Presentada en XXXIII Convención Panamericana de IngenieríasUPADI 2012 La Habana, Cuba

1. XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías
UPADI 2012
Simposio de la Química aplicada a la Construcción.
Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales
cementantes expuestos al ambiente marino.
Aplicación al caso del Mar Caribe.
Autores:
Rafael Talero, Elena Téllez, Rubén Bayarri, José Manuel Fortuño, Roberto Pompiani y Alberto Delgado.
Delgado
Del 9 al 13 de abril de 2012. La Habana, Cuba.

2. Contenido de la presentación.
1. Estrategias de durabilidad.
2. Tipos de ambiente marino.
3. Fundamento de la nocividad del agua del Mar Caribe.
4. Fundamento de la nocividad del CO2 atmosférico sobre el hormigón.
5. Estrategias para el diseño de estructuras de hormigón durables en
ambiente de en ambiente de exposición marino.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar hormigón durable
en ambiente marino.
Otras consecuencias positivas.

3. 1. Estrategias de durabilidad.

4. 1. Estrategias de durabilidad.
¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA?
DEFINICIONES ÚTILES – Normas ISO 15686, Partes 1 y 2
• Durabilidad: Capacidad de una construcción o de alguna de sus partes de desarrollar su función
durante un periodo de tiempo bajo la influencia de los agentes previstos durante su servicio.
• Vida de servicio: Periodo de tiempo después de su construcción o instalación durante el cual
una construcción o alguna de sus partes satisfacen los requerimientos sobre sus prestaciones.
• Prestación: Nivel cualitativo de una propiedad crítica en un momento determinado.
• Predicción de la vida de servicio: Metodologías genéricas que, para un particular o apropiado
requerimiento sobre una propiedad, facilitan una predicción sobre la distribución de la vida útil
de una obra o de sus partes para su uso en un particular o un apropiado entorno.
“ […] la durabilidad es un objetivo de calidad para el ingeniero y el arquitecto, y el papel de
ambos consiste en cumplir con los objetivos fijados al menor coste económico.”
(Talero R. y Delgado A., 2012, “La durabilidad integral del hormigón”.- Documento privado).

5. 1. Estrategias de durabilidad.
¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA?
Regla de los cinco o Regla de Sitter.

6. 1. Estrategias de durabilidad.
¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA?
¿De qué depende la durabilidad de una estructura de hormigón?
• Concepción del proyecto.
• Diseño arquitectónico y estructural.
• Elección de materiales.
• Fabricación, construcción y control de obra.
• Mantenimiento y protección.
• Vida de servicio.
“ TECHNICA PLURES, OPERA UNICA” - Eduardo Torroja Miret (1899-1961)

7. 1. Estrategias de durabilidad.
¿LA APTITUD PARA DURAR MUCHOS AÑOS Y DE FORMA ECONÓMICA?
REGLA GENERAL #1:
Cuanto más pronto se actúe
para garantizar la calidad de
una estructura de hormigón REGLA GENERAL #2:
menor será el COSTE
acumulado a lo largo de su El resultado de la suma de
vida en servicio, y aún más los esfuerzos conjuntos
larga será la misma. es mucho mejor que el REGLA GENERAL #3:
obtenido a partir del
conjunto de los esfuerzos Es deber del
por separado. ingeniero y del arquitecto
aplicar en todo momento
el CÓDIGO DE BUENA
PRÁCTICA.

8. 2. Tipos de ambiente marino.

9. 2. Tipos de ambiente marino.
DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.
Subclases de exposición marina.
La clase general de exposición “Marina (III)” es aquella cuando se produce el caso general de
corrosión de las armaduras por los iones cloruro de origen marino. Y que a su vez puede ser de
cualquiera de los tres tipos siguientes:
• Aérea (IIIa): Es el ambiente de exposición de elementos de hormigón armado de estructuras
marinas por encima del nivel de pleamar y de elementos exteriores de estructuras situadas a
menos de 5 km de la línea costera.
• Sumergida (IIIb): Es el ambiente en el que los elementos de
las estructuras marinas se encuentran sumergidos.
• En zona de carrera de mareas y en zonas de salpica-
duras (IIIc): Se tiene para este caso los elementos de estruc-
turas marinas situadas en la zona de carrera de mareas, es
decir entre los niveles de bajamar y pleamar. Se incluyen
aquí las zonas que aún no estando entre estos niveles sufren
las salpicaduras por agua de mar por el azote de las olas.

10. 2. Tipos de ambiente marino.
DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.
Mecanismos de interacción con el hormigón en función de la subclase de exposición.
• En la subclase de exposición aérea (IIIa) el hormigón sufre
principalmente la acción combinada de la carbonatación de-
bida a la elevada humedad de la atmósfera y de la penetra-
ción de los iones cloruro fruto del rocío o niebla marina.
• En la subclase sumergida (IIIb) el hormigón permanece en
contacto con los iones que contiene el agua de mar, por lo que
estará sometido a los efectos que se le pueda causar por el
contacto con las especies químicas que contenga el mar y la interacción que se produzca en su
microestructura debido al ingreso a través de su red porosa.
• En la zona de carrera de mareas y de salpicadura (IIIc) el hormigón debe resistir además de la
carbonatación, si bien de menor intensidad que en el hormigón en zona aérea, debe también
mostrar un comportamiento adecuado al interaccionar con las especies químicas del agua de
mar. Además, hay que tener en cuenta que el hormigón se halla expuesto a la gran acción erosiva
que en muchos casos tiene el agua de mar al romper con los mismos.

11. 2. Tipos de ambiente marino.
DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.
Representación esquemática de las tres subclases de exposición.

12. 2. Tipos de ambiente marino.
DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.
Connotaciones tropicales.
Las condiciones de ↑↑↑ HR y T aceleran todos los procesos agresivos que sufre el hormigón.
Salinidad = 35 a 36 g·ml-1

13. 2. Tipos de ambiente marino.
DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE AMBIENTE MARINO.
La complejidad de este tipo ataque radica en factores de tipo:
• químicos: entre otras, la composición del agua de mar y la del propio hormigón.
• geométricos: la posición relativa con el nivel de las mareas, así como la forma de las piezas.
• físicos y mecánicos: resistencia a la abrasión, al desgaste y a los ciclos hielo-deshielo.
REGLA GENERAL #4
Un hormigón durable en ambiente marino en la zona sumergida no tiene por que serlo
en la zona aérea o de carrera de mareas y de salpicadura.
No en todos los casos el hormigón más adecuado es el mismo.
Y para poder establecer, unas pautas de buena práctica, se deben conocer con detalle el
fundamento de la nocividad de las diferente subclases de exposición marina sobre el hormigón.

14. Mar del Caribe.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

15. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.
C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón.
D. Elección de materiales para resistir este ataque.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

16. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.
C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón.
D. Elección de materiales para resistir este ataque.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

17. 3A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
SALINIDAD DEL AGUA DEL MAR CARIBE.
SALINIDAD TOTAL / g·l-1
La salinidad total varía notablemente en
Báltico 3a8 un mismo mar dependiendo de la zona y
Negro 18,3 a 22,2 de unos mares a otros.
Blanco 26,0 a 29,7 Es característica de los mares y océanos en
Mares
Caribe 35,0 a 36,0 latitudes tropicales:
Mediterráneo 38,4 a 41,2 • Su salinidad en la superficie aumenta
Rojo 50,8 a 58,5 debido a la elevada evaporación.
Atlántico 33,5 a 37,4
• En la proximidad de la desembocadura
Océanos Pacífico 34,5 a 36,9 de ríos caudalosos se produce una
Índico 35,5 a 36,7 disminución debido al efecto de su
lago de Ontario 72 dilución.
Lagos
o mar Caspio 126,7 a 185,0 Por otra parte, esta agua con pH = 7 – 8 se
mares mar Muerto 192,2 a 260,0 comporta como ligeramente ácida frente
cerrados
lago de Elton 265
al hormigón.

18. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.
C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón.
D. Elección de materiales para resistir este ataque.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

19. 3B. Métodos para evaluar la adecuada
durabilidad del hormigón.
MÉTODO 1º.- Con el agua del mar real. Nota: Canales/Tanques de oleaje.
Lo más deseable es la realización de estudios de
durabilidad química del cemento seleccionado, así
como de corrosión de las armaduras, con el agua
de mar al que vaya a estar expuesto el hormigón
de la construcción.
Museo subacuático de arte, Cancún (México)
Laboratorio CEDEX-CEPYC
Ministerio de Fomento (España)
Si fuera posible es deseable realizar
ensayos de resistencia a la abrasión y/o a la
erosión en canales/tanques de oleaje.
Su gran inconveniente es el reducido número
de este tipo de instalaciones.
Y si esto no fuera posible, deberá realizarse con un agua de mar sintética que sea representativa →

20. 3B. Métodos para evaluar la adecuada
durabilidad del hormigón.
MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción I).
Opción I: Agua sintética a partir del valor de salinidad del mar, océano o lago en cuestión.
COMPOSICIÓN DEL AGUA
Concentración
Componente Fórmula
% VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MAR
Cloruro 55,0085 SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICA
Sodio Na+ 30,5935
Sulfato SO 4
2-
7,7105
Magnesio Mg2+ 3,6812
Calcio Ca2+ 1,1740
Potasio K+ 1,1342
Bicarbonato HCO3- 0,4079 Mezcla
y
Bromuro Br- 0,1890
disolución
Ácido bórico H3BO3 0,0756 Cantidades
Estroncio Sr2+ 0,0219
Flúor F- 0,0037
REACTIVOS
QUÍMICOS
SALINIDAD TOTAL

21. 3B. Métodos para evaluar la adecuada
durabilidad del hormigón.
MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción II).
Opción II: ASTM D1141-98(2008) “Standard Practice for the Preparation of Substitute Ocean Water”.
Concentración
Componente
g·l-1
NaCl 24,53
MgCl2 5,20 VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MAR
Na2SO4 4,09 SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICA
CaCl2
COMPOSICIÓN DEL AGUA
1,16
KCl 0,695
NaHCO3 0,201
KBr 0,101
H3BO3 0,027
SrCl2 0,025
Mezcla
NaF 0,003
y
Ba(NO3)2 0,0000994 disolución
Mn(NO3)2 0,0000340
Cu(NO3)2 0,0000308
Zn(NO3)2 0,0000096
Pb(NO3)2 0,0000066 SALINIDAD TOTAL
AgNO3 0,00000049
Recalcular la cantidad de reactivos
Salinidad Total 36,0321809

22. 3B. Métodos para evaluar la adecuada
durabilidad del hormigón.
MÉTODO 2º.- Con agua de mar sintética (opción III).
Opción III: A partir del procedimiento de Jaspers (1977), Rev. Mat. Constr., 704, 1/77, pp.51-58.
AGUA #1
Concentración
Componente
g·l-1
VOLUMEN DE AGUA AGUA DE MAR
NaCl 23,625
MgCl2·6H2O 11,583
SINTÉTICA A PREPARAR SINTÉTICA
COMPOSICIÓN DEL AGUA
MgSO4 4,725
CaSO4·2H2O 1,305
Salinidad Total 41,238
Mezcla
(x5) y
disolución
AGUA #2
Concentración
Componente
g·l-1
NaCl 118,125 SALINIDAD TOTAL
MgCl2·6H2O 57.915
MgSO4 23,625
Recalcular la
cantidad de
CaSO4·2H2O 6,525 reactivos
Salinidad Total 206,19

23. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.
C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón.
D. Elección de materiales para resistir este ataque.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

24. 3C. Mecanismo de actuación del agua de mar
sobre el hormigón.
Ettringita
Especies iónicas potencialmente deletéreas 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
Catión magnesio (Mg2+) y los aniones cloruro (Cl-) y sulfato (SO42-).
Efecto expansivo (1:8 / 1:28,3)
Sal de Friedel
3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O
La formación de la sal de Friedel dificulta pero no impide
totalmente el ataque agresivo de los iones sulfato en el agua
de mar. Efecto colmatador

25. A. Propiedades del agua del Mar Caribe.
B. Métodos para evaluar la adecuada durabilidad del hormigón.
C. Mecanismo de actuación del agua de mar sobre el hormigón.
D. Elección de materiales para resistir este ataque.
3. Fundamento de la nocividad del
agua del Mar Caribe.

26. 3D. Elección de materiales para resistir este
ataque.
Principios generales.
El riesgo de que el hormigón sufra el ataque por los iones sulfato obliga a establecer determi-
nadas especificaciones sobre la composición mineralógica de los materiales cementantes.
Adiciones activas.
Cemento.
Carácter silícico
o silícico-alumínico:
 Contenido de SiO2r- > 60%
Resistentes al agua resistentes al ataque  SiO2(%)/Al2O3(%) > 6
de mar (MR) por los sulfatos (SR)
Investigaciones de R.Talero.
Escorias siderúrgicas.
C3A(%) + C3A(%) + C4AF(%)
Las especificaciones dependen del tipo de Para porcentajes de reemplazo
cemento y de si incorporan algún tipo de adición. del 6% al 65%.
 Al2O3(%)xCaO(%) < 425
NF P 18-506 - 1992: "Additions pour
Actualmente no existe consenso. béton hydraulique. Laitier vitrifié
moulu de haut-forneau".

27. 3D. Elección de materiales para resistir este
ataque.
Cementos resistentes al ataque de los iones sulfato (SR) y al agua de mar (MR).
(adaptado de la Instrucción para la Recepción de Cementos RC-08 de España).
Especificaciones del clinker de los cementos
Porcentaje de C3A% C3A% + C4AF
Tipos de cemento resistentes
adición
SR MR SR MR
cemento Portland 0%-5% ≤ 5,0 ≤ 5,0 ≤ 22,0 ≤ 22,0
con humo de sílice o microsílice (D) 6%-10% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
cemento
Portland con escoria de alto horno (S) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
con con puzolana natural (P) 6%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
adiciones
con ceniza volante silíceas (V) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
36%-65% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
con escoria de alto horno (S) 66%-80% - - - -
cemento 81-95% - - - -
con 11%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
adiciones cementos puzolánicos (D+P+V)
36%-55% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
(S) 18%-30% +
cementos compuestos (S+P+V) ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
+ (P+V) 18%-30%

28. 3D. Elección de materiales para resistir este
ataque.
Cementos resistentes al ataque de los iones sulfato (SR) y al agua de mar (MR).
(adaptado de la Instrucción para la Recepción de Cementos RC-08 de España).
Especificaciones del clinker de los cementos
Porcentaje de C3A% C3A% + C4AF
Tipos de cemento resistentes
adición
SR MR SR MR
cemento Portland 0%-5% ≤ 5,0 ≤ 5,0 ≤ 22,0 ≤ 22,0
con humo de sílice o microsílice (D) 6%-10% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
cemento
Portland con escoria de alto horno (S) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
con con puzolana natural (P) 6%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
adiciones
con ceniza volante silíceas (V) ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
36%-65% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
con escoria de alto horno (S) 66%-80% - - - -
cemento 81-95% - - - -
con 11%-35% ≤ 6,0 ≤ 8,0 ≤ 22,0 ≤ 25,0
adiciones cementos puzolánicos (D+P+V)
36%-55% ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
(S) 18%-30% +
cementos compuestos (S+P+V) ≤ 8,0 ≤ 10,0 ≤ 25,0 ≤ 25,0
+ (P+V) 18%-30%

29. 4. Fundamento de la nocividad del CO2
atmosférico sobre el hormigón.

30. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón.
B. Elección de materiales para resistir este ataque.
4. Fundamento de la nocividad del CO2
atmosférico sobre el hormigón.

31. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón.
B. Elección de materiales para resistir este ataque.
4. Fundamento de la nocividad del CO2
atmosférico sobre el hormigón.

32. 4A. Mecanismo de actuación del CO2
sobre el hormigón.
Carbonatación ‘positiva’ frente a carbonatación ‘negativa’.
En función del tipo de materiales cementantes del material, la carbonatación que se produce
puede ser:
• positiva, cuando se produce sobre la matriz de cemento Portland, o
• negativa, cuando se produce sobre la matriz de cemento Portland que contiene adiciones
activas inadecuadas o en elevadas cantidades.
Mecanismo de actuación sobre la microestructura del hormigón.
1. El CO2(g) se disuelve en el agua superficial como CO2(aq).
2. El CO2(aq) se transforma en HCO3- y CO32-.
3. Estas especies químicas producen la descalcificación de la
portlandita, Ca(OH)2, y también del gel CSH, lo que causa:
a) La disminución del pH de la matriz cemento.
b) La pérdida de integridad física de esta matriz.
4. Cuando el frente de carbonatación llega a la armadura de
acero se produce la corrosión generalizada de la misma.

33. A. Mecanismo de actuación del CO2 sobre el hormigón.
B. Elección de materiales para resistir este ataque.
4. Fundamento de la nocividad del CO2
atmosférico sobre el hormigón.

34. 4B. Elección de materiales para resistir este
ataque.
Comparación de la
durabilidad de
diferentes cementos
frente al fenómeno
de carbonatación.
K. Sisomphon, L. Franke:
“Carbonation rates of concretes
containing high volume of
pozzolanic materials”.-
Cem.Concr.Res., 37, pp. 1647-
1653, 2007.

35. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.

36. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.
Dada la complejidad y severidad que el ambiente marino ejerce sobre el hormigón, para diseñar
un hormigón durable en este tipo de ambiente, se debe antes de seleccionar los materiales,
especialmente el cemento y las adiciones, y decidir cual de las siguientes estrategias seguir:
• Química: consistente en seleccionar el cemento Portland (y, en su caso, adiciones) cuya
composición mineralógica sea la más adecuada para que no se produzcan reacciones deletéreas
en dicho ambiente.
• Física: consistente en elaborar un hormigón muy impermeable,
a base de elevadas cantidades de cemento o, mucho mejor, con
elevadas cantidades de adiciones silícicas adecuadas.
• Intermedia o físico-química: fruto de la combinación de ambas.
El cemento Portland sin adiciones más adecuado es reemplazado
moderadamente por el uso conjunto de nanosílice estabilizada y
microsílice.
→ La estrategia físico-química puede ser ‘a priori’ ser la opción
más económica y durable de las planteadas.

37. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.
¿Qué tipos de estrategias se pueden seguir a la hora de diseñar hormigones durables?
Caso de las estructuras en ambiente de exposición marino (III).

38. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.
• Estrategia Química: consistente en seleccionar el cemento Portland (y, en su caso, adiciones)
cuya composición mineralógica sea la más adecuada para que no se produzcan reacciones
deletéreas en dicho ambiente.
Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #1

39. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.
• Estrategia Física: consistente en elaborar un hormigón muy impermeable, a base de elevadas
cantidades de cemento o, mucho mejor, con elevadas cantidades de adiciones silícicas adecuadas.
Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #2

40. 5. Estrategias para el diseño de estructuras
de hormigón durables en ambiente
de exposición marino.
• Estrategia química + Estrategia física = Intermedia o físico-química: fruto de la combinación de
ambas. El cemento Portland sin adiciones más adecuado es reemplazado moderadamente por el
uso conjunto de nanosílice estabilizada y microsílice.
Estructuras en ambiente de exposición marino (III) Estrategia #3

41. Nanociencia y nanotecnología.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar
hormigón durable en ambiente marino.

42. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?.
B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en
hormigones expuestos al ambiente marino.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar
hormigón durable en ambiente marino.

43. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?.
B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en
hormigones expuestos al ambiente marino.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar
hormigón durable en ambiente marino.

44. 6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los
materiales cementantes?
1ª Pregunta: ¿Qué es la nanosílice?
• Composición química: Igual que el cuarzo o que la microsílice/humo de sílice (SiO2).
• Estado cristalino: Sin ordenamiento estructural, amorfa. Por lo que su fórmula química se
expresa como SiO2r-.
• Reactividad y eficacia como adición: Muy elevadas.
• Tamaño de partícula: Las partículas de nanosílice
tienen un tamaño de entre 3 y 150 nm
(compárense con las partículas de microsílice cuyo
tamaño está comprendido entre 200 y 1000 nm).
Micrografía TEM
Sun Y, Zhang Z. y Wong
C.P., (2005),
J. Coll. Int. Sci.,
292 (2), pp. 436-444

45. 6A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los
materiales cementantes?
2ª Pregunta: ¿Cómo actúa en los materiales cementantes?
Reacciones químicas que se producen.
Hidratación del cemento Portland:
3CaO·SiO2 + H2O → aCaO· bSiO2· cH2O + Ca(OH)2
gel CSH de dos orígenes
2CaO·SiO2 + H2O → aCaO· bSiO2· cH2O + Ca(OH)2
Interacción con la nanosílice: nano-SiO2r- + Ca(OH)2 → xCaO· ySiO2· zH2O
Diferencias en el gel CSH. Tipos de gel CSH Consecuencias.
El gel CSH de origen nanosílice: El gel CSH de origen cemento
cemento Portland
Combinación
• Posee una menor relación Ca/Si continúa creciendo sobre el de
origen nanosílice. Lo que es origen
que el de origen cemento Portland.
también de un gel CSH de baja
• Posee una menor densidad de densidad de defectos (cristalización).
defectos cristalinos.
H) 2
(O El material resultante posee unas
• Se comporta como cristales Ca
nano-SiO2r-
muy buenas propiedades mecánicas
semilla de óptimas propiedades y una menor porosidad.
para subsiguientes cantidades de - +
gel CSH. Defectos cristalinos Se obtienen materiales durables.

46. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?.
B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en
hormigones expuestos al ambiente marino.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar
hormigón durable en ambiente marino.

47. 6B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
Tipos de nanosílice ‘convencional’.
Los tipos de nanosílcice ‘convecional’ son la nanosílice coloidal y la nanosílice precipitada.
Comercialmente se presentan como Inconvenientes
Nanosílice en polvo / Nanosílice en suspensión Los inconvenientes comunes de ambos tipos son:
• Su elevado precio en comparación con otras
adiciones.
• Su dificultad de homogenización en el material
cementante.
• Pérdida de trabajabilidad del material en estado
Hormigón fresco.
de muy alta
resistencia. • Su baja eficacia como adición activa, lo que causa
que su dosificación sea más elevada de la necesaria.
• En ocasiones, fisuración por un gran desprendi-
Contenía
nanosílice miento de calor.
en
suspensión Adicionalmente, la nanosílice en polvo presenta
acuosa. problemas para la salud de los trabajadores.

48. 6B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
Nanosílice estabilizada.
Características generales .
Nuevo concepto de nanosílice. Desarrollada por ULMEN, no se trata ni de nanosílice coloidal ni
precipitada, y no se presenta en suspensión acuosa ni en polvo.
Este tipo de nanosílice se trata de un único producto, que incorpora también aditivos orgánicos
de última generación (polímeros acrílico-carboxílicos, principalmente), entre otros componentes.
La nanosílice se encuentra dispersa homogéneamente en el producto.
Ventajas:
Este tipo de producto posibilita la perfecta
dispersión de la nanosílice en la masa del
hormigón, evitando así los problemas
comentados antes.
Esto posibilita que la eficacia de la
nanosílice sea la máxima posible.

49. A. ¿Qué es la nanosílice y cómo actúa en los materiales cementantes?.
B. Tipos de nanosílice. Nanosílice estabilizada.
C. Utilización conjunta de la nanosílice estabilizada y la microsílice en
hormigones expuestos al ambiente marino.
6. El uso de la nanosílice estabilizada para elaborar
hormigón durable en ambiente marino.

50. 6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y la
microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino.
Colaboración Ulmen (España) y Tecnosil (Brasil)
El muy diferente tamaño de partícula convierte a
ambos materiales en adiciones silícicas activas
totalmente diferenciadas, tanto por su eficiencia
como por el fundamento de su actuación, lo que
proporciona propiedades diferentes a los productos
elaborados con ellos por separado.
Su efecto es totalmente complementario.
Ambos tipos de adiciones pueden, e incluso deben, ser conjuntamente incorporadas a la
producción de hormigones durables en numerosos ambientes, y entre ellos frente al ataque
marino. Con su uso conjunto se obtienen mejores resultados que utilizándolas por separado.
Construyendo un futuro
sostenible juntos.

51. 6C. Uso conjunto de la nanosílice estabilizada y la
microsílice en hormigones expuestos al ambiente marino
Fundamento de la sinergia entre la nanosílice estabilizada y la microsílice.
Cemento Portland
Originado por la hidratación del
1 + CH
cemento Portland.
Agua
Inicio
Originado por la reacción de la
nanosílice con el CH.
2 Nanosílice estabilizada gel CSH(i) Se caracteriza por su ↓↓Ca/Si y
↓↓ densidad de defectos.
Después de las
El cemento Portland continúa
primeras horas
CH liberando CH, a la vez que
genera gel CSH interno y
gel CSHE externo. Al mismo tiempo
reacciona la microsílice con
3 Microsílice gel CSHI
el CH, generando gel CSH(ii).
gel CSH(i) Parte del gel CSHE y el gel
Después de los
CSH(ii) crecen a partir de la red
primeras días gel CSH(ii) del gel CSH(i) de
excelente calidad.

52. Otras consecuencias
positivas.
Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales
cementantes expuestos al ambiente marino.
Aplicación al caso del Mar Caribe.

53. Otras consecuencias positivas.
Las consecuencias sobre las propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido son entre
otras:
 menor relación agua/cemento para una determinada consistencia en hormigones de altas
prestaciones,
 buena mantención de la trabajabilidad o docilidad (asentamiento del cono de Abrams)
incluso en climas cálidos,
 permite reemplazar determinada cantidad de cemento manteniendo las propiedades e
incluso mejores.
 un aumento de la resistencia mecánica inicial y mayor resistencia mecánica con igual e
incluso menor contenido de cemento Portland,
 mayor resistencia a la segregación y a la exudación superficial, lo que le confiere además un
mejor acabado superficial,
 una permeabilidad extremadamente reducida al agua del hormigón y gran resistencia al
transporte por difusión de especies iónicas; mayor durabilidad frente al ataque del agua de mar
debido a los iones sulfato y al ingreso de los iones cloruro, y una menor carbonatación.

54. I+D+i
I+D+i
Dudas y preguntas…

55. XXXIII Convención Panamericana de Ingenierías
UPADI 2012
Simposio de la Química aplicada a la Construcción.
Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales
cementantes expuestos al ambiente marino.
Aplicación al caso del Mar Caribe.
Autores:
Rafael Talero, Elena Téllez, Rubén Bayarri, José Manuel Fortuño, Roberto Pompiani y Alberto Delgado.
Delgado
Del 9 al 13 de abril de 2012. La Habana, Cuba.