1. LAS CENIZAS DE CÁSCARA DE ARROZ, ADICIÓN PUZOLÁNICA EN
CEMENTO Y CONCRETO
Dra. Rosaura Vásquez A.*; Bach. Patricia Vigil**
*Cementos Pacasmayo S.A.A.; **Universidad de Piura
Resumen
Mediante la calcinación controlada de la cáscara de arroz, a baja temperatura
(400°C), se ha obtenido una ceniza que consiste esencialmente en sílice
amorfa, con un alto contenido de SiO2 (93%), de gran área superficial (22600
cm2
/g) y que, en consecuencia, posee gran actividad puzolánica.
La puzolana artificial desarrollada (ceniza de cáscara de arroz), cumple con los
requisitos de los índices de actividad puzolánica a través de los cuales ha sido
evaluada.
Todos los cementos Pórtland adicionados diseñados presentan mayores
resistencias a la compresión que el OPC a 3, 7 y 28 días. Los resultados
demuestran la factibilidad técnica de la elaboración de los cementos Pórtland
con incorporación de ceniza de cáscara de arroz, con porcentajes de adición de
hasta el 30%.
Dada la importante producción de arroz en el Perú, en la zona de influencia de
Cementos Pacasmayo S.A.A. se podría contar con 40000 t de ceniza de
cáscara de arroz/año. Teniendo en cuenta este volumen, será viable producir
cemento Pórtland con adición de ceniza de cáscara de arroz, a escala
industrial, en plantas pequeñas de cemento como es la Planta de Rioja.
1. INTRODUCCIÓN
En el Perú, el cultivo de arroz es uno de los más importantes en producción y
área cosechada. En el año 1999, la producción de arroz en cáscara fue de
aproximadamente dos millones de toneladas. Siendo la cáscara el 20% del
peso total, durante 1999, se acumularon 400000 toneladas de cáscara de
arroz, el cual es un subproducto voluminoso y contaminante.
De haberse obtenido la ceniza de la cáscara de arroz, la cual representa el
20% en peso de la cáscara, se hubieran tenido disponibles 80000 toneladas de
ceniza.
La ceniza de cáscara de arroz es considerada como una puzolana artificial que
puede ser utilizada como una adición mineral de los cementos Pórtland

2. adicionados y el concreto. El empleo de adiciones minerales activas en la
industria del cemento y del concreto es práctica común que se viene
desarrollando aceleradamente en gran parte del mundo, en razón de las
regulaciones ambientales y la evolución del mercado y la normativa
internacional.
Sería conveniente poder proveer al mercado nacional de productos como el
cemento y el concreto con adición de ceniza de cáscara de arroz. Las ventajas
de incorporar adiciones involucran aspectos importantes como el ahorro de
energía no renovable, la protección y conservación del medio ambiente y la
mejora de las propiedades del cemento y el concreto. A estos fines pretende
contribuir CEMENTOS PACASMAYO S.A.A. y la UNIVERSIDAD DE PIURA a
través del presente trabajo conjunto de investigación.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
El arroz, el trigo y el maíz son los cereales de mayor producción a escala
mundial.
Los tallos, hojas y cáscaras de estos cereales son considerados como residuos
y debido a sus grandes volúmenes representan un problema para su
almacenamiento y manipulación. Este hecho ha impulsado la investigación y
desarrollo de métodos para producir energía y productos industriales a partir de
estos residuos.
Por diversas razones la cáscara de arroz, ha llamado la atención a los
investigadores del cemento, sobre todo en los países productores de arroz,
donde la industria del cemento y concreto puede consumir grandes cantidades
y resolver el problema de manejo de estos residuos.
Aunque la cáscara de arroz es un quinto (en peso) del arroz segado y secado,
debido a su baja densidad, se acumulan grandes volúmenes en los lugares de
molienda. Actualmente la producción anual de arroz en el mundo es
aproximadamente 500 millones de toneladas, que originan unos 100 millones
de toneladas de cáscara y 20 millones de toneladas de ceniza.
En la Tabla 1, se muestra que ningún otro residuo vegetal produce tanta ceniza
al ser calcinado.
2.1 Cáscara de arroz
2.1.1 Descripción
La cáscara de arroz, también denominada "pajilla", se obtiene del proceso de
pilado, en el cual la cáscara se separa haciendo pasar el arroz en cáscara
entre rodillos de jebe, luego de una operación previa de limpieza.

3. Tabla l. Cantidad de ceniza producida por distintos cereales
Cosecha Parte de la Planta Ceniza (% en peso)
Maiz Hoja 12
Arroz Cáscara 20
Arroz Paja 14
Sorgo Hoja 12
Caña de azúcar Bagazo 15
Girasol Hoja y Tallo 11
Trigo Hoja 10
Fuente: Mehta, P.K. 11
La cáscara de arroz posee una superficie áspera y abrasiva, es muy resistente
a la degradación natural y debido a su bajo contenido de proteínas no es
apropiada para forraje de animales, hechos que dificultan su aprovechamiento
económico.
2.1.2 Propiedades
La composición química promedio de la cáscara de arroz es la siguiente:
Tabla II. Composición química de la cáscara de arroz
Componente Fórmula Composición
Celulosa: polímero de glucosa C5H10O5 50%
Lignina: polímero de fenol C7H10O3 30%
Sílice: componente primario de ceniza SiO2 20%
Fuente: Mehta, P.K. 11
La lignina y la celulosa presentes en la cáscara de arroz pueden ser eliminadas
por combustión controlada y en la ceniza queda sólo la sílice, en forma
microporosa. El alto contenido de ceniza y lignina presente en la cáscara la
descalifica para hacer productos de celulosa.
Se cree que la sílice en la cáscara de arroz existe en forma opalina (una forma
amorfa e hidratada de sílice). Aparentemente la sílice es tomada del suelo y 1
transportada a la planta de arroz como ácido monosilícico, el cual llega a
concentrarse en las cáscaras por evaporación y finalmente polimeriza a la
forma de membrana sílico-celulosa.
Las características físicas de la cáscara de arroz se presentan en la Tabla III.

4. Tabla III. Características físicas de la cáscara de arroz
2.2 Producción en el Perú
La cáscara de arroz constituye un subproducto del proceso agroindustrial, con
aplicaciones tan reducidas en la actualidad, que en la práctica se le puede
considerar como material de desecho.
La más significativa implantación de la industria arrocera se encuentra en la
costa norte, que posee más del 50% de las instalaciones existentes. La
cáscara de arroz se comercializa con precios variables según la zona, el molino
y la oportunidad.
Actualmente en el Perú la cáscara de arroz se utiliza como combustible, como
aislante térmico para conservar bloques de hielo y como materia prima para la
elaboración del llamado pulitón que es un abrasivo barato para uso doméstico.
Excepcionalmente se le utiliza como ingrediente en la fabricación de adobes.
La producción de arroz se ha incrementado en los últimos años por el aumento
de la superficie dedicada a este cultivo, por la acción de nuevas variedades
introducidas y el incremento de la productividad.
En la Tabla IV se muestra la producción de arroz en cáscara y la superficie
cosechada en los últimos 10 años.
Tabla IV Producción de arroz en cáscara
Características g/cm3
Densidad real 0,780
Densidad global sin compactar 0,108
Densidad global compactado 0,143
Fuente: Gonzáles de la Cotera, M. .
Año
Superficie cosechada
(ha)
Producción de arroz
en cáscara (t)
1990 184 758 966 100
1991 158 348 814 200
1992 166 499 892 400
1993 177 527 967 600
1994 239 453 1 401 400
1995 203 196 1 141 600
1996 210 353 1 203 200
1997 238 713 1 459 800
1998 268 571 1 548 800
1999 311 569 1 955 000
2000 (ene.-ago.) 227 265 1 564 470
Fuente :MINAG13

5. 2.3 Ceniza de cáscara de arroz
2.3.1 Métodos de elaboración
La ceniza de cáscara de arroz puede ser obtenida a través de diferentes
técnicas de calcinación, entre las cuales tenemos:
1. Calcinación a campo abierto (o en pilas)
2. Calcinación en hornos (circulares o cuadrados)
3. Calcinación en lecho fluido.
A continuación se describe brevemente cada una de las técnicas de calcinación
señaladas:
1. Calcinación a campo abierto (o en pilas)
Es una técnica sencilla de reducción de cáscara a ceniza. La calcinación a
campo abierto se realiza en recintos circulares de ladrillo de hasta 16m de
diámetro, con pilas de cáscara de 2,5m de altura. La cáscara calcinada es
extraída cada cierto tiempo obteniéndose una ceniza de color blanco a blanco-
negro.
Mediante esta técnica de calcinación la temperatura no puede ser controlada.
Asimismo, debido a la alta temperatura alcanzada y a la formación resultante
de estructuras silíceas altamente cristalinas (cristobalita y tridimita), la
calcinación a campo abierto es asociada con puzolanas de bajo índice de
reactividad.
2. Calcinación en hornos (circulares o cuadrados)
Esta técnica ha sido utilizada en plantas piloto e industriales en la India,
Pakistán y Nepal.
Los hornos tienen paredes de ladrillos los cuales se disponen alternadamente
de tal manera que se permita el acceso del aire hacia el interior (ver Fig. 1). La
chimenea se extiende hasta la base del horno y está elaborada con una malla
fina de alambre que permite que el aire fluya y evita el ingreso de ceniza.
Asimismo, las paredes interiores están revestidas con una malla de alambre
con la finalidad de retener la cáscara, la cual se carga por la cubierta del horno
y se descarga por la base.
Esta técnica de calcinación produce una ceniza de color blanco, altamente
activa, de naturaleza amorfa y con presencia minoritaria de cuarzo cristalino.
3. Calcinación en lecho fluido
En la Fig. 2 se muestra el esquema de un horno de lecho fluido.

6. La cámara de combustión es de acero inoxidable y para el lecho fluidizado
(partículas no combustibles) se emplea arena con tamaño de partícula de 297 a
590 µm. El aire es suministrado a través de un plato perforado ubicado en la
base de la cámara de combustión.
El lecho fluido es precalentado a 500 °G por medio de un dispositivo eléctrico y
posteriormente se inicia la alimentación de la cáscara a través de un
alimentador de tornillo. Una vez obtenida la ceniza cesa el calentamiento por
medio del dispositivo eléctrico. La temperatura de combustión que es
monitoreada en el lecho fluido se controla mediante la velocidad de
alimentación de la cáscara de arroz. El suministro de aire se fija a una

7. velocidad de 15 cm/s. El tiempo de retención de la ceniza en la cámara de
combustión es de sólo unos pocos segundos y posteriormente ésta es
colectada a través de un ciclón.
La calcinación controlada de la cáscara de arroz por medio de este tipo de
calcinador proporciona una ceniza consistente en sílice amorfa con un alto
contenido de SiO2 y una elevada área superficial. La actividad puzolánica de la
ceniza es excelente y proporciona una buena resistencia a la compresión.
Por otra parte, la cáscara de arroz representa una fuente valiosa de energía. El
valor energético de la cáscara de arroz es aproximadamente 14 MJ/kg lo cual
significa que una tonelada de cáscara de arroz es equivalente a 0,5 toneladas
de carbón ó 0,35 toneladas de petróleo. En el proceso Mehta-Pitt se aprovecha
el calor de la combustión de la cáscara de arroz, en un horno de lecho fluido,
para producir vapor o electricidad.
2.3.2 Descomposición de la cáscara de arroz
La descomposición de la cáscara de arroz se realiza en cuatro etapas:
1. Liberación del agua adsorbida a temperaturas menores de 100 °C, con
una pérdida de peso de 4 a 8%.
2. Liberación de materias volátiles como la lignina y la celulosa, las cuales
se descomponen entre 225 a 500°C y 325 a 375°C, respectivamente. Las
materias volátiles perceptibles se liberan entre 250 a 350°C con evolución
considerable de humos.
3. Calcinación del carbón a temperaturas superiores a 350°C. Uno de los
problemas en la oxidación del carbón es la oxidación de la capa superficial de
la cáscara que no permite oxidar con facilidad la parte central del volumen
calcinado a menos que el aire pase a través de la superficie. Aproximadamente
el 45% de la pérdida de peso ocurre en la segunda etapa mientras que la
pérdida de peso restante sucede en esta tercera etapa.
4. Cristalización de la sílice (amorfa) de la ceniza a temperaturas
superiores a 700 °C, con formación de cristobalita y tridimita.
2.4 Cemento y concreto con adición de ceniza de cáscara de arroz
2.4.1 Reacciones de hidratación
En los cementos y concretos con adición de ceniza de cáscara de arroz, la
sílice amorfa de la ceniza reacciona con el hidróxido de calcio liberado en la
hidratación del cemento para formar silicatos de calcio hidratados del tipo CSHI
y CSHII, principales compuestos responsables de la resistencia.

9. La reacción se ilustra como:
Ca(OH)2 + SiO2 = CSHI + CSHII
Donde:
CSHI = CaO0,8-1,5SiO2.(H2O)1-2,5
CSHII =CaO1,5-2,0,SiO2.2(H2O)
2.4.2 Propiedades
a) Resistencia a la compresión
La adición de cenizas de cáscara de arroz, con un alto contenido de sílice
amorfa, contribuye a la resistencia del cemento y el concreto a edades
tempranas y en un periodo intermedio, pero tiene relativamente poco efecto a
largo plazo.
Con excepción de la ceniza de cáscara de arroz ningún otro material
puzolánico, incluyendo la microsílice (silica fume), tiene la capacidad de
contribuir a la resistencia del cemento a edades tempranas de 1 a 3 días.
Por lo tanto, se puede aprovechar el carácter altamente puzolánico de la ceniza
de cáscara de arroz para contrarrestar las pérdidas en las resistencias
tempranas que son usualmente asociadas con la incorporación de otros tipos
de puzolanas.
b) Resistencia química
La adición de ceniza de cáscara de arroz mejora en gran medida la durabilidad
del cemento y el concreto.
Se ha demostrado que la ceniza de cáscara de arroz ayuda a reducir
sustancialmente la pérdida de masa del concreto expuesto en una solución de
ácido clorhídrico, y disminuye considerablemente la expansión debido al ataque
de sulfatos y a la reacción álcali-sílice.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Cáscara de arroz.
Previamente a los ensayos la muestra fue homogeneizada y reducida mediante
cuarteos sucesivos.
3.1.1 Humedad
Para determinar la humedad de la cáscara de arroz, esta se seca en una estufa
a 80°C, hasta peso constante.

10. 3.2 Obtención de la puzolana artificial
La puzolana artificial se obtuvo a partir de la calcinación controlada de la cara
de arroz.
Para obtener la ceniza de cáscara de arroz se consideraron las siguientes
variables:
1. Temperatura de calcinación.
2. Tiempo de calcinación.
3. Tamaño de partícula.
En la Fig. 3, se presenta el diagrama de flujo del proceso de obtención de la
ceniza de cáscara de arroz.
Cáscara de arroz
Homogeneización
Calcinación
Puzolana artificial:
Ceniza de cáscara de arroz
Molienda y
tamizado
Ceniza molida
y tamizada
Control de calidad
Figura 3. Obtención de la ceniza de cáscara de arroz

11. 3.2.1 Calcinación
La cáscara de arroz previamente secada (80°C), se calcina hasta peso
constante a las siguientes temperaturas: 400, 500, 600, 700, 800 y 900 °C.
Durante este proceso se obtiene una ceniza cuya apariencia (color), varía de
acuerdo a la temperatura de calcinación.
3.2.2 Molienda y tamizado
La molienda se realizó de forma manual, utilizándose un mortero de porcelana.
Las cenizas de la cáscara de arroz se muelen hasta que el retenido en malla
(45 µm) sea el 25% del total de la muestra.
3.3 Control de calidad de la puzolana artificial
Los parámetros a evaluar con el fin de determinar la ceniza de cáscara de arroz
óptima fueron el porcentaje de carbón, el índice de actividad de la sílice y el
análisis por difracción de rayos X.
3.3.1 Porcentaje de carbón
El contenido de carbón se estima como la pérdida por calcinación a la
temperatura de 1000 °C.
El carbón es la cantidad de materia orgánica residual que posee la ceniza y se
elimina calcinándola a muy altas temperaturas. Su presencia influye en la
composición química de la ceniza, pues a mayor contenido de carbón
corresponde un menor contenido de sílice.
3.3.2 Índice de actividad de la sílice
El índice de actividad de la sílice ha sido definido por Metha como el porcentaje
de sílice aprovechable que se disuelve en un exceso de NaOH 0,5N, en
ebullición, durante una extracción de tres minutos. Este parámetro es una
medida del grado amorfo de la sílice en la ceniza obtenida. La sílice disuelta se
cuantifica posteriormente mediante un método espectrofotométrico.
3.3.3 Análisis químico completo
La determinación de la sílice total se realizó según la norma ASTM C114 - 99,
empleando una mezcla fundente de carbonato de litio y ácido bórico. Los
óxidos de aluminio, calcio, fierro, magnesio, potasio y sodio se determinaron
por la técnica instrumental de espectrofotometría de absorción atómica.

12. 3.3.4 Difracción de rayos X
Proporciona el análisis mineralógico cualitativo del material indicando la
presencia de sílice amorfa o sílice cristalina en la ceniza de cáscara de arroz.
3.4 Evaluación de la puzolana artificial óptima
A la ceniza de cáscara de arroz óptima se le determinó la densidad real, la
superficie específica (Blaine) y el retenido en malla 325, previo a la
determinación de su actividad puzolánica.
3.4.1 Actividad puzolánica
La actividad puzolánica de la puzolana artificial se evaluó mediante los
siguientes métodos:
1. Índice de actividad puzolánica por el método de la cal (NTP
330.055:1999).
2. Índice de actividad puzolánica utilizando cemento Pórtland (NTP
334.066:1999).
3. Índice de actividad puzolánica utilizando cemento Pórtland (ASTM
C311:1999).
4. Índice de actividad puzolánica acelerada con cemento Pórtland (NTP
334.087: 1999).
3.5 Diseño del cemento Pórtland con adición de la puzolana artificial
El clínker y el yeso empleado en la elaboración del cemento proceden de la
planta de Rioja. .
Para el diseño del cemento Pórtland adicionado se evaluó la incorporación de
los siguientes porcentajes de la ceniza de cáscara de arroz: 0%, 10%, 15%,
20% y 30%.
El cemento Pórtland adicionado se molió con la siguiente granulometría: 12%
de retenido en malla 325. La molienda se realizó en un molino planetario, de
laboratorio, que semeja en gran medida las condiciones de molienda en planta.
3.5.1 Propiedades físicas
Las propiedades físicas evaluadas fueron densidad, superficie específica
(Blaine), retenido en malla 325 y la resistencia a la compresión.
Para la determinación de la resistencia a la compresión del cemento Pórtland
adicionado se fijó la fluidez a un valor equivalente a la fluidez del OPC (0% de
adición) ± 5%.

13. 3.5.2 Ensayo de puzolanicidad
El ensayo de puzolanicidad nos da idea de la reactividad química del material,
es decir del grado de reacción entre la puzolana y el hidróxido, de calcio
liberado en la hidratación del cemento Pórtland. En el método desarrollado por
Fratini (UNE-EN 196-5), la puzolanicidad es comprobada comparando la
cantidad de hidróxido de calcio que contiene la disolución acuosa en contacto
con el cemento hidratado, con la: cantidad de hidróxido de calcio capaz de
saturar un medio de la misma alcalinidad. El ensayo se considera positivo si la
concentración de hidróxido de calcio en disolución es inferior a la concentración
de saturación.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La materia prima utilizada proviene de la región norte del Perú. El arroz
procede del valle de Jequetepeque y la cáscara de arroz fue colectada en un
molino de la ciudad de Pacasmayo. Se utilizó un total de 50 kg de cáscara de
arroz que fueron adecuadamente homogeneizados y reducidos mediante
cuarteas sucesivos.
El porcentaje de humedad de la cáscara de arroz es del 8% y fue obtenido
secando la cáscara a 80 °C por espacio de 12 horas.
4.1 Control de calidad de la puzolana artificial
4.1.1 Pérdidas por calcinación y porcentaje de carbón
En la Tabla V, se presentan el porcentaje de las pérdidas por calcinación de la
cáscara de arroz a diferentes temperaturas y el porcentaje de carbón presente
en las cenizas obtenidas.
De los resultados obtenidos se observa que conforme se incrementa la
temperatura las pérdidas por calcinación de la cáscara de arroz son
ligeramente mayores y que el tiempo de calcinación requerido disminuye. Por
otra parte, el porcentaje de carbón presente en las cenizas disminuye a medida
que aumenta la temperatura a la que fue calcinada dicha ceniza.
El color de la ceniza calcinada cambia ligeramente de acuerdo a la temperatura
de calcinación, siendo este cambio más apreciable entre 500 y 600°C. La
ceniza calcinada en el rango de 350 a 500°C tiene un color crema mientras que
aquella calcinada entre 600 y 900°C toma una coloración grisácea
apreciándose partículas negras y blancas.

14. Tabla V Pérdidas por calcinación de la cáscara de arroz y porcentaje
de carbón de las cenizas
4.1.2 Índice de actividad de la sílice
El índice de actividad de la sílice (SAl) de las cenizas de cáscara de arroz se
determina como una medida del grado amorfo de la sílice en la ceniza
obtenida. Cuanto más amorfa sea la sílice más reactiva será la ceniza
obtenida.
El máximo porcentaje de sílice reactiva obtenida (43,05%) corresponde a la
ceniza obtenida a 400°C y el valor mínimo (1,63%) corresponde a la ceniza
obtenida a 900°C (ver Fig. 4). El grado de sílice reactiva depende del tipo de
estructura que posee la sílice contenida en la ceniza de cáscara de arroz y ésta
a su vez depende de la temperatura de calcinación.
En razón de los resultados obtenidos se puede afirmar que la ceniza más
reactiva y amorfa es aquella obtenida a 400°C. Por lo tanto podemos
considerar la temperatura de 400°C como la temperatura óptima de
calcinación.
Con el objetivo de afinar la temperatura de calcinación y en previsión a las
variaciones de temperatura que eventualmente se podrían tener a escala
industrial, se evaluó el índice de actividad de la sílice en las cenizas calcinadas
a 50°C por encima (450°C) y por debajo (350°C) de la temperatura óptima de
calcinación inicialmente encontrada. El porcentaje de sílice reactiva de la
ceniza obtenida a 350°C resulto ser mayor que la encontrada a 400°C
(temperatura óptima), y el de la ceniza obtenida a 450°C resulto menor que
ésta.
Asimismo, a las cenizas obtenidas a 350 y 450°C se les evaluó el porcentaje de
carbón y las pérdidas por calcinación. La ceniza obtenida a 350°C presenta el
mayor porcentaje de sílice reactiva pero posee también el mayor porcentaje de
carbón.
Temperatura Tiempo (h)
Pérdida por
calcinación (%)
Carbón (%)
350 4 76.68 5.70
400 2 77.13 4.73
450 2 77.35 4.31
500 2 77.41 2.55
600 1.5 77.42 2.30
700 1.5 77.57 1.78
800 1 77.74 0.75
900 1 77.76 0.39

15. Además, es importante resaltar el hecho de que el consumo energético es
mucho mayor cuando la ceniza se calcina a 350 °C, ya que el tiempo necesario
requerido para completar la operación de calcinación es el doble que cuando
se efectúa a 400 °C.
4.1.3 Composición química
A la ceniza óptima (calcinada a 400°C) y a las cenizas obtenidas a 350 y 900°C
se les determinó su composición química obteniéndose un contenido de sílice
del 91 al 94%. El segundo componente, en orden de importancia, es el potasio
(K2O = 3% aproximadamente). El contenido de óxido de potasio varía
dependiendo del tipo y la cantidad de fertilizantes empleados en el cultivo del
arroz.
4.1.4 Difractogramas de rayos X
En la Fig. 5, se presentan los difractogramas de rayos X de las cenizas de
cáscara de arroz obtenidas a 400, 500, 600, 700, 800 y 900 °C.
En los difractogramas de rayos X de las cenizas de cáscara de arroz obtenidas
a las temperaturas de 400 a 700°C, no se observa la presencia de picos de
difracción definidos, lo cual implica que las muestras están constituidas por
sílice amorfa.

16. Tabla VI Composición química de las cenizas de cáscara de arroz
En las muestras obtenidas a 800 y 900°C se observan picos de difracción
correspondientes a la presencia de sílice cristalina, no reactiva.
4.2 Evaluación de la puzolana artificial óptima
En la Tabla VII, se presentan las características físicas de la ceniza de cáscara
de arroz óptima.
Tabla VII. Características físicas de la puzolana artificial
La ceniza de cáscara de arroz posee una baja densidad, menor que la de un
cemento Pórtland cuyo valor es de 3,0 a 3,2 g/cm3. Por otra parte, la ceniza de
cáscara de arroz presenta una gran área superficial (22600 cm2/g) en razón de
su estructura celular, lo cual es índice de que se trata de una puzolana
bastante activa.
4.2.1 Actividad puzolánica
En la Tabla VIII, a continuación, se muestran los resultados de los ensayos de
actividad puzolánica:
Composición
(%)
Ceniza calcinada a:
350°C 400°C 900°C
Al2O3 0.08 0.07 0.20
CaO 0.20 0.23 0.26
Fe2O3 0.09 0.08 0.08
MgO 0.28 0.28 0.32
K2O 3.09 3.08 2.80
Na2O 0.29 0.29 0.39
SiO2 91.78 92.92 93.80
Carbón 5.69 4.72 0.39
MUESTRA
Densidad
(g/cm3
)
Blaine (cm2
/g) R M 325 (%)
Ceniza de
cáscara de arroz
2.16 22 600 14,58

18. Tabla VIII Índices de actividad puzolánica de la puzolana artificial
La ceniza de cáscara de arroz cumple holgadamente con el requisito del índice
de actividad puzolánica por el método de la cal.
Las diferencias en los valores obtenidos del índice de actividad puzolánica por
el método del cemento (NTP 334.066 y ASTM C 311), se deben básicamente a
lo siguiente:
- Según la NTP 334.066, la muestra a ensayar contiene un 35% en
volumen de puzolana; mientras que de a cuerdo a la norma ASTM C311,
la muestra de ensayo contiene solo un 20% en peso de puzolana.
- En el ensayo de la NTP 334.066, se emplea una mayor cantidad de
agua de mezcla con el fin de conseguir una fluidez mayor, del orden del
110 ± 5%.
De los resultados del índice de actividad puzolánica por el método del cemento
se deduce que la ceniza de cáscara de arroz desarrolla la mayor parte de su
actividad a edades tempranas, siendo por tanto escaso su aporte en las
resistencias a largo plazo.
La ceniza de cáscara de arroz cumple también con el requisito del índice de
actividad puzolánica acelerada con cemento Pórtland. Este ensayo
corresponde a la NTP 334.087:1999: CEMENTOS. Adiciones minerales en
pastas, morteros y concretos; microsílice. Especificaciones. Se ha empleado
esta norma en razón que la ceniza de cáscara de arroz es una puzolana
artificial que, con respeto a su aporte a las resistencias de los cementos
adicionados, se comporta de manera similar a la microsílice.
Ensayo Resultado Requisito (min)
Índice de actividad puzolánica
Método de la cal (NTP 334.055)
1007 psi 800 psi
Índice de actividad puzolánica
Método del cemento 7d
(NTP 334.066:1999) 28 d
75,51%
67,47%
---
75%
Índice de actividad puzolánica
Método del cemento 7 d
(ASTM C 311:1999) 28 d
95,79%
98,42%
75%
75%
Índice de actividad puzolánica
acelerada, con cemento Pórtland
(NTP 334.0087:1999) 7 d 95,01% 85%

19. 4.3 Diseño del cemento Pórtland con adición de la puzolana artificial
4.3.1 Propiedades físicas
En la Tabla IX se recogen los resultados de los ensayos físicos del cemento
Pórtland adicionado al cual se le incorporó los siguientes porcentajes de la
ceniza de cáscara de arroz: 0%,10%,15%,20% y 30%.
La superficie específica del cemento Pórtland adicionado es mayor en cuanto
mayor es el porcentaje de adición de la ceniza de cáscara de arroz, en razón
de la mayor presencia de la adición que aporta una gran área superficial.
De igual modo, la densidad del cemento Pórtland adicionado es menor en
cuanto mayor es el porcentaje de adición, debido a la menor densidad de la
ceniza de cáscara de arroz.
Tabla IX. Propiedades físicas del cemento Pórtland adicionado
Ensayos físicos Adición
0%
Adición
10%
Adición
15%
Adición
20%
Adición
30%
Sup. Específica
(Blaine), cm2
/g
3 560 5 990 6 810 7 780 9 550
Densidad, g/cm3
3.13 2.97 2.90 2.84 2.70
Retenido M 325, % 12.26 11.80 11.93 11.39 12.25
Relación a/c 0.484 0.500 0.516 0.532 0.560
Fluidez, % 83.4 80.7 85.5 86.2 80.3
Resistencia a 3
días, kg/cm2 257 277 257 260 279
Resistencia a 7
días, kg/cm2 297 364 362 363 347
Resistencia a 28
días, kg/cm2 350 416 408 405 381
En el diseño del cemento Pórtland adicionado se fijó la granulometría a un valor
del 12% de retenido en malla 325, aproximadamente.
Para la determinación de la resistencia a la compresión del cemento Pórtland
adicionado se fijo la fluidez a un valor equivalente a la fluidez del OPC (0% de
adición) ± 5%. Es decir la fluidez se fijó a un valor de 83,4% ± 5%.
A pesar de haberse fijado la fluidez a un valor determinado, la relación a/c es
tanto mayor cuando mayor es el porcentaje de adición. Esto demuestra la
tendencia a demandar más agua de la ceniza de cáscara de arroz. Este
comportamiento se debe principalmente a la gran área superficial de este tipo
de adición.
Con respecto a la resistencia a la compresión, los cementos Pórtland
adicionados a todas las edades (3, 7 y 28 días) y para todos los porcentajes de
adición (10%, 15%, 20% y 30%), presentan mayores resistencias que el OPC.

20. La resistencia de los cementos Pórtland adicionados a 3 días es hasta 8,6%
mayor que la del OPC, a 7 días es hasta 22,6% mayor que la del OPC y a 28
días es hasta 18,9% mayor que la del orco Esto demuestra que la contribución
de la ceniza de cáscara de arroz a las resistencias no sólo es a los 3 y 7 días,
sino también contribuye con la resistencia del cemento a los 28 días. Los
resultados contradicen lo señalado en las referencias bibliográficas y lo que se
predecía a partir de los resultados del índice de actividad puzolánica, en cuanto
al escaso aporte de la ceniza de cáscara de arroz a las resistencias a largo
plazo.
Los cementos Pórtland adicionados elaborados presentan mayores
resistencias a la compresión que el OPC, a pesar que demandan más agua
conforme se incrementa el porcentaje de adición.
Los resultados demuestran la viabilidad de la elaboración de los cementos
Pórtland adicionados con ceniza de cáscara de arroz con porcentajes de
adición de hasta el 30 %.
4.3.2 Ensayo de puzolanicidad
A los cementos Pórtland adicionados con 10%, 15%, 20% y 30% de adición de
ceniza de cáscara de arroz, se les realizó el ensayo de puzolanicidad. Los
resultados se muestran en la siguiente tabla:
Tabla X. Ensayo de puzolanicidad (UNE-EN 196-5)
Ensayo de
puzolanicidad
Adición
10%
Adición
15%
Adición
20%
Adición
30%
Iones (OH)-
, mmol/L 38.0 38.7 37.8 17.2
Öxido de calcio, mmol/L 10.3 9.6 8.6 2.3
Puzolanicidad 8 días Cumple Cumple Cumple Cumple
Todos los cementos Pórtland adicionados elaborados cumplen ya a los 8 días
con el ensayo de puzolanicidad.
Los resultados del ensayo de puzolanicidad demuestran que la puzolana
artificial elaborada posee una gran actividad puzolánica. Incluso para solo un
10% de adición, la sílice amorfa de la ceniza de cáscara de arroz es suficiente
para fijar químicamente el hidróxido de calcio liberado en la hidratación del
cemento, aportando en consecuencia mayores resistencias al correspondiente I
cemento Pórtland adicionado.
Se puede aprovechar el carácter altamente puzolánico de la ceniza de cáscara
de arroz para contrarrestar las pérdidas en las resistencias tempranas de los
cementos y concretos con adición de puzolanas naturales.

21. 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se ha desarrollado una puzolana artificial, a nivel laboratorio, a partir de la
cáscara de arroz.
La cáscara de arroz materia prima del presente estudio contiene de 22 a 23%
de ceniza.
Las condiciones de calcinación evaluadas han sido el tiempo y la temperatura
de calcinación. Se obtuvieron cenizas de las cáscaras calcinadas a las
temperaturas de 400, 500, 600, 700, 800 y 900°C.
Los criterios para elegir la ceniza más adecuada fueron el índice de actividad
de la sílice, el porcentaje de carbón y el análisis por difracción de rayos X. La
ceniza óptima fue la obtenida a la temperatura de 400°C por estar básicamente
constituida de sílice amorfa, reactiva.
La puzolana artificial desarrollada (ceniza de cáscara de arroz), cumple con los
requisitos de los índices de actividad puzolánica a través de los cuales ha sido
evaluada.
Los cementos Pórtland adicionados diseñados presentan mayores resistencias
a la compresión que el OPC, a todas las edades (3, 7 y 28 días) y para todos
los porcentajes de adición (10%, 15%, 20% y 30%). Dichos resultados
demuestran la viabilidad de la elaboración de los cementos Pórtland con
incorporación de ceniza de cáscara de arroz, con porcentajes de adición de
hasta el 30%.
En el Perú, la producción de arroz en cáscara en 1999 fue de
aproximadamente dos millones de toneladas, lo que significa 400 000 t de
cáscara de arroz disponibles que a su vez representarían 80 000 t de ceniza de
cáscara de arroz como materia prima para la elaboración de cemento Pórtland
adicionado. De toda esta producción el 50%, esto es 40 000 t de ceniza de
cáscara de arroz, pertenecen a la zona de influencia de Cementos Pacasmayo
S.A.A.
La producción de cemento Pórtland con adición de ceniza de cáscara de arroz
es factible de realizarse a escala industrial en plantas pequeñas de cemento
como es la Planta de Rioja.
Para la elaboración de la ceniza de cáscara de arroz se recomienda emplear
una adecuada técnica de calcinación que facilite una combustión controlada
para obtener la ceniza requerida. La temperatura de calcinación es un
parámetro fijo que debe controlarse ya que una variación de temperatura de
±50 °C varía las características de la ceniza.
Se deberá realizar un estudio económico tomando en cuenta la disponibilidad
de cáscara presente en nuestro país. De antemano es ventajoso conocer que

22. la cáscara de arroz es un subproducto contaminante, de bajo costo, que
abunda en la zona norte y en la región amazónica.
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