Caracterización de morteros con adición de combinaciones de microsilice y nanosilice

Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ing. Civil en Obras Civiles
"CARACTERIZACION DE MORTEROS CON ADICION DE
COMBINACIONES DE MICROSILICE Y NANOSILICE"
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Civil en Obras Civiles.
Profesor Patrocinante:
Sr. Ernesto Zumelzu Delgado.
Ingeniero Civil Metalúrgico.
Doctor Materiales, Energía y Medioambiente
MANUEL HERALDO PEREZ BAHAMONDE
VALDIVIA - CHILE
2008

ii
RESUMEN
Esta investigación hace una comparación del uso de la nanosílice y microsílice aplicados
en forma separada en el mortero, lo que la hace interesante porque son utilizados generalmente en
el hormigón y no existe mayor información de su desempeño en este material, especialmente para
el aditivo nanométrico. También se estudia la “Combinación de ambos productos”, algo
totalmente nuevo ya que la nanosílice se ha desarrollado y comercializado como sustituto de la
microsílice y no se concibe su uso en conjunto.
El objetivo principal de este estudio es caracterizar experimentalmente las propiedades
mecánicas y físicas de un mortero tratado con adiciones de nanosílice, microsílice y
combinaciones de ambas. Esta caracterización se realiza en forma práctica mediante ensayos de
laboratorio y una caracterización microscópica superficial.
Las propiedades estudiadas corresponden a la trabajabilidad, densidad, resistencia
mecánica a la flexotracción y compresión. Se analiza como varían estas características con el uso
de los aditivos silicios, se entregan las dosis óptimas, comportamiento patrones, etc. Se establece
que ambos productos introducen mejoras, pero queda claramente establecida las amplias ventajas
de la nanosílice en el mejoramiento de estas características. La aplicación en conjunto de estos
aditivos obtiene mejores resultados, otorga otras características al mortero que no la obtenemos
con el uso de estos en forma separada.
SUMMARY
This research work compares the use of micro and nanosilica applied separately in the
mortar, which is very interesting because they are usually applied in concrete and there is no
information available about their performance on this material especially for the nanometric
additive. This research work also studies the combination of both products, a completely new
approach, because nanosilica has been developed and commercialized as a substitute for
microsilica, and they are not supposed to be used together.
The main objective of this study is to asses experimentally the mechanical and physical
properties of a given mortar treated with, nanosilice, microsilice or a combination of both. This
characterization is carried out through laboratory assays and superficial microscopic analysis.
The properties studied are Malleability, density and mechanical resistance to
flexotraction and compression and also optimal doses and standard behaviors are provided. This
study clearly shows that both additives improve this characteristics, been nanosilica
overwhelmingly superior when compared to its counterpart, also when used together both
additives improve significantly mortar properties compared to the samples where they used
separately.

iii
INDICE GENERAL
Temario Página
CAPITULO I : INTRODUCCION
1.2. Objetivos 2
1.3. Alcances de la investigación 2
CAPITULO II : MORTERO
2.1. Generalidades 3
2.2. Materiales para el mortero 4
2.2.1. Cemento 4
2.2.2. Áridos 4
2.2.3. Agua 5
2.2.4. Aditivos y adiciones 6
2.3. Propiedades del mortero 7
2.3.1. Propiedades del mortero en estado fresco 7
2.3.2. Propiedades del mortero endurecido 9
CAPITULO III : MICROSILICE
3.1. Definición 13
3.2. Producción 14
3.3. Propiedades de la microsílice 15
3.3.1. Propiedades físicas 15
3.3.2. Propiedades químicas 17
3.3.3. Reacción en el hormigón 19
3.4. Propiedades que mejora la microsílice en el hormigón 21
3.4.1. Propiedades hormigón fresco 21
3.4.2. Mejoras en el hormigón endurecido 22
3.4.3. Interrelación de propiedades 26
3.5. Campo de aplicación 27
CAPITULO IV : NANOSILICE
4.1. Definición 28
4.2. Propiedades de la nanosílice 29
4.2.1. Propiedades físicas 29
4.2.2. Propiedades químicas 30
4.2.3. Reacción en el hormigón 31
4.3. Beneficios obtenidos usando nanosílice 32
4.3.1. Propiedades hormigón fresco 33
4.3.2. Propiedades hormigón endurecido 34
4.3.3. Beneficios medioambientales 35
4.4. Aplicaciones 36
4.5. Comparación de nanosílice y microsílice 36
4.6. Conclusiones derivadas de la revisión bibliográfica 38
CAPITULO V : DISEÑO EXPERIMENTAL
5.2. Programa experimental 39
5.3. Diseño del experimento 40

iv
Temario Pagina
5.3.1. Tipos de mezcla 40
5.3.2. Definición de la variable dependiente 41
5.3.3. Definición de las variables independientes y sus niveles 41
5.3.4. Definición del espacio de interferencia 42
5.3.5. Definición de la cantidad de replicas 43
5.4. Características a medir del mortero y sus componentes 43
5.4.1. Ensayos al cemento 43
5.4.2. Ensayos a los áridos – arena 43
5.4.3. Ensayos al agua 45
5.4.4. Ensayos al mortero 46
5.5. Características de los materiales a utilizar 46
5.5.1. Arena 46
5.5.2. Cemento 47
5.5.3. Agua 47
5.6. Dosificación del mortero 47
CAPITULO VI : ENSAYOS AL MORTERO
6.1. Confección de probetas 48
6.2. Densidad 48
6.3. Consistencia 49
6.4. Resistencia a la flexión 50
6.5. Resistencia a la compresión 51
6.6. Falla de las probetas en los ensayos mecánicos 52
CAPITULO VII : ANALISIS DE LOS DATOS ARROJADOS EN LOS ENSAYOS
7.1.1. Modo de análisis 53
7.2. Trabajabilidad 53
7.3. Densidad 56
7.4. Resistencia a la flexión 57
7.5. Resistencia a la compresión 58
7.6 Dosis óptima de Microsílice en combinación con la nanosílice 60
7.7. Análisis general de los resultados de los ensayos 61
CAPITULO VIII : MICROSCOPIA
8.2. Caracterización microscópica microsílice 64
8.3. Caracterización microscópica nanosílice 65
8.4 Preparación de las muestras 66
8.5 Fotografías microscopia superficial del mortero 69
8.6. Aplicación única nanosílice v/s combinaciones 76
8.5. Conclusiones microscopia 78
CAPITULO IX : APLICACIONES Y COSTOS MEZCLAS FABRICADAS
9.2. Shotcrete 80
9.2.1. Valoración económica comparativa de morteros shotcrete con diferentes
niveles de adición
81
9.3. Hormigón de relleno estructural, grouting alto requerimiento 82
9.3.1. Usos 82

v
Temario Página
9.3.2. Características 82
9.3.3. Valoración económica comparativa de morteros con diferentes niveles
de adición
82
9.4. Mortero para anclaje y nivelación 83
9.4.1. Usos 83
9.4.2. Características 83
9.4.3. Valoración económica comparativa de morteros con diferentes niveles
de adición
84
9.5. Análisis valoración económica de los morteros preparados y sus
aplicaciones
86
CONCLUSIONES 87
BIBLIOGRAFIA 90
INDICE DE TABLAS
Temario Página
Tabla 2.1. Requisitos de durabilidad del mortero según NCh 2256/1 12
Tabla 3.1. Resumen de las propiedades físicas de la microsílice 17
Tabla 3.2. Resumen propiedades químicas de la microsílice 18
Tabla 3.3. Comparación física y química entre componentes típicos del hormigón 18
Tabla 3.4. Detalle mezclas ensayadas a la resistencia a la compresión 23
Tabla 4.1. Resumen propiedades físicas y químicas de la nanosílice según el
fabricante
30
Tabla 4.2. Resumen comparativo de propiedades físicas de materiales en estudio
usados regularmente en el hormigón
32
Tabla 4.3. Comparación de características y beneficios de la microsílice v/s
nanosílice
37
CAPITULO V : METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Tabla 5.1. Materiales bases y niveles de adición de Microsílice y Nanosílice por
separado
41
Tabla 5.2. Materiales bases y niveles de adición para mezclas con combinaciones
de Microsílice y Nanosílice
42
Tabla 5.3. Serie de tamices empleados para granulometría de la arena 43
Tabla 5.4. Granulometría y porcentajes característicos para la arena ensayada 43
Tabla 5.5. Granulometría de la arena según NCh 2256/1 para un tamaño máximo
nominal de 5m.m.
45
Tabla 5.6. Listado de normas usadas en los ensayos al mortero 47
Tabla 5.7. Presentación de la arena por el fabricante 47
Tabla 5.8. Propiedades físicas de la arena obtenida en los ensayos de laboratorio 47
Tabla 5.9. Cemento corriente 48

vi
Temario Página
Tabla 7.1. Densidades promedios de las probetas sin adición según razón
agua/cemento
56
Tabla 7.2. Naturaleza de la pendiente en la densidad según tipo de adición y para
todas las razones A/C
56
Tabla 7.3. Naturaleza de la pendiente en la resistencia a la flexión según tipo de
adición y para todas las razones A/C
57
Tabla 7.4. Naturaleza pendiente en resistencia a la compresión según tipo de
adición, para todas las razones A/C
58
Tabla 7.5. Dosis óptima de aplicación de Microsílice y su aumento en la
resistencia a la compresión
58
Tabla 7.6. Dosis óptima de aplicación de Nanosílice y su aumento en la resistencia
a la compresión
58
Tabla 7.7. Dosis óptima de aplicación de combinaciones de Microsílice y
Nanosílice con su aumento en la resistencia a la compresión
59
Tabla 7.8. Variación en las propiedades estudiadas del mortero según el tipo de
adición de nanosílice y/o microsílice
62
Tabla 8.1. Detalle muestras seleccionadas para microscopia electrónica 67
Tabla 8.2. Detalle muestras patrones con microscopia electrónica realizada 68
Tabla 8.3. Listado fotografías microscopia electrónica superficial con clasificación
de muestra y aumento
68
Tabla 8.4. Rango de tamaño de partículas según adición de única de nanosílice o
combinada con microsílice
76
Tabla 8.5. Tamaño de partículas de acuerdo al porcentaje de adición, se puede
observar que a mayor adición, menor es el tamaño de los granos
78
CAPITULO IX : VALORACION ECONOMICA SEGUN USO
Tabla 9.1. Valores componentes del mortero, presentación y costo unitario 79
Tabla 9.2. Propiedades componentes de este mortero particular 80
Tabla 9.3. Valores requisitos aproximados del mortero shotcrete 80
Tabla 9.4. Opciones mortero shotcrete 81
Tabla 9.5. Valores requisitos aproximados del mortero relleno estructural alto
requerimiento (grouting)
82
Tabla 9.6. Opciones mortero relleno estructural 82
Tabla 9.7. Valores requisitos aproximados del mortero relleno estructural alto
requerimiento (grouting)
83
Tabla 9.8. Opciones mortero anclaje y nivelación 84
Tabla 9.9. Quinta opción mortero anclaje y nivelación con mayor resistencia
mecánica
85

vii
INDICE DE FIGURAS
Temario Página
Figura 2.1. Influencia del agua y los granos finos sobre la trabajabilidad 7
Figura 3.1. Microsílice después de ser recogida del horno 13
Figura 3.2. Una fundición antes de la instalación de equipos que atrapan el polvo de
la microsílice que es arrojado directamente a la atmósfera
14
Figura 3.3. Esquema de una fundición de metal de sílice o ferro-silicio, donde se
muestra el precolector (B) y filtro (C) donde se recoge la microsílice
15
Figura 3.4. Comparación entre tamaños de partículas de cemento portland
(izquierda) y microsílice (derecha)
15
Figura 3.5. Comparación visual entre cemento, cenizas volantes y microsílice 16
Figura 3.6. Representación del efecto de microllenado 19
Figura 3.7. Esquema que representa hidratación del cemento portland 20
Figura 3.8. Comparación microscópica entre hormigón sin microsílice (izquierda) y
hormigón con microsílice (derecha)
21
Figura 3.9. Esquema de exudación y canales capilares 22
Figura 3.10. El desarrollo de resistencia a la compresión de algunas mezclas que
contienen microsílice
23
Figura 3.11. Esquema de la permeabilidad en el hormigón 24
Figura 3.12. Esquema de la corrosión en el refuerzo del hormigón 25
Figura 3.13. Interacción de propiedades de la microsílice con las del hormigón 27
Figura 4.1. Fotografía Nanosílice 28
Figura 4.2. Fotografía electrónica de nanosílice a 100 nm 29
Figura 4.3. Rango de resistencias a la compresión alcanzado por la nanosílice 34
CAPITULO V : METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Figura 5.1. Cuarteo manual de la muestra 43
Figura 5.2. Serie de tamices empleados para granulometría de la arena 44
Figura 5.3. Determinación estado s.s.s. arena 45
Figura 5.4. A la izquierda muestra de arena en hidróxido de sodio al 3% después de
reposar 24 horas, a la derecha tester con patrón de colores para ensayo
45
Figura 5.5. Presentación de la arena por el fabricante 46
Figura 5.6. Cemento corriente 47
CAPITULO VI : ENSAYOS AL MORTERO
Figura 6.1. Apilamiento de probetas confeccionadas 48
Figura 6.2. Consistencia morteros fabricados 49
Figura 6.3. A la izquierda: molde metálico para probetas rilem – A la derecha:
cargas aplicadas mediante el ensayo a la probeta
50
Figura 6.4. Prensa utilizada en el ensayo de flexión 50
Figura 6.5. Aplicación carga uniformemente distribuida en la muestra 51
Figura 6.6. Prensa para el ensayo de compresión 51
Figura 6.7. Falla probetas tras ensayos mecánicos 52

viii
Temario Página
Figura 7.1. Comportamiento patrón de la docilidad del mortero de cemento portland
puzolánico con adiciones de microsílice, nanosílice y combinaciones de
ambas
54
Figura 7.2. Trabajabilidad de morteros en diferentes niveles de adición 54
Figura 7.3. Morteros de cemento corriente con adición de combinaciones de
microsílice y nanosílice para diferentes razones agua/cemento –
Nanosílice = 1,0% - Variación microsílice 0 – 7,5%
60
Figura 8.1. Microscopio de Barrido de Electrones (SEM). Laboratorio
Microscópica Electrónica Universidad Austral de Chile
64
Figura 8.2. Imágenes de partículas esféricas de microsílice a través de un
microscopio electrónico
64
Figura 8.3. Microscopia agrupación nanopartículas 65
Figura 8.4. Imagen de muestras preparadas para microscopia electrónica superficial 67
Figura 8.5. Muestra patrón 1 – Aumento 10.000X 69
Figura 8.9. Muestra 1 – Aumento 2.000X 71
Figura 8.19. Fotografías microscopia electrónica superficial de mortero con adición
única de nanosílice
76
Figura 8.20. Fotografías microscopia electrónica superficial de mortero con
combinación de un 3,5% de microsílice con nanosílice
76
CAPITULO IX : VALORACION ECONOMICA MORTERO SEGUN USO
Figura 9.1. Comportamiento patrón de la resistencia a la compresión dependiendo
del tipo de adición
85

1
CAPITULO I
“INTRODUCCION”
El mortero es un material de construcción ampliamente utilizado. En su forma más
general esta constituido por un material fino y un aglomerante, que con la adición de agua
reacciona y adquiere resistencia.
A pesar del uso del mortero desde tiempos muy remotos (de “pega” para bloques sólidos)
no ha evolucionado mucho, sus propiedades no han sido estudiadas tan sistemáticamente como
las del hormigón, en sus múltiples aplicaciones no alcanza grandes resistencias mecánicas. Por
eso nace la intención de desarrollar morteros de alta resistencia mecánica a la compresión, gracias
a la adición de nanosílice, microsílice y/o combinaciones de ambas, que puede ser utilizado en
requerimientos que exijan calidad y un alto desempeño, como grouting o shotcrete.
La microsílice es un aditivo en polvo utilizado por décadas, en un principio se usaba
como material fino de relleno en el hormigón sin aportar mayor beneficio en sus propiedades. En
los últimos años aparece la microsílice químicamente activada muy superior a sus antecesoras
cambiando tanto propiedades físicas como químicas en el concreto.
La nanosílice por su parte es un aditivo líquido innovador, desarrollado con
nanotecnología que todavía se encuentra en etapa de estudio, esta ciencia ha marcado un hito
porque permitirá manejar átomos y moléculas con absoluta precisión para construir estructuras
microscópicas con especificaciones atómicas sumamente complejas y caprichosas. Este producto
mejora las propiedades del hormigón tanto fresco como endurecido en forma similar a la
microsílice en beneficios y aplicaciones, pero con resultados enormemente superiores.
Porque no existen mayores antecedentes de aplicaciones de estos aditivos silicios en
morteros, y considerando que en su fabricación se utilizan básicamente los mismos materiales
que componen el hormigón, se utilizará la teoría dedicada a este último material para el desarrollo
de esta investigación.
El presente estudio pretende determinar una caracterización de morteros con la
incorporación de combinaciones de microsílice y nanosílice, evaluar la incidencia de diferentes
niveles de adición para diferentes dosificaciones y/o razones agua/cemento. Para llevar a cabo la
caracterización se confeccionan probetas con dosificaciones comúnmente utilizadas en obra.

2
1.1. Objetivos
El objetivo principal de este estudio es caracterizar algunas de las propiedades
mecánicas y físicas de un mortero tratado con adiciones de nanosílice, microsílice y
combinaciones de ambas. Esta caracterización se realizará en forma práctica mediante ensayos de
laboratorio y una caracterización microscópica superficial.
1.1.1. Objetivos específicos
A. Estudiar el efecto que producen los aditivos silicios incorporados por separado o combinados
en las propiedades del mortero: trabajabilidad, densidad, resistencia a la flexotracción y
resistencia a la compresión.
B. Determinar las dosis óptimas de adición y la mejor combinación de los productos silicios
aplicados en morteros con diferentes dosificaciones, considerando la resistencia a la
compresión como la propiedad para elegirlas.
C. Analizar la imagen microscópica del mortero al utilizar combinaciones de microsílice y
nanosílice.
D. Evaluar y comparar aplicaciones y costos de las diferentes mezclas fabricadas.
1.2. Alcances de la investigación
Este estudio está orientado fundamentalmente a la caracterización de morteros de alta
resistencia gracias a la adición de productos altamente reactivos que cambian radicalmente sus
propiedades.
No se consideran ensayos que permitan evaluar la durabilidad, impermeabilidad,
contenido de aire y retracción hidráulica que definen también al mortero. Esto se debe a la
ausencia de las herramientas que permitan determinar estas propiedades.
No se analiza la corrosión ni los ataques de otras sustancias químicas destructivas en el
caso de obtener un mortero de alta resistencia que pueda armarse, por ejemplo un ferrocemento.
No pertenece a la línea de investigación de este trabajo de titulación definida en los objetivos.

3
CAPITULO II
“MORTERO”
2.1. GENERALIDADES
1
El mortero en su forma más general esta conformado por un árido fino, agua y un
aglomerante. Ha sido utilizado como material de pega para bloques de piedra en la construcción
de los edificios más antiguos que recuerda la historia y en la construcción de los primeros
pavimentos de caminos.
A pesar de la gran antigüedad en su uso, las propiedades de los morteros no han sido
estudiadas tan sistemáticamente como las de los hormigones, situación por la cual es necesario un
ordenamiento, complementación de la información existente y una adecuada normalización. Ello
permitirá mejorar la tecnología para un mejor uso de los morteros en obra y probablemente se
pueda utilizar este material en nuevas funciones.
Las funciones que cumplen generalmente los morteros se han visto inalteradas por
décadas, estas son las siguientes:
 Mortero de junta, para la adherencia de las piezas de albañilería.
 Mortero de estuco, para recubrimiento de superficies de albañilería u hormigón.
 Mortero de pega para unir piezas de revestimiento prefabricadas (cerámicas, baldosas, etc.)
con un elemento base.
 Mortero de relleno en unidades de albañilería armada o placas de fundación de estructuras
metálicas o equipos.
 Mortero proyectado para el recubrimiento y sustentación de superficies de suelo, roca,
hormigón u otros materiales.
 Mortero de inyección de fisuras o grietas en elementos de hormigón, rocas u otros.
 Material de reparación, especialmente para obras de hormigón.
 Recubrimiento interior de tubos metálicos.
 Mortero de tratamiento de juntas de hormigonado.
Cabe destacar que para la fabricación de morteros se utilizan básicamente los mismos
materiales que componen el hormigón, es decir un árido, agua, cemento y eventualmente un
aditivo o adiciones.
1
Egaña et al, 1989. Manual del mortero

4
2.2. MATERIALES PARA EL MORTERO
2
2.2.1. CEMENTO
El cemento se presenta en forma de un polvo finísimo de color gris, mezclado con agua
constituye una pasta que endurece y adquiere resistencia, tanto al aire como bajo el agua. Por la
última de estas características y por necesitar agua para su fraguado se le define como un
aglomerante hidráulico.
 Fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento
El cemento al ser mezclado con agua forma una pasta, que tiene la propiedad de
rigidizarse progresivamente hasta constituir un sólido de creciente dureza y resistencia. El
proceso producido es dependiente de las características del cemento, principalmente por su
composición y finura, las cuales condicionan en especial la velocidad de su generación y la
resistencia adquirida posteriormente.
El endurecimiento de la pasta de cemento muestra particularidades que son de interés
para el desarrollo de ingenierías:
 La reacción química producida es exotérmica, con desprendimiento de calor especialmente en
los primeros días.
 Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen, de dilatación si el ambiente tiene
un alto contenido de humedad o de contracción si este trabajo es bajo.
La hidratación del cemento y los efectos que causan la microsílice y nanosílice se
estudian más adelante en los capítulos respectivos dedicados a cada uno de estos aditivos.
2.2.2. ARIDOS
Los morteros están compuestos normalmente por un solo árido fino o arena, de un
tamaño máximo no superior a los 5 m.m. para un adecuado cumplimiento de sus funciones. En
algunos casos especiales, la arena se utiliza separada en dos fracciones: una granulometría gruesa
y otra más fina.
2

5
Como principio general, las características de este árido deben ser similares a las
exigidas para el árido fino constituyente del hormigón. Sin embargo, la aplicación de los
principios que rigen los áridos no puede hacerse en forma indiscriminada y debe ser analizada
con cuidado, tomando en consideraciones dos condiciones básicas que distinguen a los morteros
de los hormigones:
 La relación árido fino/cemento es generalmente distinta a la del hormigón, lo que implica que
especialmente en lo que concierne a los constituyentes aportados por el árido fino (por
ejemplo granos finos de tamaño inferior a 0,80 m.m., sales solubles), los valores
normalizados para los hormigones pueden no ser aplicables.
 Las características del árido influyen significativamente en las del mortero, por lo tanto
dependen en forma importante de la función que va a desempeñar.
Las características y condiciones que debe cumplir un árido para su empleo en morteros
están normalizadas, las cuales son explicadas más adelante en la parte experimental en los
ensayos practicados a la arena utilizada en esta investigación.
2.2.3. AGUA
El agua es un componente fundamental, ya que su presencia condiciona el desarrollo de
las propiedades del mortero, tanto en su estado fresco como endurecido. Desempeña dos roles en
su calidad de componente del mortero:
 Participa en el proceso de hidratación del cemento, el cual no puede desarrollarse sin su
presencia.
 Otorga la trabajabilidad necesaria al mortero, siendo determinante sin definir su fluidez.
El agua de amasado del mortero debe presentar propiedades similares a las exigidas para
el hormigón, las cuales aparecen en la NCh 1498, y que pueden resumirse de la siguiente forma:
 El uso de agua potable esta permitido sin necesidad de verificar su calidad (como es el caso
de esta investigación).
 El agua con contenido de azúcares, en forma de sacarosa o glucosa, no puede ser empleada
para la preparación de morteros.
 El uso de agua de mar esta permitido para morteros de resistencia menor a 150 kg/cm2,
siempre que no se presente contenido de algas, porque estas producen un efecto incontrolable
en la incorporación de aire.
 Las aguas de origen desconocido deben ser sometidas a análisis químicos.

6
2.2.4. ADITIVOS Y ADICIONES
2.2.4.1. Aditivos
Un aditivo es el componente que introducido en pequeña cantidad en el mortero
modifica algunas de sus propiedades originales. Su uso es contemplado generalmente en morteros
en casos especiales, como son los morteros de relleno, autonivelantes o de inyección, reparación,
grouting, shotcrete, etc. y constituyen una característica particular de su tecnología.
Para analizar sus usos es conveniente un conocimiento previo de las características del
mortero en estado fresco y endurecido, por eso se describen los aditivos más utilizados a
continuación:
 Incorporadotes de aire: están destinados a producir la incorporación de aire en forma de
pequeñas burbujas, en su mayoría de un tamaño medio de alrededor de 0,1 m.m., con una
distribución uniforme en la masa del mortero. El empleo de incorporadotes de aire en los
morteros está orientado básicamente a aumentar su consistencia, pero también le otorga otras
propiedades al mortero:
- Aumento de la resistencia a los ciclos hielo-deshielo.
- Reducción de la permeabilidad al agua y líquidos en general.
- Aumento de la fluidez.
- Disminución de la exudación del agua de amasado.
- Disminución de la resistencia.
 Plastificadores: producen una reducción del agua de amasado del mortero manteniendo su
fluidez, ello permite una reducción de la dosis de cemento sin disminuir su resistencia.
 Aceleradores
 Retardadores
 Impermeabilizantes
 Expansores: al reaccionar con los componentes del mortero producen un aumento del
volumen, generalmente derivado de los gases emanados durante dicha reacción.
 Colorantes

7
2.2.4.2. Adiciones
En los morteros de uso más generalizado, como son los de junta, los de estuco o los de
pega es habitual el empleo de adiciones, siendo la más importante es la cal hidratada. En esta
investigación se busca un mortero de mayor resistencia con una excelente trabajabilidad o fluidez,
por lo cual no se usa adiciones.
2.3. PROPIEDADES DEL MORTERO
3
2.3.1. PROPIEDADES DEL MORTERO EN ESTADO FRESCO
2.3.1.1. Trabajabilidad
La trabajabilidad es la propiedad más importante del mortero en estado fresco por la
influencia que ejerce sobre las otras propiedades del mismo, tanto en estado fresco como
endurecido. La trabajabilidad resulta difícil de definir, debido a que es la combinación de cierto
número de propiedades interrelacionadas. Se considera que las que tienen mayor incidencia en la
trabajabilidad son: consistencia, fluidez, capacidad de retención de agua y tiempo de fraguado.
La consistencia es el grado de fluidez del mortero fresco que depende fundamentalmente
de la fase líquida y del contenido y características de los componentes sólidos. Para su
determinación existen diversos métodos, sin embargo los más conocidos y utilizados son la Mesa
de Sacudidas y el del Asentamiento del Cono de Abrams para el cual se utiliza un cono reducido.
Figura 2.1. – Influencia del agua y los granos finos sobre la trabajabilidad
4
Los principales factores que pueden afectar la consistencia y, por lo tanto, la
trabajabilidad del mortero, son los siguientes:
 Características de la arena (granulometría y forma de las partículas).
3
Barrera et al, 2003. Estudio de morteros de junta, según NCh 2256/1, bajo la óptica de la adherencia.
4

8
 Contenido de cemento utilizado.
 Cantidad de aire en la mezcla.
 Cantidad de agua adicionada a la mezcla.
 Uso de aditivos.
 Intensidad y tiempo de mezclado.
Finalmente es preciso señalar que la consistencia del mortero debe variar en función de
los cambios climáticos: un buen mortero debe tener una mayor consistencia en verano que en
invierno, a fin de compensar las pérdidas de agua que se producen por evaporación debido a las
mayores temperaturas.
El estudio de la trabajabilidad en los morteros puestos a prueba en esta investigación se
realiza mediante la medición de la consistencia mediante el método del “Cono reducido”, tratado
en el punto 6.3 de esta investigación.
2.3.1.2. Retentividad
La retentividad o poder de retención de agua es la capacidad del mortero de retener el
agua de amasado ante solicitaciones extremas de absorción o succión, como por ejemplo las
unidades de albañilería. Esto permite que el mortero mantenga su plasticidad, por lo que esta
propiedad esté íntimamente relacionada con la trabajabilidad.
En general, cuando un mortero presenta una buena retentividad es posible controlar el
fenómeno de exudación, el cual se produce debido a que los materiales que conforman el mortero
presentan distinto peso específico por lo que los de mayor peso tiendan a decantar y los más
livianos como el agua, asciendan. La exudación produce una pérdida de agua y asentamientos por
sedimentación del mortero, además de los siguientes efectos:
 Al ascender el agua se originan conductos capilares que afectan la
impermeabilidad y debilitan la resistencia.
 Al asentarse los sólidos, la película superficial superior de la mezcla baja su resistencia
(mayor razón agua/cemento).
Una mejora en la retentividad del mortero, puede lograrse con:
 Una adecuada composición granulométrica de la arena, especialmente con mayor cantidad de
partículas que pasan el tamiz 0,315mm.
 Cementos más finos y una mayor dosis.

9
 Uso de incorporadores de aire y plastificantes.
 El agregado de adiciones finas (cenizas volantes, puzolanas y similares).
 Un incremento del tiempo de mezclado, facilitando así una distribución adecuada del agua
sobre las partículas que componen el mortero.
Es destacable la importancia que ejerce la composición granulométrica de la arena en la
retentividad del mortero. La presencia de partículas finas ayuda a mejorar esta propiedad debido a
la disminución del tamaño de los poros. Además, las partículas finas presentan mayor superficie
específica, lo que implica que hay una mayor área envolvente por donde se absorbe agua y por
ende, mayor retención de ésta.
2.3.1.3. Contenido de Aire
El contenido de aire del mortero es una propiedad de gran importancia que permite
explicar, en muchos casos, el comportamiento que tenga éste tanto en su estado fresco como
endurecido. Esto justifica que en la fabricación de morteros se tenga un control especial sobre
esta propiedad.
El aire incluido en un mortero, puede producirse por efectos mecánicos o por medio de
la aplicación de aditivos incorporadores de aire. A medida que aumenta el contenido de aire,
mejora la trabajabilidad y la resistencia a los ciclos hielo-deshielo. De forma contraria, disminuye
la resistencia mecánica, la adherencia y la impermeabilidad.
2.3.2. PROPIEDADES DEL MORTERO ENDURECIDO
5
2.3.2.1. Densidad
La densidad del mortero se define como el peso por unidad de volumen. Depende del
peso específico y de la proporción en que se presentan cada uno de los diferentes materiales
constituyentes del mortero. Para los morteros normales varia entre 1800 y 2300 kg/m3.
2.3.2.2. Resistencia a la compresión
Es una importante propiedad del mortero, principalmente cuando se le utiliza como
componente de elementos de naturaleza estructural. Se usa como el principal criterio para
5

10
seleccionar el tipo de mortero a utilizar, ya que es fácil de medir y puede relacionarse con otras
propiedades como la impermeabilidad y la durabilidad.
La resistencia a la compresión del mortero depende en gran parte del tipo y cantidad del
material cementante y de la relación agua/cemento utilizado al prepararlo: aumentará con un
incremento del contenido de cemento y disminuirá con un aumento de la inclusión de aire o agua.
Esta es la propiedad a la que se le pone mayor énfasis en esta investigación porque se
buscan combinaciones de adiciones de nanosílice y microsílice para obtener morteros con
mayor resistencia para ser utilizados como shotcrete, grouting, de reparación o en otras
aplicaciones como un ferrocemento de mayor resistencia, por lo tanto se trabaja con morteros
de elevada resistencia a la compresión. Una aplicación de los usos a los que se le puede dar los
morteros desarrollados se trata en el capítulo X – “Aplicación y costos mezclas fabricadas”.
2.3.2.3. Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción del mortero no tiene la misma incidencia estructural que para
los hormigones. Pero en algunos casos es importante determinarla, como por ejemplo para mayor
seguridad a la fisuración es necesario disponer de valores de ella.
En esta investigación se debe esperar un aumento con el uso de los aditivos tanto en la
resistencia a la compresión como en la resistencia a la flexotracción dado por la proporcionalidad
que existe entre ambas propiedades. Por lo tanto, como esperamos un aumento significativo en la
resistencia a la compresión, debemos esperar un aumento similar (en porcentajes) en la
flexotracción.
“Los procedimientos de ensayo tanto para la resistencia a la compresión como a
tracción son explicados en detalle más adelante, ya que son parte fundamental en la
caracterización de los morteros en estudio”.
2.3.2.4. Variaciones de Volumen 6
El mortero experimenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones, durante su
vida útil por causas físico-químicas. El tipo y magnitud de estas variaciones se originan por las
condiciones ambientales de humedad y temperatura existentes, y también por los componentes
presentes en la atmósfera. Se pueden distinguir tres tipos de variaciones de volumen que afectan
al mortero: la que se deriva de las condiciones de humedad se denomina retracción hidráulica, la
6

11
que tiene por causa la temperatura, refracción térmica y la originada por la composición
atmosférica (especialmente el anhídrido carbónico) denominada retracción por carbonatación.
2.3.2.5. Permeabilidad al agua
La permeabilidad es aquella propiedad del mortero que permite el paso de agua o de otro
fluido, a través de su estructura interna. El agua puede incorporarse en la masa del mortero, y en
general en las albañilerías, por medio de dos mecanismos o procesos diferentes: presión
hidrostática y capilaridad. Esta propiedad es estudiada más afondo más adelante en los capítulos
dedicados a la nanosílice y microsílice.
2.3.2.6. Durabilidad 7
La durabilidad del mortero se refiere a la capacidad que tiene éste de mantener
substancialmente sus características originales que permiten su uso como son su apariencia
original, su resistencia y solidez, principalmente frente a la acción de la intemperie.
Los principales factores que influyen en la durabilidad son:
 Eflorescencias.
 Efecto de la congelación.
 Permeabilidad.
Los morteros de alta resistencia a la compresión por lo general tienen buena durabilidad;
sin embargo, el uso de agentes incorporadores de aire proporciona una buena protección al
mortero a los ciclos congelamiento-deshielo.
El requisito de durabilidad resulta difícil de fijar, por ello, resulta habitual que para
garantizar un adecuado comportamiento de durabilidad, se especifique dosis mínimas de cemento,
razón agua/cemento máxima y, en algunos casos dosis máxima de conglomerante. Sin embargo,
la norma NCh 2256/1 establece los requisitos de durabilidad del mortero en cuanto a la dosis
mínima de conglomerante (proporción en peso) y la incorporación de aire, de acuerdo al grado de
exposición de éste, según la Tabla 2.1. que se muestra a continuación.
7

12
Grados de
exposición
Condiciones de la exposición
Requisitos
Conglomerante
kg/m3, mínimo [1]
Aire
incorporado [2]
Severo
Elevada saturación por humedad con
ciclos de congelación y deshielo
450 Si [3]
Moderado
Humedad y ciclos de congelación y
deshielo
400 Si [3]
Débil
Humedad con eventual presencia de
ciclos de congelación y deshielo
350 -
Despreciable Humedad eventual - -
[1] El conglomerante considera cemento o cemento más otras adiciones. Para cumplir con los requisitos mínimos es
recomendable el empleo de aditivos que permitan al mismo tiempo la incorporación de aire y la reducción de
agua libre.
[2] Cuando se utilice aditivos incorporadores de aire, se deben realizar mezclas de prueba según NCh 2260 para
verificar su resistencia a congelación y deshielo según NCh 2185.
[3] El contenido de aire a utilizar en los morteros, debe permitir el cumplimiento de todos los requisitos a alcanzar
según su uso.
[4] Cuando se determine el comportamiento del mortero en ambientes agresivos según las normas vigentes, las
dosis mínimas de conglomerante y uso de incorporadores de aire se pueden omitir.
Tabla 2.1. - Requisitos de durabilidad del mortero según NCh 2256/1

13
CAPITULO III
“MICROSILICE”
Como se muestra en el presente capítulo dedicado a la microsílice y en el siguiente
correspondiente a la nanosílice, no existe información de aplicaciones de ambos aditivos en
morteros, por lo tanto la bibliografía consultada esta referida a su aplicación y estudio en
hormigones.
Los aditivos en estudio reaccionan en forma excelente con el hormigón, mejorando
sus propiedades tanto en estado fresco como endurecido. Basándonos que en la fabricación de
morteros se utilizan básicamente los mismos materiales que componen el hormigón, se utiliza
confiablemente la teoría existente y se esperan también buenos resultados con la “Adición se
combinaciones de microsílice y nanosílice”, obteniéndose así las mismas mejoras; lo que es en
parte unas de las bases de este estudio.
3.1. DEFINICION
El Instituto Americano del Hormigón define a la microsílice como “la sílice no cristalina
muy fina, elaborada en hornos eléctricos como subproducto de la producción del silicio o de las
aleaciones elementales que contienen el silicio”. Es generalmente un polvo gris, algo similar al
cemento Portland o algunas cenizas volantes, como se muestra en la figura 3.1. 8
Figura 3.1. – Microsílice después de ser recogida del horno
La microsílice tiene un elevado poder puzolánico, e incrementa propiedades esenciales al
hormigón. El uso de microsílice puede tener dos razones: como sustituto de parte de cemento, en
general por razones económicas, o como adición para mejorar propiedades tanto en estado fresco
como endurecido. 9
8
Silica Fume Association, 2005. Silica fume user´s manual.
9
Master Builders Technologies, 2001. Confección hormigón proyectado vía húmeda.

14
La puzolana es un material silíceo o sílico-aluminoso, que por si mismo puede tener
poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividido y en presencia de agua,
reacciona químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos que poseen
propiedades hidráulicas, aspecto de vital importancia para entender los beneficios de la
microsílice (proceso que es explicado en detalle más adelante en la sección 3.3.3.2.). Existen
puzolanas naturales tales como cenizas volcánicas y artificiales como cenizas volantes y
microsílice. 10
La adición de microsílice va en función al contenido de cemento del hormigón y
generalmente varía entre el 5 y 10%.
3.2. PRODUCCION
El humo de sílice condensado es un subproducto de las industrias del silicio y del ferro-
silicio, en donde se producen dichos metales en hornos eléctricos. A medida que se genera el
metal fundido, se emite un gas con base de silicio. Este humo gaseoso, a medida que sube, se
enfría rápidamente y forma partículas esféricas vítreas que son extremadamente pequeñas. El
humo de sílice condensado, que se denomina microsílice, es recogido por una bolsa interna, un
sistema para filtrar el aire caliente y los gases expulsados por el horno. Sin embargo, durante la
década de los ‘50, los investigadores europeos comenzaron a analizar los usos potenciales y a
estudiar las aplicaciones potenciales de la microsílice, incluido su utilización en combinación con
cemento Portland. 11
Figura 3.2. - Una fundición antes de la instalación de equipos que atrapan el polvo de la microsílice que es arrojado
directamente a la atmósfera. Hoy, en EEUU, no se arrojan partículas al aire, son reunidas en filtros y utilizadas
posteriormente.
12
10
Vásquez, R. 2002. Adiciones minerales; Normas y aplicaciones.
11
Grace, 2006. Boletín de ingeniería 1.
12

15
Figura 3.3. - Esquema de una fundición de metal de sílice o ferro-silicio, donde se muestra el precolector (B) y filtro
(C) donde se recoge la microsílice
13
3.3. PROPIEDADES DE LA MICROSILICE
La microsílice afecta tanto las propiedades del hormigón fresco como endurecido, estos
efectos son los resultados obtenidos gracias a sus propiedades físicas y químicas. Las
características físicas de la microsílice son bastante diferentes a las de los componentes del
hormigón corriente, pero su composición química es muy similar.
3.3.1. PROPIEDADES FISICAS
3.3.1.1. Tamaño de las partículas 14
La microsílice es un material compuesto por partículas extremadamente finas, con
diámetros promedios que son entre 0,1 a 0,2 m (micrones), 100 veces más finos que los de las
partículas de cemento.
Figura 3.4. – Comparación entre tamaños de partículas de cemento portland (izquierda) y microsílice (derecha)
13
Elkem, 2006. Microsilica for Superior Concrete.
14
Grace, 2006. Boletín de ingeniería 1.

16
El tamaño es sumamente importante tanto para las contribuciones físicas y químicas en
el hormigón como en otras propiedades del mismo aditivo, como por ejemplo influye
directamente en la variación de la superficie específica, lo que se detalla a continuación.
3.3.1.2. Superficie específica 15
La superficie específica es el área total de la masa dada de un material aportada por la
sumatoria de cada una de sus partículas. Podemos deducir que un material formado por partículas
más pequeñas en comparación a otro, tiene una superficie específica mayor. Por lo tanto, porque
las partículas de microsílice son muy pequeñas, el área de la superficie es muy grande. Por que se
incrementa en las mezclas la demanda de agua y arena como las partículas más pequeñas, es
necesario usar la microsílice para reducir el agua de la mezcla o el uso de súper plastificantes.
Para determinar la superficie específica de la microsílice debe emplearse el “BET
method” o “Nitrogen adsorption method”, este procedimiento solo lo nombramos y no
profunizaremos porque no tiene ninguna trascendencia en esta investigación.
La superficie especifica estimada del material es estudio es aproximadamente de
180.000 a 200.000 cm2/g.
3.3.1.3. Densidad 16
La densidad a granel de la microsílice depende del metal del cual se fabrico en el horno
y como se opera este. Esta densidad a granel normalmente es muy baja, lo que encarece su
transporte para largas distancias. En el caso del producto en estudio, su densidad según ficha
técnica es de 300 Kg/m3 en comparación a la densidad del cemento a granel en seco de 1.500
Kg/m3.
Figura 3.5. - Comparación visual entre cemento, cenizas volantes y microsílice
15
16
Grace, 2006. Boletín de ingeniería.

17
3.3.1.4. Peso específico
El peso específico de la microsílice es de 2.2, bajo en comparación con 3,15 de la
mayoría de los cementos portland (información obtenida de ficha técnica del producto).
Tabla 3.1. – Resumen de las propiedades físicas de la microsílice
17
Propiedades físicas de la microsílice
Diámetro promedio de las partículas: 0,1 - 0,2 m
Densidad: 300 Kg/m3
Peso especifico: 2.2
Superficie especifica: 180.000 a 200.000 cm2/g
3.3.2. PROPIEDADES QUIMICAS 18
3.3.2.1. Amorfa
Este término nos dice que la microsílice no es un material cristalino. Un material
cristalino no se disuelve reaccionando con en el hormigón. La arena es un material cristalino
siendo similar a la microsílice porque es principalmente dióxido de silicio (SiO2), pero no
reacciona por su naturaleza cristalina.
3.3.2.2. Dióxido de silicio
Es el material reactivo en la microsílice, siendo su composición química casi únicamente
dióxido de silicio (SiO2), que va aproximadamente desde un 92 a 98%. Como reacciona este con
el hormigón se discutirá más adelante en la sección 3.3.3.2.
3.3.2.3. Elementos adicionales
Puede haber elementos adicionales en la microsílice dependiendo del metal que se haya
fundido donde fueron recuperadas las partículas. Normalmente, estos materiales no tienen ningún
impacto en el desempeño de la microsílice.
17
Elaboración propia.
18

18
Tabla 3.2. – Resumen propiedades químicas de la microsílice
19
Propiedades químicas de la microsílice
Amorfa
Dióxido de silicio > 85 %
Elementos adicionales dependiendo del metal fundido
A continuación (en la tabla 3.3) se muestra una comparación física y química de la
microsílice con otros componentes usados en el hormigón (cemento portland y ceniza volante), la
microsílice es mucho más reactiva a edades más temprana, debido a sus volúmenes de dióxido de
silicio y al pequeñísimo tamaño de las partículas.
Tabla 3.3. – Comparación física y química entre componentes típicos del hormigón
20
CEMENTO
PORTLAND
CENIZA
VOLANTE
MICROSILICE
SiO2, % 21,3 49,0 92 – 98
Al203, % 4,5 24,6 0,5
Fe2O3, % 4,0 7,3 2,1
MgO, % 2,4 1,6 0,3
CaO, % 63,1 9,1 0,8
Na2O, % 0,1 0,2 0,1
K2O 1,2 0,6 1,0
SO3 2,2 0,4 0,2
Superficie especifica, m2/kg 370 420 18.000 – 20.000
Peso específico 3,15 2,38 2,22
Uso general en el hormigón Elemento
primario
Cemento de
reemplazo
Suplemento del
cemento
19
20

19
3.3.3. REACCION EN EL HORMIGON
21
Los beneficios de agregar microsílice son el resultado al cambiar la micro-estructura del
hormigón. Estos cambios se deben a dos procesos diferentes pero igualmente importantes, el
primero de estos son las propiedades físicas de la microsílice y el segundo la contribución
química.
3.3.3.1. Contribución física
Adicionando microsílice aporta millones y millones de pequeñísimas partículas a la
mezcla. Simplemente se agregan pequeñas partículas en los espacios entre los gramos de cemento,
este fenómeno es frecuentemente llamado micro-llenado.
La mayor parte de la microsílice tiene un tamaño de partícula de alrededor de 0,15
micrones en promedio, en tanto que un cemento portland típico posee un tamaño de partícula de
15 micrones en promedio. Debido a esta relación de tamaño, existen más de 50.000 partículas de
microsílice por cada grano de cemento en una mezcla con 10% de microsílice por peso de
cemento. Aún cuando la microsílice no reaccione químicamente, el micro-relleno provoca
mejoras significativas en la naturaleza del hormigón, como por ejemplo se mejora la consistencia
en su estado fresco.
Figura 3.6. – Representación del efecto de microllenado
3.3.3.2. Contribución química
Debido al volumen de dióxido de silicio amorfo muy elevado, la microsílice es material
puzolánico muy reactivo en el hormigón.
Cuando se agrega agua al cemento portland, se produce la hidratación, formándose dos
productos, como se muestra a continuación:
21

20
Cemento + Agua (H2O)  Silicato de calcio hidratado (CHS)
+
Hidróxido de calcio Ca(OH)2
El silicato de calcio hidratado que se forma es el pegamento o aglomerante, que
conserva unido el sistema. El hidróxido de calcio más débil no contribuye como aglomerante y
puede ocupar hasta un cuarto del volumen de los productos de hidratación. Además, el hidróxido
de calcio se puede combinar con el dióxido de carbono para formar una sal soluble que percole
por el hormigón y que pueda provocar eflorescencia, un problema arquitectónico conocido.
Cuando hay grandes cantidades de hidróxido de calcio, el hormigón puede ser más vulnerable al
ataque de sulfato, al ataque químico y a las reacciones álcali-árido adversas.
La microsílice puzolánica reacciona con el hidróxido de calcio y con el agua para
producir más gel de silicato de calcio aglomerador de agregados, mientras, simultáneamente,
reduce el contenido de hidróxido de calcio, como se aprecia en la siguiente reacción química:
Hidróxido de calcio Ca(OH)2 + Microsílice (SiO2)
+
Agua (H2O)  Silicato de calcio hidratado (CHS)
Este aglomerante adicional CHS (calcium silicate hydrate) mejora la adhesión dentro de
la matriz de hormigón, mientras la reducción de hidróxido de calcio mejora la durabilidad del
hormigón.
El silicato de calcio hidratado formado por el cemento portland es muy similar al
producido por la microsílice, como se esquematiza a continuación en la figura 3.7.
A  Cemento portland + Agua
B  Silicato de calcio hidratado CSH
C  Hidróxido de calcio
D  Microsílice
Figura 3.7. – Esquema que representa hidratación del cemento portland. A la izquierda formación de Silicato de
calcio hidratado y Hidróxido de calcio hidratado a partir del cemento portland y el agua. A la derecha,
transformación de hidróxido de calcio (dañino para el hormigón) al reaccionar con la microsílice en Silicato de
calcio hidratado
22
22
Elkem, 2006. Microsilica for Superior Concrete.

21
3.4. PROPIEDADES QUE MEJORA MICROSILICE EN EL HORMIGON
La microsílice es usada en el hormigón porque mejora significativamente sus
propiedades en estado fresco como endurecido, las cuales son las siguientes:
3.4.1. PROPIEDADES HORMIGON FRESCO
3.4.1.1. Incremento de la cohesión
El hormigón es mucho más cohesivo y por consiguiente es menos propenso a la
segregación, gracias a la transformación del hidróxido de calcio a silicato de calcio hidratado
(pegamento o aglomerante de la mezcla) similar al producido por el cemento al reaccionar con el
agua; proceso explicado en detalle anteriormente en la sección 3.3.3.2.
Figura 3.8. – Comparación microscópica entre hormigón sin microsílice (izquierda) y hormigón con microsílice
(derecha)
23
En la figura anterior (3.8) que es ampliada más de dos mil veces podemos ver lo
siguiente:
 A la izquierda; se destaca la interfaz del árido con la pasta en una matriz de hormigón sin
microsílice. La porción superior de la fotografía es un hueco anteriormente ocupado por el
árido. Los cristales de hidróxido de calcio están debajo de la interfaz, lo cual evita que se
produzca una buena adhesión entre la pasta (esquina izquierda inferior) y el árido.
 A la derecha; se muestra una vista similar del hormigón con microsílice. La parte superior
muestra un espacio de árido sin cristales de hidróxido de calcio debajo de la interfaz. La
pasta forma una excelente adhesión con el árido, lo que produce un hormigón más sólido
y reduce la permeabilidad.
23

22
3.4.1.2. Reduce exudación 24
Debido a la mayor área de la superficie y la usual baja de la utilización del contenido de
agua en la mezcla, habrá una mínima o ninguna exudación. Con un porcentaje aproximado del
5% de microsílice (en relación al cemento de la mezcla), no habrá exudación en la mayoría de los
hormigones.
El hormigón exuda cuando los componentes más pesados (cemento y agregados) por la
influencia de la gravedad antes que se endurezca el hormigón se acomodan, el agua más ligera se
fuerza hacía arriba, algunas de estas partículas de agua se atrapan bajo los agregados, otras en las
armaduras y algunas salen a la superficie. Este movimiento del agua es llamado canales capilares
y son mostrados en la figura 3.9.
Figura 3.9. – Esquema de exudación y canales capilares
La falta de exudación permite un proceso más eficaz además de mejorar la durabilidad,
con armaduras más protegidas y un hormigón más homogéneo y compacto.
3.4.1.3. Aumenta la trabajabilidad
La microsílice disminuye la viscosidad y el hormigón fluye más fácilmente con un
hormigón fresco estable y con menor tendencia a la segregación.
3.4.2. MEJORAS EN EL HORMIGON ENDURECIDO
Principalmente son dos efectos obtenidos: aumento de las propiedades mecánicas como
la resistencia y el módulo de elasticidad, y la reducción de la permeabilidad; que directamente
mejora otras propiedades como la durabilidad, están se detallan a continuación.
24

23
3.4.2.1. Aumento propiedades mecánicas 25
La microsílice gano inicialmente la atención en el mercado debido al gran aumento
producido en la resistencia a la compresión del hormigón. También se ven las mejoras en otras
propiedades mecánicas interrelacionadas como el aumento significativo del módulo de elasticidad
y la resistencia a la flexión. Aunque el hormigón ha sido especificado para aprovechar estas
propiedades, la más importante es la “Resistencia a la compresión”.
Figura 3.10. – El desarrollo de resistencia a la compresión de algunas mezclas que contienen microsílice, detalles
de las mezclas en la tabla 3.4.
Tabla 3.4. – Detalle mezclas ensayadas a la resistencia a la compresión.
DESARROLLO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION EN MEZCLAS CON
MICROSILICE
MEZCLA CEMENTO
Kg/m3
FLY ASH
Kg/m3
MICROSILICE
Kg/m3
MICROSILICE
% (Nota 1)
RAZON
A/C
1 (Nota 3) 475 104 74 11 0,23
2 (Nota 2) 390 71 48 9 0,37
3 (Nota 3) 475 59 24 4 0,29
4 (Nota 2) 390 - 27 6 0,35
5 (Nota 2) 362 - 30 8 0,39
6 (Nota 2) 390 - 30 7 0,37
Nota 1. La adición de microsílice va en porcentaje de la cantidad total de cemento
Nota 2. Datos entregados por Elkem
Nota 3. Datos de Buró and Ost (1994)
25

24
3.4.2.2. Reducción de la permeabilidad 26
En muchas situaciones, la durabilidad del hormigón esta directamente relacionada con la
permeabilidad, dependiendo de la exposición en la que se encuentra; como por ejemplo lecherías
a ambiente marino. Con la adición de microsílice se contribuye a la reducción de la
permeabilidad en el hormigón. Un hormigón mucho más impermeable permanece por más
tiempo sin daño ante los ataques químicos.
Figura 3.11. – Esquema de la permeabilidad en el hormigón. A la izquierda un hormigón normal y a la derecha
hormigón con adición de microsílice, mucho menos permeable
 Daño del cloruro a la armadura
La corrosión de los refuerzos es la más significante y costosa causa de deterioro en el
hormigón. No importa si el cloruro viene de las sales del mar o de una lechería, los resultados son
los mismos. La microsílice se usa en aplicaciones donde el hormigón se expone a sales de
cualquier fuente. Un hormigón más impermeable puede producir la prolongación de muchos años
de una estructura.
La corrosión presenta múltiples pasos, estos son los siguientes:
I. Los iones de cloruros trabajan despacio para alcanzar el nivel del acero de refuerzo, Una vez
que una cierta cantidad (denominados cantidad de entrada) alcanza al acero de refuerzo,
comienza la corrosión.
26

25
II. Como los iones de hierro son removidos del acero de refuerzo, ellos sufren varias etapas de
oxidación. El volumen de iones de hierro aumenta con cada fase.
III. Como la cantidad de oxido aumenta, se comenzaran a ver las manchas de oxido en la
superficie del hormigón. Luego, se comenzaran a ver pequeñas grietas o resquebraduras.
Finalmente, las grietas terminan debilitando y rompiendo el hormigón sobre el acero de
refuerzo.
Figura 3.12. – Esquema de la corrosión en el refuerzo del hormigón
La figura anterior nos muestra un esquema de la corrosión en el hormigón. Los ánodos de
cloruro interactúan con los iones de hierro para producir los iones Fe ++. Los electrones fluyen
por el acero de refuerzo al cátodo. Se completa el camino eléctrico por iones OH – fluyendo a
través de una solución porosa (electrolito). En algunos casos el ánodo y cátodo pueden estar en la
misma barra.
Por reducir la permeabilidad, la microsílice retrasa a los cloruros alcanzar el acero de
refuerzo.
 Ataques del sulfato
Mientras que la composición química del cemento Portland juega un rol importante, se
ha demostrado que la razón agua-cemento (A/C) también es un factor crítico. Reduciendo la
razón agua-cemento se reduce la permeabilidad del hormigón, la microsílice hace más
impermeable al concreto produciendo grandes retrasos de cualquier reacción adversa.

26
 Ácido u otro ataque químico
La resistencia global del hormigón con microsílice a ataques químicos es
significativamente diferente a la de un hormigón normal. Al reducir la permeabilidad del
hormigón con el uso de adición de microsílice, puede extenderse la vida de las estructuras o
simplemente extender el tiempo entre reparaciones reduciendo la velocidad y proporción del
ataque.
3.4.2.3. Aumento de la resistencia a la abrasión
Con el aumento de las propiedades mecánicas, mayor densidad del hormigón y otras
características mejoradas con la microsílice provocan paralelamente el aumento de la resistencia
a la abrasión.
3.4.3. INTERRELACION DE PROPIEDADES
27
Con el material bibliográfico mostrado anteriormente se puede hacer relaciones entre las
propiedades de la microsílice, tanto físicas como químicas, y como influyen en las características
del hormigón en estado fresco como endurecido.
A continuación se muestra en la figura 3.13. un esquema donde se parte de las
propiedades físicas y químicas de la microsílice, como estas influyen en la mezcla en su estado
fresco, y a la vez como estas últimas afectan las características de la mezcla en su estado
endurecido.
En este esquema podemos observar que el mejoramiento en las propiedades de la mezcla
en estado fresco, como la cohesión y una pasta más homogénea; mejoran otras propiedades en
estado endurecido como la permeabilidad y la resistencia mecánica, las que a su vez afectan a
otras como una mayor durabilidad y una mejor resistencia a los ataques químicos. “Por lo tanto,
podemos inferir que en esta investigación, si mejoramos alguna propiedad del mortero como
su resistencia a la compresión, se mejora también la impermeabilidad y otras características
relacionadas”. Esta característica es de vital importancia y ayudará más tarde en las conclusiones
de este estudio.
Aumento resistencias mecánicas  Aumento impermeabilidad
27
Elaboración propia

27
Figura 3.13. – Interacción de propiedades de la microsílice con las del hormigón
28
3.5. CAMPOS DE APLICACION
Los campos de aplicación de la microsílice según la ficha técnica del producto en
estudio son los siguientes:
 Hormigón de alta resistencia.
 Hormigón proyectado, vía húmeda y vía seca.
 Hormigón de alta demanda en calidad.
 Estructuras en ambienta marino y otros ambientes agresivos.
 Hormigón bombeado.
 Pavimentos y estructuras de alta resistencia al desgaste.
 Morteros y lechadas de inyección.
 Hormigón bajo el agua.
28
Tamaño partículas
de 0,1 a 0,2 m
Superficie especifica
muy grande
A) PROPIEDADES FISICAS
MICROSILICE PROPIEDADES MEZCLA
ESTADO FRESCO
A) PROPIEDADES QUIMICAS
Gran contenido de
dióxido de silicio
Naturaleza amorfa Reduce segregación
Incremento
cohesión
Disminución
exudación
Mayor
homogeneidad
Aumento
trabajabilidadEFECTO
MICROLLENADO
Aumento Silicato
de Calcio
PROPIEDADES MEZCLA
ESTADO ENDURECIDO
Mayor durabilidad
Mayor resitencia a
la abrasión
Mayor resistencia
ataques químicos
Aumento
propiedades
mecánicas
Disminución
permeabilidad

28
CAPITULO IV
“NANOSILICE”
4.1. DEFINICION
La nanosílice es sílice en estado líquido con partículas de tamaño nanométrico, mil veces
mas pequeña que la microsílice (silica fume). Esta selección de tamaño de partícula es la que le
confiere sus singulares propiedades Es un líquido levemente viscoso de color verde claro, como
se muestra en la figura 4.1. 29
Figura 4.1. – Fotografía Nanosílice
30
Para su uso se utilizan dosis recomendadas entre 0,2 – 2,1 % en relación al peso del
cemento, no requiere cuidados ni precauciones especiales y se trata como cualquier aditivo
liquido para el hormigón. 31
El desarrollo de la nanosílice se hace posible gracias a la estabilización y refuerzo de
propiedades de la materia a un nivel mil veces más pequeño que el nivel micro (nanotecnología).
Este producto nace ante la necesidad de la innovación, se promueve como alternativa a
la microsílice que ha sido usada satisfactoriamente por décadas en los hormigones casi como
producto exclusivo de adición.
29
Ulmen, 2005. Ficha técnica GAIA Nanosílice
30
31
Cárcamo, 2006. Revisión, análisis y aplicación de la nanotecnología en la generación y mejora de materiales
constructivos. Estudio de morteros de cemento con adiciones de nanosílice

29
4.2. PROPIEDADES DE LA NANOSILICE
Los beneficios y propiedades aportados por la nanosílice al hormigón en estado fresco
como endurecido dependen directamente de sus propiedades físicas y químicas.
4.2.1. PROPIEDADES FISICAS
Estas propiedades son diametralmente opuestas a las estudiadas anteriormente en la
microsílice, se presentan entre ellas diferencias como el color del material, el tamaño de las
partículas, estado del material (la microsílice se presenta en polvo y la nanosílice como un líquido
levemente viscoso).
4.2.1.1. Tamaño de las partículas
Partículas de tamaño nanométrico, entre 3 nm. y 150 nm. (1 nm.= 10-9
m.), muchísimo
mas pequeñas que la microsílice que a la vez es 100 más fina que las partículas del cemento.
Figura 4.2. - Fotografía electrónica de nanosílice a 100 nm
32
Tal como en la microsílice el tamaño es fundamental para las contribuciones físicas y
químicas en el hormigón.
4.2.1.2. Superficie específica
La superficie específica es el área total de la masa dada de un material como se dijo
anteriormente. En vista que el tamaño de las partículas es nanométrico, la superficie específica de
32
Ulmen, 2005. Ficha técnica GAIA Nanosílice

30
la nanosílice es extremadamente grande entregándole así plasticidad a la mezcla evitando el uso
de súper plastificantes.
En el caso del producto en estudio, según sus fabricantes la superficie específica va de
20 a 1000 m2/g.
4.2.1.3. Densidad
La densidad de la nanosílice es aproximadamente de 1.030 kg/m3, la cual es
relativamente alta comparada a la de la microsílice (aproximadamente 4 veces más) por
encontrarse en estado líquido, por lo cual ocupa menor volumen en su transporte y
almacenamiento.
4.2.2. PROPIEDADES QUIMICAS
4.2.2.1. Amorfa
Como la nanosílice no es un material cristalino se considera un material amorfo.
Adquiere esta propiedad porque este producto es sílice líquida la que reacciona con el hormigón.
4.2.2.2. Dióxido de silicio
La composición química específica de este producto ha sido guardada con recelo por sus
creadores, pero considerando que la nanosílice es sílice amorfa y participa en las reacciones
puzolánicas, se puede deducir que al igual que la microsílice que la nanosílice esta formada
principalmente de dióxido de silicio.
Tabla 4.1. – Resumen propiedades físicas y químicas de la nanosílice según el fabricante
PROPIEDADES QUIMICAS Y FISICAD DE LA NANOSILICE
Aspecto Líquido levemente viscoso
Color Verde claro
Tamaño de partícula 3 – 150 nm
Superficie específica 20 – 1000 m2/g
Densidad 1.030 ± 20 kg/m3
Ph 5 ± 1
Viscosidad (C. Ford) 13 ± 1 seg.
Vida útil 6 meses en envase cerrado y lugar fresco

31
4.2.3. REACCION EN EL HORMIGON
Las bondades recibidas al agregar nanosílice son el resultado al cambiar la estructura del
hormigón a nivel nano, reforzando a un nivel mil veces menor que el tradicional permitiendo un
ahorro de cemento. Pero igual que en la microsílice, estos cambios se deben a dos procesos
diferentes; uno dependiendo de la propiedades físicas y el otro por las propiedades químicas.
4.2.3.1. Contribución física 33
Esta contribución esta directamente relacionada al tamaño de las partículas. Las
nanopartículas llenan los vacíos entre los granos de cemento, lo que resulta en la inmovilización
del agua libre, efecto de llenado denominado “filler”. Si lo comparamos con el microllenado
provocado por la microsílice, estamos en presencia de un “nano-llenado”.
Las nanopartículas mejoran la estructura de la zona de contacto de los agregados, lo cual
genera mejores uniones entre estos y la pasta de cemento.
Aún cuando la nanosílice no reaccione químicamente, el nano-relleno provoca mejoras
significativas en la naturaleza del hormigón.
4.2.3.2. Contribución química
La nanosílice participa en las reacciones puzolánicas, lo cual tiene resultados en el
consumo de hidróxido de calcio y la formación de CSH (Silicato de calcio hidratado) adicional,
proceso idéntico al provocado por la microsílice.
Como se menciona anteriormente el silicato de calcio hidratado que se forma es el
pegamento o aglomerante que conserva unido el sistema, en cambio el hidróxido de calcio más
débil no contribuye como aglomerante. A medida que el cemento se hidrata, las partículas de
nanosílice se combinan con los elementos del hormigón distribuyéndose en todos los huecos que
quedan entre las partículas de cemento y los agregados. (Las partículas de cemento suelen medir
50.000 nm). De esta forma se transforma de Hidróxido de Calcio a nano-CSH (efecto idéntico al
provocado con la microsílice), hace que el hormigón quede más compacto, con menos huecos,
más resistente y con una estructura más homogénea, por lo que GAIA nanosílice lo que hace, es
producir nano-cemento que refuerza al cemento de tamaño micrométrico. 34
33
34
Ferrada et al, 2005. How nanotechnology can change the concrete word, 1° parte.

32
Uno de los beneficios al adicionar la nanosílice es que esta acelera la hidratación en el
hormigón gracias a la buena dispersión de las nanopartículas actúa como centros de cristalización
de hidratos de cemento.
Como este producto actúa a nivel nano, las nanopartículas favorecen la formación de
cristales de pequeño tamaño (tales como hidróxido de calcio y AFm) y grupos uniformes de
pequeños tamaños de Silicato de calcio hidratado (CSH).
Al estar en tamaño nanométrico, la nanosílice produce partículas de CSH con un
tamaño entre 5 nm. y 250 nm., los que refuerzan la estructura del hormigón a un nivel mil veces
menor que el hormigón tradicional, lo cual permite el ahorro de cemento.
Podemos resumir en este capitulo que tanto la nanosílice como la microsílice poseen
propiedades químicas similares, ambos son materiales puzolánicos reaccionando con el hormigón
transformando el hidróxido de calcio para adicionar más silicato de calcio hidratado (CHS) pero a
diferente escala. Las diferencias son mayúsculas cuando se comparan las propiedades físicas, las
cuales se resumen en la tabla 4.2. a continuación.
Tabla 4.2. – Resumen comparativo de propiedades físicas de materiales en estudio usados regularmente en el
hormigón
COMPARACION PROPIEDADES FISICAS DE MATERIALES EN ESTUDIO
Material Densidad
(kg/m3)
Tamaño de las
partículas
(nm)
Superficie
especifica
(m2/g)
Apariencia
Nanosílice 1030 ± 20 3 – 150 20 – 1000 Líquido
Microsílice 300 100 – 200 18 – 20 Polvo seco
Cemento 1500 50.000 - Polvo seco
4.3. BENEFICIOS OBTENIDOS USANDO NANOSILICE
La nanosílice gracias a sus características físicas y químicas mejora significativamente
las propiedades del hormigón fresco como endurecido, además de beneficios medioambientales.
Estos beneficios se describen a continuación.

33
4.3.1. PROPIEDADES HORMIGON FRESCO
4.3.1.1. Incremento de la cohesión
Como se dijo anteriormente, las nanopartículas mejoran la estructura de la zona de
contacto de los agregados, lo cual genera mejores uniones entre los agregados y la pasta de
cemento.
Además, contribuye a formar mayor cantidad de Silicato de calcio hidratado (CSH)
como se explica anteriormente en la sección 4.2.3.2, compuesto que es el pegamento o
aglomerante de la mezcla.
Con ambos factores, obviamente la utilización de nanosílice ayuda a un incremento de la
cohesión del hormigón.
4.3.1.2. Reduce exudación
Como explicamos en la sección 3.4.1.2. para la microsílice debido a la mayor área de la
superficie y la usual baja de la utilización del contenido de agua en la mezcla, habrá una mínima
o ninguna exudación. En este caso, para la nanosílice que posee un área de la superficie
muchísimo mayor que la microsílice, se deduce que se deben obtener mejores resultados y para
dosis óptimas la exudación en la mayoría de los casos la exudación tiene que ser nula.
4.3.1.3. Mejora la resistencia a la segregación
Las nanopartículas bien dispersadas aumentan la viscosidad de la fase liquida, lo cual
ayuda a la suspensión de los granos de cemento y agregados que, a su vez, mejora la resistencia a
la segregación y la trabajabilidad del sistema. 35
4.3.1.4. Aumento de la trabajabilidad 36
Posee una muy buena trabajabilidad, incluso a valores muy pequeños de la relación
agua/cemento (A/C) como 0,2. Como consecuencia de lo anterior, el hormigón “se coloca solo”,
según los comentarios de los operadores.
35
36

34
La combinación de nanotecnología con moléculas especialmente seleccionadas
produce una plasticidad y trabajabilidad excepcional que hace innecesario el uso de súper
plastificantes como los derivados de naftaleno, o los policarboxilatos, excepto pequeñas dosis
para los hormigones autocompactantes.
4.3.2. PROPIEDADES HORMIGON ENDURECIDO
4.3.2.1. Aumento propiedades mecánicas
Detención de quiebres (crack) y efectos de bloqueo interno entre los planos de
deslizamiento proporcionados por las nanopartículas mejoran la dureza, resistencias al corte y a la
flexión de materiales basados en cemento. 37
La nanosílice da altas resistencias a temprana y lejana edad. (Entre 40 y 80 MPa a 1 día
y 70 y 95 MPa a 28 días). Incrementa la resistencia tanto a la compresión como a la tracción. En
la figura 4.3. a continuación, se muestra el rango de resistencias a la compresión alcanzado por la
nanosílice. 38
Figura 4.3. - Rango de resistencias a la compresión alcanzado por la nanosílice
4.3.2.2. Disminución de la permeabilidad
Como se describe anteriormente en la sección 4.2.3.1. las nanopartículas llenan los
vacíos entre los granos de cemento, lo que resulta en la inmovilización del agua libre, efecto de
37
38
Ulmen, 2005. Ficha técnica GAIA Nanosílice.

35
llenado denominado “filler”. Si a este efecto le agregamos que se produce también un incremento
de la cohesión; al adicionar nanosílice a una mezcla de hormigón obtenemos un hormigón mucho
menos permeable.
Un hormigón tratado con nanosílice tiene entre 0 y 1% de permeabilidad. (NCh 2262). 39
Obteniendo un hormigón mucho más impermeable es protegido de de los siguientes
ataques (Similar a la microsílice, explicado en detalle en la sección 3.4.2.2.):
 Daño del cloruro a la armadura
 Ataques del sulfato
 Ácido u otro ataque químico
Con la reducción de la impermeabilidad le damos una mayor durabilidad al hormigón, o
en peor caso un mayor tiempo antes de las reparaciones y entre ellas.
4.3.2.3. Aumento de la resistencia a la abrasión
Con el aumento de las propiedades mecánicas, un hormigón más compacto y otras
características mejoradas con la nanosílice provocan paralelamente el aumento de la resistencia a
la abrasión.
4.3.3. BENEFICIOS MEDIAMBIENTALES
40
La nanosílice es conveniente de utilizar no solo por sus mejoras en los comportamientos
mecánicos y estructurales de los materiales, sino también por generar menor contaminación y
mejoras en las condiciones de utilización, pues esta de acuerdo con ISO 14001 “Sistema de
aprobación medioambiental”; por lo tanto es amistosa del medio ambiente y de la salud de los
operarios de sílice.
39
Ulmen, 2005. Ficha técnica GAIA Nanosílice.
40

36
4.4. APLICACIONES
Las aplicaciones para la nanosílice según la ficha técnica del producto son las siguientes:
 Grouts.
 Lechadas para pernos (60-70 MPa. en 24 horas).
 Shotcrete.
 Hormigones autocompactantes.
 Hormigones prefabricados (30-50 Mpa. en 6-8 horas según requerimientos).
 Hormigón fast-track (40 MPa. a 4 horas).
 Hormigones de alta resistencia.
 Hormigones de alto desempeño.
 Hormigones ligeros de baja densidad.
 Lechadas para pozos petroleros.
 Pavimentos.
 Hormigones marinos.
 Puentes.
 Vigas pre y postensadas.
 Vigas al vapor.
 Y todas las aplicaciones tradicionales de microsílice
4.5. COMPARACION DE NANOSILICE Y MICROSILICE
Con el material bibliográfico mostrado en el presente capitulo dedicado a la nanosílice y
en el anterior correspondiente a la microsílice, se muestran las características de ambos aditivos,
como modifican las propiedades del hormigón, tanto en estado fresco como endurecido. Con
estos datos a continuación se muestra la tabla 4.3. donde se realiza una comparación ítem por
ítem de estos dos aditivos.
Cabe mencionar que la comparación se hace de acuerdo a los beneficios obtenidos con el
uso separado de la nanosílice y microsílice sobre las propiedades mejoradas en la mezcla (como
resistencia mecánica), pero no se cuantifica esta mejora, no indicando cual de los aditivos puede
traer más beneficios que el otro. Pero existen aspectos donde claramente se pueden distinguir sus
diferencias.

37
Tabla 4.3. – Comparación de características y beneficios de la microsílice v/s nanosílice
TABLA COMPARATIVA MICROSILICE V/S NANOSILICE
CARACTERISTICA MICROSILICE NANOSILICE
1.- PROPIEDADES FISICAS
Estado Sólido Líquido
Color Gris Verde claro
Tamaño partículas 0,1 a 0,2 m 3-150 nm
Superficie específica 180.000 a 200.000 cm2/g 200.000 a 10.000.000 cm2/g
Densidad 300 kg/m3 1.030 kg/m3
Peso específico 2,2 -
Contribución física Micro-llenado Nano-llenado
2.- PROPIEDADES QUIMICAS
Amorfa ✔ ✔
Naturaleza material Puzolánica Puzolánica
Contenido dióxido de silicio > 85% Formula secreta, pero se
presume similar a microsílice,
ósea > 85%.
Contribución química Hidróxido de calcio 
Silicato de calcio hidratado
Hidróxido de calcio 
Silicato de calcio hidratado
3.- OTRAS CARACTERISTICAS
Producción Producida en hornos y
atrapado en filtros
Desconocida, secreto
guardado con recelo
Uso Aditivo hormigón y mortero Aditivo hormigón y mortero
Medio ambiente y salud Problemas medioambientales,
contaminación por pérdida de
material. Peligro de silicosis
en operarios
Beneficios medioambientales,
menos contaminación estado
líquido. Saludable para su uso,
no existe inhalación
Duración conservación 2 años 6 meses
Aplicaciones Similares
4.- PROPIEDADES MEJORADAS EN MEZCLA EN ESTADO FRESCO
Incremento cohesión ✔ ✔
Reduce exudación ✔ ✔
Reduce segregación ✔ ✔
Aumento trabajabilidad ✔ ✔
Mayor homogeneidad ✔ ✔
5.- PROPIEDADES MEJORADAS EN MEZCLA EN ESTADO ENDURECIDO
Resistencia a la compresión y
flexotracción
✔ ✔
Impermeabilidad ✔ ✔
Resistencia ataques químicos ✔ ✔
Resistencia a la abrasión ✔ ✔
Mayor durabilidad ✔ ✔
“En la tabla podemos ver que existen marcadas diferencias en las propiedades físicas
de ambos aditivos, pero es muy semejante su composición química. En las propiedades de la
mezcla provocan los mismos efectos, pero la nanosílice tiene mejores resultados”.

38
4.6. CONCLUSIONES DERIVADAS DE LA REVISION BIBLIOGRAFICA
1.- La microsílice y la nanosílice mejoran las propiedades del hormigón fresco (cohesión,
exudación, segregación, trabajabilidad y homogeneidad) como endurecido (resistencia a la
compresión y flexotracción, impermeabilidad, resistencia a ataques químicos, resistencia a la
abrasión y durabilidad).
2.- El desempeño de la nanosílice será mejor que el de la microsílice como aditivo al mortero
porque su efecto en las propiedades son superiores.
3.- La nanosílice se usa en cantidades entre 0 y 2% del peso del cemento. La microsílice se usa
entre el 0 y 10% del peso del cemento.
4.- La microsílice se presenta como un polvo gris con una concentración de dióxido de silicio
mayor al 85%, en cambio la nanosílice se presenta en suspensión acuosa desconociéndose su
composición química exacta.
5.- El valor de un tambor de 20 litros de nanosílice es de $ 42.500. El costo de un saco de 15 kilos
de microsílice es de $ 12.800.
6.- No se encuentra información técnica completa de la nanosílice, probablemente es secreto
industrial.
7.- No se encuentra información de la interacción entre microsílice y nanosílice en hormigón y
morteros.
8.- Se requiere realizar experiencias de laboratorio para evaluar interacción.

39
CAPITULO V
“DISEÑO EXPERIMENTAL”
5.1. GENERALIDADES
El presente estudio pretende determinar una caracterización de los morteros con la
adición de combinaciones de microsílice y nanosílice, evaluar la incidencia que tienen estas
combinaciones aplicadas en diferentes niveles de adición para diferentes dosificaciones y/o
razones agua/cemento en las características del mortero. La variación de las proporciones se
realizó de acuerdo a dosificaciones comúnmente usadas para este tipo de morteros que se
dosifican en volumen dependiendo de la razón agua/cemento, tal como sucede comúnmente en
obra.
5.2. PROGRAMA EXPERIMENTAL
La metodología a utilizar consiste en la confección de distintas mezclas y en la
realización de una serie de ensayos mediante los cuales se puede determinar las principales
propiedades y características de los morteros en estudio. Previo a la determinación de las
propiedades del mortero, se caracterizaron sus componentes.
Las propiedades y características a determinar mediante estos ensayos van dirigidas para
definir un mortero de alta resistencia, desarrollado gracias a innovaciones tecnológicas. Esta
caracterización se realiza al mortero en estado fresco como endurecido.
Debido a la cantidad de mezclar que se debe preparar y la variedad de ensayos a realizar
se divide la parte experimental de esta investigación en 4 partes, las cuales son las siguientes:
i. La primera de ella corresponde a la caracterización e identificación del total de mezclas
que forman parte del experimento, con su respetiva dosificación, propiedades de los
materiales componentes y “cantidades a utilizar y combinaciones de adiciones de
microsílice y nanosílice”.
ii. La confección de probetas a mano, de acuerdo a la dosificación y normas chilenas. Se
realiza conjuntamente el “Ensayo de Cono Reducido” para la determinación de la
consistencia del mortero recientemente fabricado.

40
iii. La tercera etapa corresponde a la realización de experiencias (ensayos) que permiten
determinar:
 Determinación de peso y volumen para la determinación de densidad de las
probetas rilem.
 Ensayo de resistencia a la flexión.
 Ensayo de resistencia a la compresión.
iv. Caracterización microscópica de las muestras más interesantes.
5.3. DISEÑO DEL EXPERIMENTO
Se define como experimento un conjunto de ensayos destinados a medir los efectos de
variables independientes o factores sobre unidades experimentales (observaciones medibles de
alguna propiedad o característica).
Un experimento diseñado es un ensayo, o conjunto de ensayos en los cuales se inducen
cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso, de manera que sea posible
observar e identificar las causa de los cambios en la variable respuesta.
5.3.1. Tipos de Mezclas
El programa experimental del presente estudio considera tres tipos de mezclas, las cuales
son los siguientes:
i. Morteros de cemento portland puzolánico grado corriente y adiciones de Microsílice.
ii. Morteros de cemento portland puzolánico grado corriente y adiciones de Nanosílice.
iii. Morteros de cemento portland puzolánico grado corriente y combinaciones de adiciones
de microsílice y nanosílice.
Para la realización del diseño del experimento se consideraron aspectos como la
definición de las distintas variables y el número de réplicas de los distintos ensayos a realizar.
Tales aspectos se detallan a continuación:

41
5.3.2. Definición de la variable dependiente
Corresponde a la variable que se va a analizar. Para la presente investigación, la variable
dependiente corresponde a cada una de las propiedades del mortero tanto en estado fresco como
endurecido. Estas son:
 Consistencia
 Densidad
 Resistencia a la compresión
 Resistencia a la flexión
5.3.3. Definición de las variables independientes (factores) y sus niveles
Es necesario dividir en dos grandes bloques las mezclas para una mejor definición y
entendimiento de las variables y sus niveles de variación; estos bloques son los siguientes:
 Mezclas con adiciones de Microsílice y Nanosílice por separado
 Mezclas con combinaciones de Microsílice y Nanosílice.
5.3.3.1. Mezclas con adiciones de Microsílice y Nanosílice por separado
Se definen como variables independientes las mezclas con diferentes razones
agua/cemento que son tomadas en este caso como material base, y los niveles de variación
corresponden a la incorporación de los aditivos por separado en sus diferentes porcentajes en
razón a la cantidad de cemento. Las variables independientes y los niveles de variación se
muestran a continuación en la tabla 5.1.
Tabla 5.1. – Materiales bases y niveles de adición de Microsílice y Nanosílice por separado
MORTERO BASE
(Variables independientes)
NIVELES DE ADICION
Grado Cemento Razón
Agua/Cemento
Microsílice
% adición
Nanosílice
% adición
Corriente
0,4
0,5
0,6
0 – 0,5 – 1 – 1,5 0
0,4
0,5
0,6
0 0 – 2,5 – 5 – 7,5

42
5.3.3.2. Mezclas con combinaciones de Microsílice y Nanosílice
Por la gran cantidad de probetas involucradas se considera como materiales bases el
mortero con diferentes razones agua/cemento con la adición de microsílice, y como niveles de
adición se considera la incorporación de Nanosílice en diferentes porcentajes. Al realizar esta
simplificación se vuelve menos emborroso el proceso y se hace mucho más fácil la comparación
entre las diferentes mezclas como se demuestra más adelante. Las variables independientes y los
niveles de variación para este tipo de mezclas se muestran a continuación en la tabla 5.2.
Tabla 5.2. – Materiales bases y niveles de adición para mezclas con combinaciones de Microsílice y Nanosílice
MATERIALES BASES
(Variables independientes)
NIVELES DE
ADICION
Grado
Cemento
Razón
Agua/Cemento
Microsílice
% adición
Nanosílice
% adición
Corriente
0,4
0
1,5
3,5
6
0 – 0,5 – 1 – 1,5
0,5
0
1,5
3,5
6
0 – 0,5 – 1 – 1,5
0,6
0
1,5
3,5
6
0 – 0,5 – 1 – 1,5
Cabe mencionar que para las combinaciones de los aditivos en estudio se escogieron los
porcentajes de adición de 0 – 1,5 – 3,5 – 6 % para la incorporación de microsílice, ya que por si
sola se espera una adición óptima alrededor de un 5%, y por lo tanto nos interesa hilar más fino
en porcentajes menores al 5% en combinación con la nanosílice.
5.3.4. Definición del espacio de inferencia
En esta etapa se definió el campo de aplicación de los resultados de la presente
investigación. Para la presente investigación el espacio de inferencia corresponde a los morteros
fabricados con cemento portland puzolánico grado corriente para la búsqueda de la mejor opción
para alcanzar morteros de alta resistencia con adiciones de combinaciones de Microsílice y
Nanosílice, para identificar posibles usos.

43
5.3.5. Definición de la cantidad de réplicas
Para el presente estudio considera la realización de tres replicas como mínimo para los
ensayos de resistencia mecánica, a fin de disminuir el error involucrado, cumplir la normativa y
dar validez a los resultados obtenidos en el análisis estadístico a realizar posteriormente. En los
ensayos de flexotracción se realizan tres replicas por mezcla, para la resistencia a la compresión
son seis replicas. Para el ensayo de cono reducido se considera la realización de una réplica por
amasada.
5.4. CARACTERISTICAS A MEDIR DEL MORTERO Y SUS COMPONENTES
Para determinar las características y propiedades del mortero se debe realizar una serie
de ensayos normalizados al mortero y a sus componentes como se menciona anteriormente. Los
ensayos se detallan a continuación:
5.4.1. Ensayos al cemento
No se realizan, ya que las propiedades físicas, mecánicas y químicas son certificadas por
los fabricantes, y cumplen con lo establecido en la NCh 148 – “Cemento - Terminología,
clasificación y especificaciones generales”.
5.4.2. Ensayos a los áridos - Arena
 Granulometría
Es uno de los requisitos más importantes que debe cumplir la arena, se debe seguir un
procedimiento para efectuar el tamizado y posteriormente determinar la granulometría. Este
ensayo se rige por la NCh 165 of77 – “Áridos para morteros y hormigones” y la NCh 2256/1
“Morteros - Parte 1: Requisitos generales”.
Figura 5.1. – Cuarteo manual de la muestra

44
Figura 5.2. – Tabla 5.3. – Serie de tamices empleados para granulometría de la arena
Tabla 5.4.- Granulometría y porcentajes característicos para la arena ensayada
Tamiz
N°
Abertura
(m.m.)
Peso retenido
(gr.)
% Retenido % Retenido
acumulado
% Acumulado
que pasa
- 10 0 0,00 0,00 100,00
4 5 40 4,04 4,04 95,96
8 2,5 147 14,66 18,71 81,29
16 1,25 166 16,58 35,29 64,71
30 0,63 243 24,27 59,56 40,44
50 0,315 303 30,33 89,89 10,11
100 0,16 79 7,89 97,78 2,22
200 0,08 14 1,42 99,19 0,81
< 200 - 8 0,81 100,00 0,00
La NCh 2256/1 entrega los límites que debe cumplir la granulometría de la arena en la
(que se muestra a continuación como tabla 5.5), la que tomamos como patrón y comparamos con
nuestra muestra, que cumple perfectamente los requisitos exigidos.
Tabla 5.5. – Granulometría de la arena según NCh 2256/1 para un tamaño máximo nominal de 5m.m.
Tamices (m.m.) % Acumulado que pasa
10 100
5 95 – 100
2,500 80 – 100
1,250 50 – 85
0,630 25 – 60
0,315 10 – 30
0,160 2 – 10
 Determinación de finos bajo la malla N° 200
El contenido de finos también juega un papel importante en el mortero, donde se debe
controlar el contenido de sustancias nocivas. Este ensayo se rige de acuerdo a la NCh 1223 of77 –
“Áridos para morteros y hormigones – Determinación del material fino menor a 0,80 m.m.”.
SERIE DE TAMICES
ARENA
Tamiz
N°
Abertura
(m.m.)
- 10
4 5
8 2,5
16 1,25
30 0,63
50 0,315
100 0,160
200 0,080

45
 Determinación de densidades y absorción de agua
La determinación de las densidades real y neta, como la absorción de agua de las arenas,
son una de las características que son necesarias para la dosificación de una mezcla de un mortero.
Este procedimiento se realiza según la NCh 1239 of77 – “Áridos para morteros y hormigones.
Determinación de las densidades real y neta de la absorción de agua de las arenas”.
Figura 5.3. – A la izquierda molde cónico con pisón para determinar la arena en estado saturado superficialmente
seco (s.s.s.). Al centro arena con humedad libre conservando forma del molde; y a la derecha arena luego de sacar
verticalmente el molde que asienta su talud natural considerándose entonces en estado s.s.s.
Con esta experiencia se determina la densidad del árido superficialmente seco, densidad
real del árido seco, absorción de agua y porcentaje de humedad.
 Determinación de impurezas orgánicas
La presencia de impurezas orgánicas en un árido puede modificar las reacciones
químicas del cemento con el agua, alterando el correcto fraguado y endurecimiento. El
procedimiento para determinar la presencia de impurezas orgánicas en las arenas se hace por el
método de comparación de colores. Este ensayo fue realizado según la NCh 166 of52 –
“Determinación colorimétrica de la presencia de impurezas orgánicas en las arenas para los
hormigones”.
Figura 5.4. – A la izquierda muestra de arena en hidróxido de sodio al 3% después de reposar 24 horas, a la
derecha tester con patrón de colores para ensayo
5.4.3. Ensayos al agua
No se realizan, por que se utiliza agua potable que se acepta sin problemas según
Nch1498.Of82 “Hormigón - Agua de amasado – Requisitos”.

46
5.4.4. ENSAYOS AL MORTERO
Los ensayos que se realizan al mortero fabricado para esta investigación se hacen de
acuerdo a los requerimientos de las normas vigentes y se detallan a continuación en la tabla 5.6.
Tabla 5.6.- Listado de normas usadas en los ensayos al mortero
ENSAYO NORMA OFICIAL
Consistencia NCh 2257/3 Of. 96 – “Morteros – Determinación de la
consistencia – Parte 3: Método del asentamiento de cono”
Densidad NCh 2186 Of. 92 – “Hormigón y Mortero – Determinación
de la densidad real saturada y densidad real seca”
Resistencia a la flexión NCh 158 Of. 67 - “Cementos - Ensayo de flexión y
compresión de morteros de cemento”Resistencia a la compresión
5.5. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES A UTILIZAR
5.5.1. Arena
La arena utilizada no fue alterada, por lo tanto conservo su composición granulométrica
y propiedades originales. Los ensayos a que fue sometida y su granulometría son mostrados
anteriormente. A continuación en la tabla 5.8, se muestran las propiedades físicas de este árido
arrojadas por los ensayos realizados.
Figura 5.5. – Tabla 5.7. – Presentación de la arena por el fabricante
En la confección del mortero se utiliza una arena que tiene un tamaño máximo nominal
del árido “Dn” de 5 m.m.
Tabla 5.8.- Propiedades físicas de la arena obtenida en los ensayos de laboratorio
PROPIEDADES FISICAS ARENA
Módulo de finura 3,05
Contenido de finos (%) 1,88
Densidad real s.s.s. (kg/m3) 2680
Absorción de agua (%) 5,34
Contenido de humedad (%) 7,14
Impurezas orgánicas No presenta
CARACTERISTICAS ARENA
Zona de procedencia Puerto Varas
Tipo de extracción Pozo
Denominación fabricante Arena gruesa

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5.5.2. Cemento
Se elige un cemento portland, que por su composición son más reactivos con los aditivos
utilizados (nanosílice y microsílice) en su condición de materiales puzolánicos. Este cemento es
de grado corriente para detectar más fácilmente los efectos provocados por los aditivos que deben
ser más grandes que en uno de alta resistencia. Este material cumple con la NCh 148 – “Cemento
- Terminología, clasificación y especificaciones generales”.
Figura 5.6.- Tabla 5.9. – Cemento corriente
5.5.3. Agua
Se utilizo agua potable, la que se puede utilizar sin verificar su calidad según la
Nch1498.Of82 “Hormigón - Agua de amasado – Requisitos”.
5.6. DOSIFICACION DEL MORTERO
El mortero se puede especificar de dos maneras, la primera de ellas es por proporciones
en que se deben mezclar la arena, cemento o agua. Otra forma de especificar este material es por
requisitos exigiéndose habitualmente una resistencia a la compresión mínima.
El problema de dosificar morteros por requisitos trae consigo mucha incertidumbre,
pudiendo existir grandes diferencias entre los resultados proyectados con los obtenidos. Por estos
motivos para esta investigación se confeccionarán probetas especificadas por proporciones y
utilizaremos pequeñas razones agua-cemento para obtener “resistencias mayores”.
El detalle de la dosificación de cada muestra se entrega en el “Anexo B – Dosificación
probetas” por la gran cantidad de mezclas que se fabrican para una completa caracterización
de combinaciones de nanosílice y microsílice. Este anexo se elabora por la gran cantidad de
tablas que constituye la dosificación del mortero.
CARACTERISTICAS CEMENTO
Clasificación Portland puzolánico
Grado Corriente
Procedencia Nacional
Presentación Bolsa 42,5 kg.
Denominación fabricante Especial

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CAPITULO VI
“ENSAYOS AL MORTERO”
6.1. CONFECCION DE PROBETAS
La mezcla de mortero para la confección de probetas se realiza a mano, dosificada por
proporciones (ver anexo A) y el procedimiento de compactación al rellenar los moldes se hace
con un pisón; cada una de estas mezclas tiene un volumen de tres litros. De cada amasada se
sacan tres replicas (muestras) y se realiza un ensayo de cono reducido. La confección de las
probetas se guía por la NCh 2260 Of.96 – “Morteros – Preparación de mezclas de prueba y
mezclas comparativas en laboratorio”.
Figura 6.1. - Apilamiento de probetas confeccionadas
41
Se desmoldan las probetas a los dos días de fabricadas para no provocar daños y tener
así un mayor margen de seguridad, son identificadas y luego son colocadas en una piscina de
curado del laboratorio “LEMCO” donde se conservan a 20° C por 26 días.
En total se confeccionan 180 probetas rilem para satisfacer las cantidades de replicas
para los ensayos según las combinaciones de nanosílice y microsílice elegidas.
6.2. DENSIDAD
La densidad de las probetas es medida inmediatamente después de sacarlas de la piscina
de curado en estado saturado. Se toman medidas precisas con pie de metro de su sección y largo,
su peso en su una balanza obteniéndose así su densidad fácilmente.
Las densidades promedio de los grupos de muestras son mostradas en el “Anexo E –
Análisis – Tablas - Graficas” y su análisis en el “Capitulo VII – Análisis de datos arrojado en
los ensayos” más adelante.
41

49
6.3. CONSISTENCIA
La consistencia de las muestras es determinada de acuerdo a la NCh 2257/3 Of. 96 –
“Morteros – Determinación de la consistencia – Parte 3: Método del asentamiento de cono”. Es
medida al momento de fabricar la mezcla, por lo que se considera “Consistencia instantánea en
t=0”.
La diferencia de trabajabilidad es tan variable en los casos estudiados que se hacen
evidentes en algunos tipos de muestra como se muestra en la figura 6.2, entre los casos más
singulares se pueden establecer los siguientes:
 Consistencia excesivamente seca; se producen estos casos en las muestras con altas adiciones
de microsílice, aproximadamente para dosis iguales o superiores al 7,5%.
 Consistencia con alta fluidez y homogeneidad; se producen en los casos que se adiciona
nanosílice en un porcentaje aproximado alrededor de un 1% en la mayoría de los casos.
 Consistencia con fluidez excesiva; aparece en los casos donde se adiciona nanosílice en
porcentajes iguales o superiores al 1,5%. En estos casos se produce segregación y/o
exudación.
Figura 6.2. – Izquierda; consistencia excesivamente seca – Al centro; consistencia con alta fluidez y homogeneidad,
- A la derecha; consistencia con fluidez excesiva
También en muchos casos al adicionar nanosílice en dosis iguales o superiores al 1,5%
aparece el término de “Cono no medible”, para aquellas muestras donde el cono es tangencial a
14 cms. En estos casos se puede apreciar una separación (segregación) del árido de la pasta
acumulándose en el fondo del cono formando un pequeño montículo como se muestra en la
esquina inferior derecha de la figura 6.2.

50
6.4. RESISTENCIA A LA FLEXION
Es el primer ensayo mecánico realizado a las probetas fabricadas y se realiza de acuerdo
a la NCh 158 Of. 67 - “Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros de cemento”.
La experiencia se lleva a cabo a los 28 días de fabricadas las probetas, se retiran de la
piscina de curado y luego de tomar las mediciones correspondientes se realiza el ensayo en el
laboratorio de ensaye de materiales de la construcción LEMCO de la universidad.
El ensayo se realiza colocando la probeta prismática de 40x40x160 m.m. en un molde
metálico (figura 6.3 a la izquierda), el cual es colocado en la prensa (vista en la figura 6.4)
cargando la muestra a velocidad constante hasta que falle. Se toma la lectura que indica la
resistencia a la flexión obtenida en el ensayo.
Las lecturas obtenidas en el ensayo deben transformarse mediante la siguiente forma
para obtener la “Resistencia a la flexión” expresada en kg/cm2:
R = (5,79 L + 59,99) x 0,234
Figura 6.3. – A la izquierda: molde metálico para probetas rilem – A la derecha: cargas aplicadas mediante el
ensayo a la probeta
Figura 6.4. – Prensa utilizada en el ensayo de flexión

51
Los resultados promedio de esta experiencia son mostradas en el “Anexo D – Análisis-
Tablas - Graficas” y su análisis en el “Capitulo VII – Análisis de datos arrojado en los ensayos”
más adelante.
6.5. RESISTENCIA A LA COMPRESION
Esta experiencia se realiza a continuación del ensayo de flexión de acuerdo a la NCh 158
Of. 67 - “Cementos - Ensayo de flexión y compresión de morteros de cemento”.
Para realizar este ensayo se colocan las mitades de las probetas prismáticas de
40x40x160 m.m. en la prensa avanzando el pistón a velocidad constante, la carga es concentrada
en dos placas metálicas de 40x40 m.m. aplicando así una carga uniformemente distribuida a la
probeta, como se muestra a continuación en la figura 6.5.
Figura 6.5. – Aplicación carga uniformemente distribuida en la muestra con dos placas metálicas de 40x40 m.m.
Figura 6.6. – Prensa para el ensayo de compresión

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