Revisión de la interacción cemento-aditivos para el diseño de hormigones sostenibles en prefabricación. Perspectiva desde los aditivos

Asociación Nacional de Fabricantes de Aditivos para Hormigón
Revisión de la interacción
cemento-aditivos para el diseño de
hormigones sostenibles en prefabricación
Perspectiva desde los aditivos
Ramiro Garcia Navarro
Noviembre 2023

3
HOJA DE RUTA PARA MATERIALES CEMENTOSOS MUCHO MÁS SOSTENIBLE
Fuente: Research needs for cementitious building materials
with focus on Europe | RILEM Technical Letters

4
HORMIGÓN SOSTENIBLE
4
1 m3 de hormigón
Fuente: Evaluación del ciclo de vida (LCA) por Sika Mix Design Tool. Libro Blanco Hormigón Sostenible. SIKA AG.

5
HORMIGÓN…
Hormigón
+
+
Cemento
(clinker OPC)
+
Arenas
Gravas
Agua
+
Aditivos / Fibras

6
Arenas
HORMIGÓN MUCHO MÁS SOSTENIBLE…
Hormigón
+
+
Clinker OPC
+
Gravas
Agua
+
Calidades y disponibilidad Calidades y Disponibilidad
Adiciones
Emisiones CO2
QI+Aditivos/ Fibras
Emisiones CO2
Disponibilidad
Reactividad
+
RCD‘s RCD‘s
H2O
Reciclador

7
DISPONIBILIDAD DE ADICIONES
7
Fuente: Program – Calcined Clays for Sustainable Concrete 2022 (epfl.ch)

Fuente: Nuevos cementos para el hormigón prefabricado
Perspectiva desde los aditivos. ANFAH (P. Borrelleras)

10
RETOS EN EL DISEÑO DEL HORMIGÓN…
Reactividad
Reducción contenido
de clinker.
“De iónico a
covalente”
Naturaleza reactiva
de fases y adiciones.
Ca/Si : Al/Si (Na+K)/Al
Activaciones
“antagonistas”
Reología y docilidad
Aumento de superficie
específica
Fenómenos de alta
aBsorción
Generación de nueva
superficie específica
Fenómenos de aDsorción
Demanda de agua
Falta de robustez del sistema Cemento
+ PCE’s
Fenómenos de intercalación
(pérdida efectiva de PCE’s)

11
VISION INTEGRADA EN EL DISEÑO DEL HORMIGÓN…
Hormigón
+
Emisiones CO2
Aditivos/ Fibras
Clinker
Adiciones
Emisiones CO2
Disponibilidad
Reactividad
Emisiones CO2
QI+Aditivos
+

Érase una vez…
…el clinker (OPC)

13
HIDRATACION DEL CLINKER DEL CEMENTO PORTLAND:
DISOLUCIÓN, NUCLEACION Y CRECIMIENTO

14
14
HIDRATACION DEL CLINKER DEL CEMENTO PORTLAND:
November 14, 2023
segundos minutos horas dias
D1 & D2
N4
G4
C3A
AFt
D3
N5 & G5
C3S
CH
N6 & G6
CSH
Estado fresco
Desarrollo de:
- Prestaciones mecánicas
- Prestaciones durables
D’s y N’s foco
de los QI’s
(igual para adiciones)

Érase una vez…
…las adiciones

16
Fuentes: Fuentes: Curso de postgrado del CSIC “QUÍMICA DEL CEMENTO” IETcc Eduardo Torroja.2018 / C. L. Page, N. R. Short and W. R. Holden, Cement and Concrete Research 16 (1), 79-86 (1986). / O. A. Kayyali and M. N. Haque, Magazine of Concrete Research 47 (172), 235-242 (1995) / R. K.
Dhir, M. A. K. El-Mohr and T. D. Dyer, Cement and Concrete Research 26 (12), 1767- 1773 (1996). https/revista.une.org39une-en-197-5-la-nueva-norma-de-especificaciones-de-cementos.html
HIDRATACION DE LAS ADICIONES S/V/P-Q OBJETO DE DESARROLLO:
V
S Q
P
L/LL
↓ Fuente de
“Calcio”
↑ Fuente de
“aluminatos”

17
17
➢ Disolución (D):
✓ Aumentar la cantidad de aluminatos y silicatos en disolución para
combinar
➢ Crecimiento (G)
✓ Aumentar cantidad de gel CSH en la matriz (por efecto hidráulico
y/o puzolánico) si hay aporte externo de alcalinidad.
✓ Hacer crecer productos análogos a AFt a edades tempranas (LDH’s)
LDH’s
HIDRATACION DE LAS ADICIONES S/V/P-Q:

18
BREVE INTRO: PROMOCION DE ESTRUCTURAS LDH’S (LAYERED DOUBLE HYDROXIDES)
M2+ M3+ Anión(es) LDH’s
Ca Al SO4
2- OH- AFm
Ca Al SO4
2- Ettringite (AFt)
Ca Al Cl- / OH- Friedel salt
Ca Al Cl- SO4
2- Kuzel salt
Ca Al CO3
2- / OH- Hidrocalumite
Ca Al SO4
2- /Si(OH)6
2-
/CO3
2-
Taumasite
Mg Al CO3
2- Hidrotalcite
Ca Al/Fe SiO4-
4/OH- Hidrogarnet
Etc…
LDH’s -> AFt’s -> Tienen relevancia en la fluidez y durabilidad de las matrices

Érase una vez…
…los PCE’s

20
ESTRUCTURA VS PRESTACION
PORTFOLIO DE DIFERENTES PCE’S
Nove
Tiempo
Dispersion
Reductores de agua
Retenedores de fluidez
Desarrollo de Resistencias
Diferentes estructuras PCE para cada diseño de hormigón
Controladores de fluidez

21
Nove
Slump
Time
- Reducción de agua
- Docilidad
- Hidratación/Reactividad
WR
Time
WR
WR
Time
Time
Necesidad

22
Rápida y completa adsorción en superficie
Time
Dispersion
Reductores de agua

23
Nove
Lento, incompleta adsorción en superficie
Time
Dispersion
Retenedores de fluidez

24
Novem
24
Control de adsorción en el tiempo
Time
Dispersion Controladores de fluidez

26
26November 14, 2023
26
EJEMPLO 1
Lote
Feb 2022
Lote
May 2022
w/c
=
0.5
0%
0%
No PCE
Mismo
Cemento
0.35%
0.19%
w/c = 0.35
Incl. PCE
0.19%

27
27
27
…y eso?

28
Fuente: Tecnología de nuevos hormigones con cementos ternarios y con adición Q.
Febrero 2023. Fundación Gómez Pardo.

29
Fuente: Tecnología de nuevos hormigones con cementos ternarios y con adición Q.
Febrero 2023. Fundación Gómez Pardo.

30
30
REACCIÓN QUÍMICA EN EL HORMIGÓN:
Condiciona el
sistema de
manera
irreversible

31
3
PROCESOS DE DISOLUCIÓN Y NUCLEACIÓN
31
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
OH-
OH-
OH-
OH-
H2SiO4
2-
H2SiO4
2-
H2SiO4
2-
H2SiO4
2-
H3SiO4
-
Al(OH)4
-
Al(OH)4
-
Al(OH)4
-
SO4
2-
SO4
2-
Ca(OH)+
Ca(OH)+
Ca(OH)+

33
33
EJ1: EN LA PRÁCTICA…
0 seconds 3 minutes
C3A
«SO4»
C3S
C3A
«SO4»
C3S
Hemihidrato
Yeso
- Mismo cemento
- Adición directa de PCE’s
- Trabajabilidad despues de amasado
10 minutes
10 minutes
trabajabilidad
0
100
0
100
(%)
5 3
7 1
8
8
Solubilidad(HH) ≈ 3 x Solubilidad(yeso)
PCE
8 uds

34
34
10 minutes
trabajabilidad
0
100
0
100
(%)
34
0 seconds 3 minutes
C3A
«SO4»
C3S
C3A
«SO4»
C3S
HH
Yeso
5 3
7 1
8
8
Evolución de la trabajabilidad
5 3
trabajabilidad
0
100
0
100
(%)
5 3
EJ1: EN LA PRÁCTICA…
PCE
8 uds

35
35
600
710
540
480
440
650
630
610
580
530
0
100
200
300
400
500
600
700
800
t0 t20 t45 t60 t90
Consistencia
(mm)
Tiempo (min)
Fluidez vs tiempo
Serie 1 Serie 2
November 14, 2023
35
EJ1: EN LA PRÁCTICA… FENÓMENO DE SANGRADO O EXUDACIÓN
Mix (kg/m3)
CEM III/B 440
20mm limestone 505
10mm limestone 505
Sand 0/4 crushed based 338
Sand 0/2 marine based 520
W/C 0.38
Segregación/Sangrado

36
36
EJ2: EN LA PRACTICA…
Finura
0.51 m2/g
0.53 m2/g
0.19%
0.19%
Alkalis Soluble
No
hay
diferencias
significativas
Formación Etringita
Temprana
Lote
Feb 2022
Lote
Mayo 2022
Mismo cemento

37
Capacidad de formación de etringita temprana
Lote Feb: Baja
Lote Mayo: Alta
C3A 4.7%
Gypsum 3.7%
Bassanite 0.5%
Anhydrite 0.7%
C3A 4.8%
Gypsum 0.3%
Bassanite 3.5%
Anhydrite 1.2%
0.19%
0.19%
Lote
Feb 2022
Lote
Mayo 2022
Mismo cemento
Fuente: Y., Chen 12th ICSP.

38
0.19%
0.19%
HH
0.35%
38 12th International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures
C3A 4.7%
Gypsum 3.7%
Bassanite 0.5%
Anhydrite 0.7%
C3A 4.8%
Gypsum 0.3%
Bassanite 3.5%
Anhydrite 1.2%
0 seconds 3 minutes
C3A
«SO4»
C3S
PCE
C3A
«SO4»
C3S
workability
0
100
0
100
(%)
0.15
0.04
0.19
0.19
0.19
0.35
0.31 0.04
Lote
Feb 2022
Lote
Mayo 2022
Mismo cemento

CONCLUSIONES
November 14, 2023
40
1.- La reducción de la huella de CO2 del sector cementero es un proceso inexorable y necesaria para
el sector.
2.- Existen tecnologías suficientes para:
2.1.- Optimizar los fenómenos de Disolución y Nucleación en clinker y adiciones.
2.2.- Dotar de robustez a las nuevas propuestas de hormigones de baja huella.
3.- Existen metodologías y ensayos válidos para poder prever efectos y mitigar la intensidad de los
mismos.
4.- La reducción de huella debe ser una primera fase de otras que pongan en valor todo el potencial
del hormigón como material sostenible (ACV).

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