UNIVERSITAT POLITÈCNICA VALÈNCIA
 
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Autor/a: Josep Aliques Granero

Defensa:2012

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La existente necesidad de intentar producir materiales más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente ha hecho que el cemento, un material el cual su producción tiene grandes repercusiones medioambientales, tienda a ser parcialmente reemplazado como material de construcción por otros materiales más sostenibles. Es en este punto donde la investigación entra en escena, intentando encontrar materiales que pueden proporcionar propiedades similares al cemento de forma eficaz, reduciendo sus desventajas. En el siguiente trabajo se muestra un estudio sobre la viabilidad de utilizar una escoria granulada ultrafina de altos hornos como material cementante y poder reemplazar de esta forma parte o casi la totalidad del cemento, actual material cementante más utilizado en el mundo. Para la obtención de esta escoria granulada ultrafina de altos hornos ha sido necesario tratar, por medio de un proceso de separación de partículas, una escoria granulada de altos hornos molida de forma convencional. El proceso de separación ha constado de lo siguiente: hacer pasar la escoria mediante una corriente de aire a través de un rotor que elimina del sistema las partículas más gruesas de la escoria, luego las más volátiles son enviadas a un ciclón, donde se separan las partículas ultrafinas de las que no, y finalmente las partículas ultrafinas se recuperan de la corriente de aire mediante un filtro de mangas. Se probó con 2 velocidades distintas del rotor, de 60 y 90 Hz, con una velocidad del caudal del aire de 1800 m3/h. De la separación se obtienen 3 fracciones, que se han denominado: rechazo, que es la fracción de partículas más gruesas que se eliminan mediante rotor; ciclón, fracción de las partículas intermedias que se eliminan mediante el ciclón; y filtro, la fracción de las partículas ultrafinas que son las que se recuperan en el filtro de mangas. Todas las fracciones han sido analizadas por difracción de rayos láser para determinar la distribución de tamaños de las partículas. Los resultados demuestran que las partículas obtenidas con el filtro tienen una alta finura, de hasta 6 micras. En ambas velocidades de motor se obtienen finuras muy similares en cada fracción, siendo más fina las fracciones obtenidas a mayor velocidad en cada punto. Se caracterizó todas las fracciones para un mejor conocimiento del material: Densidad real, finura Blaine, difracción de rayos X (DXR), fluorescencia de rayos X (FXR), y microscopia electrónica de barrido. Para la determinación de la actividad hidráulica de las distintas fracciones de escoria, se realizaron pastas con sustitución del 50% de cemento CEM I-52.5-R por cada una de las fracciones, y ensayándose por calorimetría de conducción isoterma. Mediante este ensayo se midió la evolución de la reacción de hidratación para cada caso. Los resultados fueron positivos, demostrando que la escoria más ultrafina (filtro) era capaz de reaccionar hidráulicamente aportando valores superiores de energía liberada que la mezcla control con solo cemento. Para evaluar el porcentaje de cemento que se puede reemplazar por escoria, se decidió realizar ensayos a compresión en morteros normalizados. Para este ensayo se utilizaron las escorias más ultrafinas así como la original, para poder analizar la diferencia. De los resultados se demostró que se puede sustituir hasta el 80 % del cemento por la escoria más ultrafina sin perder resistencia mecánica desde edades iniciales de curado. Con el fin de economizar el material, se decidió añadir un tercer componente a la mezcla conglomerante cemento-escoria. El material escogido en este caso fue de un Filler calizo, un material inerte cuyo efecto va a ser simplemente reemplazar parcialmente la escoria y el cemento. En este punto se diseñó una serie de mezclas conglomerantes, con distintas proporciones de cada uno de los componentes, para las escorias más ultrafinas así como para la original. Se obtuvo las resistencias a compresión a las edades de 3, 7 y 28 días en morteros normalizados. Los resultados demostraron que algunas de las mezclas con menor cantidad de cemento se obtenían resistencias a compresión a 28 días comparables a la de un mortero normalizado con solo cemento CEM I-42.5-N. Estas mezclas fueron seleccionadas para la realización de la siguiente parte del trabajo, los ensayos de durabilidad en morteros y prueba en hormigones. Los ensayos de durabilidad realizados fueron los de ataque químico por ácidos y ataque químico por sulfatos. En el ensayo de ataque químico por ácidos se analizó la pérdida de resistencia a compresión a distintas edades de exposición de los morteros al ácido. Se utilizaron dos ácidos, uno fuerte y uno débil, el ácido sulfúrico y el ácido acético respectivamente. Se encontraron resultados distintos, siendo las mezclas con mayor cantidad de cemento las que mejor resistencia a los ácidos tenían. En el ensayo de ataque químico por sulfatos se analizó la expansión de las probetas de mortero. Se utilizó una disolución de sulfato sódico como agente agresivo. Los resultados demuestran la efectividad de las escorias frente al ataque por sulfatos. Las mezclas con mayor cantidad en escoria ultrafina demostraron ser más resistentes a los sulfatos que las que contenían mayor cantidad de cemento. Estas mezclas demuestran ser efectivas tras los 2 años de inmersión en la disolución de sulfatos. Finalmente, las mismas mezclas utilizadas en los ensayos de durabilidad, fueron probadas en hormigones. Los hormigones fueron diseñados con el software ¿BetonlabPro 3¿, un simulador de hormigones que predice propiedades finales del hormigón. Los parámetros de diseño tenidos en cuenta fueron la trabajabilidad y la compactación. Se buscó la máxima compactación para una trabajabilidad aceptable. Los diferentes hormigones fueron ensayados a resistencia a compresión. Los resultados demuestran que para las mezclas donde se emplea la escoria ultrafina se obtienen resistencias mecánicas a los 28 días del mismo orden control con sólo cemento.

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