por lo que la preparación de las muestras fue similar. El tipo de muestra que se emplea es en polvo, con un tamaño de partícula
p
• En una segunda etapa, se realizaba la molienda de las muestras. Para ello se empleó un molino de mortero de ágata, Retsch RM 200 (Figura 3-18). La molienda se realizaba en dos etapas, para garantizar que toda la muestra tenía un tamaño de partícula inferior a 0.2 mm, con tamizados intermedios por tamiz con luz de malla de 0.16 mm, para asegurar la molienda adecuada de las muestras.
Figura 3-18 - Molino de mortero de ágata empleado para la molienda de las muestras.
Difracción de rayos-X
Los métodos de difracción de rayos-X han sido empleados para la determinación cualitativa de las fases cristalinas presentes en las muestras, empleando el método de análisis de polvos cristalinos por difracción de rayos-X, también denominado método de Hull-Debye-Scherrer [166-168]. Los análisis de difracción de rayos-X han sido llevados a cabo en un difractómetro de polvo Bruker D8 Advance, con radiación de Cu Kα. Se hizo un barrido entre 5º y 65º 2θ, con una velocidad de barrido de 0.033º 2θ/s. El análisis de los difractogramas se llevó a cabo empleando el software Drx- tg [169] y las bases de datos cristalográficas del ICDD (Internacional Centre for Difraction Data).
Análisis térmico
El análisis térmico agrupa una serie de técnicas destructivas, en las cuales una o más propiedades de una muestra son estudiadas mientras la muestra es sometida a un programa controlado de
calentamiento. Las técnicas empleadas han sido el Análisis Térmico Diferencial (ATD) y el análisis Termogravimétrico (TG). El análisis térmico nos permite caracterizar la mayor parte de los compuestos hidratados de la matriz, obviando los agregados. Esto no es posible con otras técnicas, como la difracción de rayos-X u otra serie de análisis químicos, dado que el árido empleado suele ser silíceo e interfiere en los resultados obtenidos. No requiere un pretratamiento de las muestras, dado que el secado puede ser realizado y caracterizado en este mismo proceso.
El ATD nos proporciona información de los cambios térmicos que tienen lugar en la muestra, mientras ésta se calienta, a la par que una muestra inerte de referencia. La naturaleza de la señal obtenida es proporcional a la diferencia de temperatura que se establece entre la muestra objeto de estudio y el material de referencia, sometidos ambos al mismo programa de calentamiento. El análisis TG mide el cambio de masa de una sustancia en función de la temperatura, mientras que la muestra está siendo sometida a un programa controlado de calentamiento. Habitualmente se presentan los datos en forma de curvas, % incremento de masa frente a la temperatura o la derivada de esta con la temperatura, frente a la temperatura (Figura 3-19).
El ATD y los análisis TG se llevaron a cabo en un equipo Stanton Redcroft STA-781, que permite
l análisis combinado de los resultados del ATD y del análisis TG nos permite caracterizar los
• La zona que va desde temperatura ambiente a 400º C es la región de deshidratación. En esta
• deshidroxilación. En esta región únicamente
• º, que cursa sin pérdida de masa
• º y 800º C tenemos la región de descarbonatación, en la que aparecen
partir de las medidas experimentales se obtuvieron cuantitativamente dos valores: los contenidos realizar de forma simultánea las medidas de ATD y TG. Se calentaron las muestras hasta 1.100º C, a una velocidad de 10º C/min. Todos los análisis fueron llevados a cabo en atmósfera inerte de N2,
con un flujo de 80 mL/min.
E
compuestos hidratados presentes en nuestra muestra. En la Figura 3-19 se aprecian diferentes picos en el ATD y diferentes escalones en el TG, que se corresponden con los procesos de deshidratación y descarbonatación de los compuestos presentes en la matriz cementicia.
región encontramos las pérdidas correspondientes al gel CSH y a las fases AFt y AFm. En muestras de mortero es muy complejo poder discernir entre cada una de las pérdidas presentes en esta región. En esta zona se incluyen también las pérdidas del agua no combinada, presente en los poros del material.
La zona que va de 400º a 500º C es la zona de
tenemos las pérdidas correspondientes a la portlandita. El pico que aparece en el ATD, entre 500º y 600
significativa en el TG, se corresponde a la transición de la fase α del cuarzo a la fase β, que tiene lugar a 575º C.
Por último, entre 600
las pérdidas correspondientes a la calcita, dolomía o magnesita.
A
de portlandita y de calcita en la matriz cementicia. El análisis de los datos de ATD/TG se limitó a estos dos valores únicamente, porque son compuestos estequiométricos, con lo que es posible relacionar directamente la cantidad pérdida de H2O y CO2 detectada en el termograma con el
Antes de determinar el contenido de ambos componentes, es necesario ser capaz de determinar el
Figura 3-20 - Curvas de ATD empleadas para la recta de calibrado de la arena normalizada.
a recta de calibrado obtenida se muestra en la ecuación (3.21), en la que A570º es el área del pico de
contenido de árido en cada muestra. Si bien siempre se intenta obtener muestras lo más homogéneas posible, es necesario poder determinar el contenido de árido, para que todos los datos estén expresados como gramos de compuesto por gramos de matriz, en % p/p. Para determinar el contenido de árido se analiza el pico característico de la sílice en la curva de ATD. La intensidad de este pico se puede relacionar con la concentración de árido y mediante una sencilla recta de calibrado es posible relacionar el área de ese pico con un contenido de árido. En la Figura 3-20 se muestran las curvas de ATD de las muestras empleadas para hacer la recta de calibrado.
L
la transición del cuarzo y [SiO2] es el contenido en moles de sílice.
[
]
570º 37.07 56.59 2
Con la recta de calibrado es posible, conocido el valor de A570º en nuestra muestra, determinar el
contenido de arena, con lo que podemos recalcular la masa inicial expresándola como masa de matriz cementicia mmatriz, mediante la ecuación (3.22), en la que mi es la masa utilizada en los
análisis de ATD/TG. 570º 37.07 60.0843 56.59 matriz i A m =m −⎡⎢ ⋅⎜⎛ − ⎞⎟⎤⎥ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ (3.22)
Para determinar los contenidos de cada compuesto, es preciso primero determinar las pérdidas de componente volátil (H2O o CO2, según analicemos la portlandita o la calcita). Estas
determinaciones se realizan de forma sencilla. A partir del ATD se determinan las temperaturas de inicio y final de cada proceso, Ti y Tf respectivamente. Una vez se dispone de esos datos, en el TG
se obtiene la pérdida de peso de componente volátil, en mg, correspondiente a ese intervalo de temperaturas, que se expresan finalmente como moles de componente, dividiendo por el peso molecular de cada componente (18 g/mol para el H2O y 44.01 g/mol para el CO2).
Una vez determinadas las pérdidas de cada componente volátil es sencillo relacionarlas con el contenido de compuesto en la matriz, conocidas las reacciones de deshidratación (3.23) y descarbonatación (3.24) de la portlandita y la calcita, respectivamente Se aprecia claramente que en ambas reacciones 1 mol de compuesto (portlandita o calcita) genera un mol de componente volátil (H2O o CO2 respectivamente).
( )
2 aO H O+ 2 ↑ (3.23) Ca OH →C ↑ (3.24) 3 2 CaCO →CaO+COPor último se expresa el contenido de cada compuesto, Si, como % p/p de compuesto en matriz,
mediante la ecuación (3.25), en la que si es el contenido de compuesto en moles y Mi es el peso