4. An Enhanced Image Reconstruction Algorithm and Clinical Results of the
4.3 Results from computer simulations
Este método de ensayo se basa en la determinación de la profundidad de carbonatación en probetas de mortero endurecido suponiendo el avance difusivo del CO2 por fronteras móviles
hasta producir un frente de carbonatación que se identifica mediante la aplicación del ensayo colorimétrico de la fenolftaleína.
Hay que tener en cuenta que los resultados así obtenidos se corresponden con un proceso de carbonatación acelerada y no podría utilizarse en modelos de carbonatación natural a no ser que se disponga de la correlación de las condiciones del ensayo con las de carbonatación natural. Su empleo inmediato sería solo a efectos comparativos en las condiciones del ensayo.
La interrelación de las condiciones de carbonatación determinación del comportamiento de todos los cementos de mezcla que se tuvieron que dosificar y preparar, se realizó a través del método de ensayo especificado en la norma UNE EN 196-1, determinando, por ello:
La resistencia mecánica a flexotracción de cada mortero sobre dos probetas de dimensiones 4 x 4 x 16 cm, de acuerdo con la norma anteriormente especificada UNE EN 196-1. El valor final de la resistencia mecánica a flexotracción sería el promedio de los dos resultados obtenido, y La resistencia mecánica a compresión de cada mortero sobre cada una de las dos mitades
resultantes de cada una de las probetas de dimensiones 4 x 4 x 16 cm, de acuerdo con la norma anteriormente especificada UNE EN 196-1. El valor final de la resistencia mecánica a compresión sería el promedio de los cuatro resultados obtenidos.
COMPORTAMIENTO SULFÁTICO Y MECÁNICO-RESISTENTE DE CEMENTOS PORTLAND CON ELEVADOS CONTENIDOSDEPUZOLANAS(>40%):SUFUNDAMENTOQUÍMICOYJUSTIFICACIÓNDEOTRASCONSECUENCIAS POSIBLES
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7.5.1.- Preparación de las probetas de mortero.
Para fabricar las probetas de mortero que iban a ser ensayadas mecánicamente tras su exposición en ambiente concentrado de CO2, se utilizó arena normalizada CEN EN 196-1" la cual
cumplía con todos los requisitos que le son preceptivos7. La arena normalizada CEN estaba
envasada en bolsas con un contenido de (1,350±5) g; cumpliendo con la distribución granulométrica especificada en la Tabla 7-4.
En cuanto a los cementos a ensayar8 se expusieron al aire ambiental el menor tiempo
posible y se conservaron en recipientes completamente llenos y herméticos de polipropileno. Cada muestra fue homogeneizada convenientemente9. Asimismo, para todos los ensayos se
utilizó agua destilada.
Las probetas se fabrican con un mortero plástico constituido por una parte en masa de cemento y tres partes en masa de arena normalizada CEN. La citada masa pesada de cada cemento de mezcla varió dependiendo del porcentaje de reemplazo de cada uno, por lo que se debe recordar las dos proporciones con los que se ha trabajado en esta investigación, (50/50), y (40/60). Véase la Tabla 7-4, en donde se especifica la masa concreta de cada cemento Portland seleccionado y de cada puzolana seleccionada en función del porcentaje de reemplazo de su cemento mezcla.
TABLA 7-4.- DOSIFICACIÓN DE COMPONENTES PARA LA PREPARACIÓN DE LOS CEMENTOS DE MEZCLA EN FUNCIÓN DEL PORCENTAJE DE REEMPLAZO PARA SU ENSAYO ACELERADO DE DURABILIDAD FRENTE A LA CARBONATACIÓN.
TABLA 7-5.- RELACIÓN A/C DE CADA UNO DE LOS MORTEROS PREPARADOS. Adición Cemento de Mezcla
50/50 50/50+CH 40/60 40/60+CH
O 0,50 0,50 - -
M - - 0,50 0,50
Seguidamente, a cada cemento de mezcla se le adicionó una cantidad conocida de agua destilada, con el fin de cumplir la relación agua/cemento común propuesta para cada mortero
7 Véase el apartado 7.2.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 8 Véase el apartado 7.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 9 Véase el apartado 7.1.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral.
Cementos de Mezcla
Proporción de la mezcla (%) Masa Total (g) Cemento Portland (g) Adición Mineral (g)
50/50 450 225 225
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preparado a partir de cada cemento de mezcla que iba a ser evaluada su respuesta frente al ataque del CO2 y que fue 0,5, pesada con la misma balanza y siguiendo el mismo procedimiento que para
el caso de los cementos10. Es importante puntualizar, que la relación a/c propuesta no se pudo
mantener para el caso de los cementos de mezcla que contenían la puzolana M, ya que con esa cantidad de agua adicionada a sus pastas era bastante difícil poder amasarlas de una forma óptima, por lo que se tuvo que incrementar necesariamente esta relación para que estas pastas pudieran ser trabajables y para lograr un buen amasado, asegurando así que cada mezcla contuviera la cantidad de agua necesaria para que las reacciones de hidratación se produjeran. El agua destilada necesaria que se adicionaría a cada cemento de mezcla, previamente se introdujo en un baño termostático11 hasta que alcanzase el equilibrio térmico, para ser mezclada con cada
cemento de mezcla. En la Tabla 7-5 se especifica la relación a/c de cada uno de los morteros preparados y ensayados.
En el amasado de cada mortero y posterior preparación de sus correspondientes probetas, prismáticas normalizadas de 40 mm x 40 mm de sección transversal y 160 mm de longitud, se siguió el procedimiento especificado en la norma EN 196-112. El mortero se prepara por amasado
mecánico y se compacta en un molde utilizando una compactadora. 7.5.2.- Conservación y curado de las probetas de mortero.
El acondicionamiento de las probetas de mortero comienza colocando sobre cada molde utilizado una lámina de vidrio para cubrir la superficie superior del mismo, trasladándose éste a continuación a la cámara húmeda para su conservación hasta el momento de su desenmoldado. A las 24 horas de haber fabricado las probetas se procedió a su desenmoldado con ayuda de un martillo de goma.
Seguidamente se marcó cada una de las probetas y del número total de las probetas de mortero fabricadas con cada uno de los cementos de mezcla, se dividió en dos lotes, cada uno de ellos expuesto a distinto ambiente de conservación y curado:
1. Al aire de laboratorio cuyas condiciones fueron de 20,0±2,0ºC y una humedad relativa igual o superior al 50%, durante 28 días.
2. Bajo agua destilada en un recipiente hermético a 20,0±2,0ºC durante 28 días. Se colocaron las probetas sobre emparrillados y se mantuvieron separadas unas de otras, de forma que el agua tuviera libre acceso a las seis caras de las probetas. En ningún momento durante la conservación se superó la relación 1/5 en volumen probetas/agua, para no provocar así la lixiviación de la portlandita generada fruto de la hidratación de la pasta de cemento. El curado bajo agua destilada
10 Véase el apartado 7.1.1 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 11 Véase el apartado 7.3.4 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 12 Véase el apartado 7.2 .2 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral.
COMPORTAMIENTO SULFÁTICO Y MECÁNICO-RESISTENTE DE CEMENTOS PORTLAND CON ELEVADOS CONTENIDOSDEPUZOLANAS(>40%):SUFUNDAMENTOQUÍMICOYJUSTIFICACIÓNDEOTRASCONSECUENCIAS POSIBLES
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Una vez concluido este proceso de curado de las probetas de mortero, éstas 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). Este proceso de secado a 40ºC en una atmósfera exenta de CO2 se mantuvo hasta peso constante.
7.5.3.- Equipo y ambiente del proceso de carbonatación
Una vez curadas las probetas y concluido el pre-acondicionamiento de las mismas a 40ºC, se colocaron dentro de la cámara de ensayo o cámara de carbonatación, de tal forma que al menos el 90% de la superficie de apoyo estuviera expuesta a la acción del aire con dióxido de carbono. Las probetas, en el interior de la cámara estuvieron separadas entre sí en una distancia de al menos 2 cm.
El ensayo simula de manera artificial un ambiente con un 20% de CO2 y se caracteriza por
realizarse en las siguientes condiciones ambientales: temperatura (T) de (25±2) ºC; humedad relativa (HR) del (65 ±5) % y concentración de CO2 de 20%±0,5%.
La Cámara de ensayo (véase la Figura 7-8) debe ser capaz de mantener la concentración general CO2, la temperatura y la humedad en los valores indicados. Para ello, y para la realización
del ensayo se optó por utilizar una incubadora de CO2 el cual sirvió para crear unas condiciones
de precisión y exactitud que posibilitan unos resultados reproducibles. El equipo utilizado fue una incubadora de CO2 Panasonic MCO-18AC-PE IncuSafe CO2 incubator con control de
temperatura y de CO2. Las condiciones de la cámara son mantenidas con precisión por el
controlador del microprocesador P.I.D.
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Mediante la colocación de una disolución saturada de NaNO3 en la bandeja inferior de la
incubadora se consiguió la HR en el interior de la cámara del (65 ±5) %, de acuerdo con la norma norteamericana ASTM E 104. Con estas condiciones de HR se provoca un efecto carbonatador del CO2 máximo. Las citadas condiciones de HR fueron controladas in situ y en continuo mediante
un higrómetro digital.
La profundidad de carbonatación en las probetas de mortero se midió, de acuerdo con la norma UNE 112011, después de 14, 28, 60, 90 y 120 días de ensayo en la cámara.
7.5.4.- Determinación de la RMF de las probetas carbonatadas.
Para la determinación de la RMF en los morteros preparados y sometidos al ensayo de carbonatación acelerada, de acuerdo con la norma EN 196-1, se utilizó el método de carga de los tres puntos. La prensa que se utilizó para determinarle a las probetas de mortero dichos parámetros mecánicos, fue la habitual13.
El procedimiento del ensayo comienza colocando la probeta en la prensa, con una cara lateral sobre los rodillos soporte y con su eje longitudinal normal a los soportes. Se aplica la carga verticalmente mediante los rodillos de carga sobre la cara lateral opuesta del prisma y se incrementa uniformemente, a una velocidad de (50±10) N/s hasta rotura.
A continuación, se mantienen las mitades de la probeta cubiertas con un paño húmedo hasta el ensayo de compresión y se calcula la resistencia a flexotracción, Rf, en MPa,14:
7.5.5.- Determinación de la profundidad de carbonatación en los morteros endurecidos. En este apartado tiene por objeto describir un método de ensayo para determinar la profundidad de carbonatación en los morteros preparados y sometidos al ensayo de carbonatación acelerada, de acuerdo con la norma UNE 112011. Con este ensayo puede obtenerse información del estado de carbonatación de dichas probetas de mortero, para así relacionarlo con el cemento de mezcla utilizado.
La medida de la profundidad de la capa carbonatada en los hormigones, o cualquier material de base cemento se basa en la determinación de la reducción de la alcalinidad que supone la carbonatación, la cual puede ponerse de manifiesto mediante un indicador de pH, que la hace visible por cambios de coloración.
Se utiliza como indicador una disolución de fenolftaleína al 1% disuelta en alcohol etílico al 70%. Así, se prepararon 100 cm3 de indicador, disolviendo 1 g de fenolftaleína en 70 cm3 de
alcohol etílico del 96% de pureza y se añaden después 30 cm3 de agua destilada. La fenolftaleína
toma color rojo-púrpura para valores de pH superiores a 9,5 (hormigón no carbonatado) y se vuelve incolora en valores inferiores a 8 (hormigón carbonatado). Para valores entre 8 y 9,5 toma
13 Véase el apartado 7.2.3 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral. 14 Véase el apartado 7.2.3 de esta MEMORIA de Tesis Doctoral.
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tonalidades entre rosa y rojo-púrpura.
En todos los casos la medición se efectuó sobre la superficie fracturada de cada probeta después de haber sido sometida al ensayo mecánico de flexotracción, limpia de partículas sueltas debe efectuar sobre una superficie. Asimismo, se realizó siempre la medición inmediatamente después de la fractura de la probeta, ya que la superficie fracturada se carbonata con rapidez. La aplicación del indicador se realizó mediante goteo directamente sobre la fractura y con la superficie de aplicación del indicador hacia arriba.
Las medidas se deben tomar con una precisión de 0,5 mm. En las determinaciones debe tenerse en cuenta lo siguiente:
a) Si la carbonatación presenta un frente homogéneo, como el indicado en la Figura 7-9, la profundidad de carbonatación se expresa como dk.
FIGURA 7-9.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN FRENTE HOMOGÉNEO DE CARBONATACIÓN (EXTRAÍDO DE UNE 112011).
b) Cuando el frente de carbonatación aparezca de forma irregular, como el señalado en la Figura 7-10, la medida se expresa como la penetración media, dk, la penetración máxima, dk máx., y la penetración mínima, dk mín. De igual modo se procede cuando la carbonatación presente penetraciones singulares como la que se indica en la Figura 7-11.
c) Debe indicarse si el color que adquiere la superficie con el indicador no es rojo-púrpura sino rosado (que corresponde a un pH entre 8 y 9,5) y, en ese caso, su profundidad y frecuencia.
FIGURA 7-10.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN FRENTE IRREGULAR DE CARBONATACIÓN (EXTRAÍDO DE UNE 112011).
195
FIGURA 7-11.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN FRENTE SINGULAR DE CARBONATACIÓN (EXTRAÍDO DE UNE 112011).
d) Deben considerarse carbonatadas aéreas de transición que hayan perdido su color después de 24 h de la aplicación estando protegidas del contacto con el aire.
Se tomó el perfil del avance del CO2 en las probetas de mortero tal y como se indica en la
Figura /-12. Las medidas de profundidad del agresivo se deberían hacer, preferentemente, en las superficies más expuestas al aire, que corresponden a las caras superior (a) y laterales (b y c) de la probeta. Las mediciones de los valores de la profundidad deberían hacerse con un cierto espaciamiento.
FIGURA 7-12- MEDIDAS DE PROFUNDIDAD DE CARBONATACIÓN (EXTRAÍDO DE UNE 83993-2).
7.5.6.- Determinación de la R.M.C. de las probetas carbonatadas.
Para la determinación de la RMC en los morteros preparados y sometidos al ensayo de carbonatación acelerada, de acuerdo con la norma EN 196-1, se utilizó la misma prensa que en el ensayo de flexotracción15. De esta forma se ensayaron los semiprismas en los ensayos previos de
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flexotracción y de determinación de la profundidad de carbonatación. Finalmente, se calcula la resistencia a flexotracción, Rf, en MPa16:
CAPÍTULO
8
RESULTADOS OBTENIDOS
:
SU
ANÁLISIS
,
ESTUDIO
,
DISCUSIÓN E
199
A lo largo de este Capítulo se van a describir los resultados obtenidos de todos y cada uno de los análisis y ensayos descritos en el Capítulo 7 de esta Memoria de Tesis Doctoral que se han realizado. Y de su estudio, discusión e interpretación se obtendrán una serie de CONCLUSIONES que satisfarán los objetivos propuestos de las cuales se obtendrá, además, una serie de CONSECUENCIAS Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS que complementen más y mejor las ya existentes y reglamentadas de este tipo de cementos Portland con cantidades de reemplazo por puzolanas > 40%, en lo concerniente a su durabilidad en su sentido más amplio y no sólo frente al ataque de los sulfatos [RC-16 y Norma UNE-EN 197-1:2011].
De forma resumidase puede decir por tanto que, el análisis, estudio, discusión e interpretación de todos los resultados obtenidos de la realización de los análisis y ensayos programados con pastas y morteros normalizados de dichos cemento Portland con y sin cantidades de reemplazo por puzolanas > 40%, siguió la estructura que se detalla a continuación: 1. En primer lugar, se analizaron los resultados obtenidos de la determinación de la actividad puzolánica de cada una de las puzolanas seleccionadas y de la evolución, con el porcentaje de reemplazo por CP, de la [CaO] y de la [OH-] enla fase líquida en contacto con su
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200
correspondiente pasta de cemento, a las edades de 7 y 28 días. Asimismo, se analizaron también los resultados obtenidos de la determinación del pH de dicha fase líquida en las mismas condiciones que en el ensayo de puzolanicidad.
2. En segundo lugar, se analizaron los resultados obtenidos de todos y cada uno de los CP y de sus cementos de mezcla mencionados (preparados y dosificados1antes) y ensayados mediante
el MAE de Le Chatelier Anstett (L-A), para obtener así el comportamiento de sus probetas de pasta parcialmente hidratada o probetas L-A, frente al ataque de los sulfatos, habiéndosele determinado, para ello, a cada una y a diferentes edades previamente programadas para todas, los siguientes parámetros físicos: Incremento porcentual de Diámetro (ΔØxd (%)), Velocidad de IncrementoDiametral VCØ (ΔØ (%)/día), Incremento Porcentual de Diámetro por
unidad de masa de puzolana “Z”, ΔØxd(%)/”Z” y Penetración de la Aguja de Vicat", PAV. (mm).
3. En tercer lugar, se analizaron los resultados obtenidosdel comportamiento mecánico- resistente de los cementos de mezcla mencionados2 en probetas de 4 x 4 x 16 cm de mortero
normalizado tipo EN 196-1, habiéndoseles determinado, para ello, sus RMC y RMF.Y en 4. Cuarto y último lugar, se analizaron los resultados obtenidos de la determinación de la
profundidad de carbonatación en probetas de dicho mortero normalizado “hermanas” y endurecidas hasta la edad de 28 días, consecuencia directa del efecto difusivo del CO2(20%) a
través del airea temperatura (Tª) de (25±2) ºCy HR del (65 ±5)%, de su red de macroporos, poros, microporos y capilares.