Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 10 Nos. 1 & 2 (1990)

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Ensayos preliminares necesarios para el diseño de un mortero aislante usando chamotas de arcilla como agregado. R. E. Malavé; M. F. Viera; N. V. Sánchez; E. R. Rico.

UNIVERSIDAD CENTRO OCCIDENTAL ''LISANDRO ALVARADO", ESCUELA DE INGENIERA CIVIL, BARQUISIMETO, ESTADO LARA, VENEZUELA. El trabajo consiste en larealización de un conjunto de ensayos preliminares que permitieron comparar los cambios físicos, mineralógicos y mecánicos ocurridos en tres tipos de concretos, al ser sometidos a una tratamiento rérmicoen un rango de temperatura entre 300°C y 9OO C;todo ello, con el objeto de optinúzarun mortero aislante de charnotas de arcilla que en forma empírica se ha venidousando en algunas alfarerías de la región, para reparar las paredes de los horno. s, Los tres tipos de concretos seleccionados se diseñaron para una misma resistencia, usando: Cemento Portland, agregado fino silíceo y aditivo plastificame en los tres casos, agregado grueso de origen pétreo en dos casos y agregado livianoen el tercero. La diferencia dediseñoentrelos dos agregados pétreos fue un recubrirnientosuperficial de 2 cm. de espesor del mortero de chamota de arcilla que se quiere probar. Las probetas usadas en los ensayos fueron cilindros de 15 x 30 cm., que se sometieron atratamientotérmico en cinco series. Los ensayos utilizados para determi nar los cambios fueron inspección visual, difracción de rayos- X (DRX), ultrasonornetría yensayos mecánicos destructi vos. Los re.sultados demostraron que el revestimiento permite que el concreto pétreo se comporte en forma similar al concreto liviano, el cual es más resistente alfuego. El concreto pétreosin recubrimientopierde completamente la cohesión y,por ende la resistencia mecánica, mientras que los otros dos tipos conservan e127% de la resistencia. En cuanto a composición minera lógica, los cambios observados por el efecto de la temperatura fueron similaress, Q

Palabra.- Oaves : Mortero, Charneta, Tratamiento Térmico, Resistencia Residual. PRELIMINARY TESTS NEEDED FOR DESIGNING A THERMAL INSULATING MORT AR USING CRUSHED W AS TE, BRICK CLA y ABSTRACT Thisworkdeals with the heat treatmentofthree differenr types of concretes, in a lemperalurerangeof300"C - 900"C, in order to study the physicaJ, mineralogical andrnechanical changes that take place. The object was optimize an insulating mortar madefrom ground brick, a mcthod which has been usedempirically in some clay brick factories of the region to repair furnace walls, AJI three selected types of concretes were designed for tlie.same strength, using type I Portland Cement, siliceous sand passing a 3/4 inch .•creen a. fineaggregate and a plasticity additive. Rock coarse aggregate was used for two of the concrere saruple,s, and lightweight aggregate for the thinl one. In addition, one of the samples with rock coarse aggregate was covered with ground brick mortar of2 cm. in thickness. Tests werecanied out on concrete cylinders of 15 cm. in diarueter aml30cm. in length. Beside the effeet oftemperature changes alread y mentioned, variation of expo._ure time was also considered for a given ternperature up to three hours. Then, samples were let cooling to room temperature. The tests used to determine ehanges were: visual inspection, X-Ray diffraction, ultrasonimetry and destructivo mechanical test. Time of exposure and temperature were proved lo influence negauvely in concrete properties. Over a temperature of 600 C, irreversible changes tookplace in concrete, thus affeeting it••structural stability. However, ground brick covered concrete beha ve.' as light weight concrete does, bei ng more stable to heat. At900"C, rock coarseaggregate concrete without ground brick cover lo .•t completely its cohesión and consequently its mechanical strength while the other IWO types of concretes preserved a residual strength of27''', under thesotne conditions. D

1.-INTRODUCCION El efecto de la" altas temperaturas sobre.•.la" propiedades del concreto y en particular sobre la resistencia mecánica, es un fenómeno complejo que depende de múltiples factores como son, relación agua/cemento, tipo y cantidad de inertes, homogeneidad de la pasta, velocidad de calentamiento, forma y dimensión de la estructura, entre otros. Con relación al tipo de agregados, Collepardi y Valente [1] han confirmado que a altas temperarurax el concreto con inertes calcáreos presenta una pérdida menor de resistencia mecánica que el concreto con inertes silíceos, sobre todo a temperaturas inferiores a los 700°C. Un comportamiento ante el calor similar a los calcáreos, ha sido observado [6,7,8] en concretos diseñados con agregados livianos. Por otro lado, se ha comprobado que la acción del calor sobre el concreto a través de los agregados, se produce principalmente por la transferencia del calor y ¡x)r la capacidad de absorber humedad que tengan esos inertes. De igual manera, otras investigaciones [5,7], han reportado que el peso del agregado está inversamente relacionado con el aislamiento térmico, por eIJo el agregadoli viano es mejor aislante que el silíceo y el calcáreo, sobre todo porque los poros retardan la transferencia del calor. Los cambios químicos estructurales y los cambios de volumen que suceden durante el calentamiento, afectan directamente las propiedades mecánica" del concreto, en especial la resis-

tencia a la compresión y el módulo de elasticidad, observándose las mayores diferencias a 600°C, [1,2]. Es así como las pérdidas de resistencia detectadas por el efecto del calor, a través de ensayos destructivos y ultrasonometría [2] en concretos silíceos y en concretos calcáreos, son muy bajas 'a 3.00°C [1,8]; sin embargo, a temperaturas cercana" a 600 °C los concretos silíceos pierden el 50% de su resistencia [2] mientras los calcáreos y los livianos pierden el 20% de su resistencia [1]. Ese mismo trabajo [1] reporta que a 900°C, los concretos calcáreos, los concretos silíceos y los concretos livianos pierden el 90%, el 80% y el 75% de su resistencia a compresión, respectivamente, comprobando la mayor estabilidad térmica de los agregados livianos. Con relación a los cambios volumétricos reportados por efecto del calor, se ha comprobado [1,2], que al inicio del calentamiento de un concreto normal, la expansión e" contrarrestada por la contracción que genera la deshidratación de las fases presentes en el cemento; a temperaturas mayores de 300°C, la pasta invariablemente se contrae. Por otra parte, entre 400°C y 500°C, se forma óxido de calcio producto de la deshidratación del hidróxido de calcio libre del cemento, el cual al enfriarse se rehidrata, ocasionando una expansión volumétrica. En los áridos los cambios volumétricos se producen por encima de los 500° C, los áridos silíceos sufren un cambio volnmétrico a 572°C debido a la transformación isornórfica del cuarzo ex a

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cuarzo B. Los áridos calcáreos se descomponen a partir de 700°C, lo cual origina una expansión volumétrica al enfriarse. Por encima de 700°C los áridos y el cemento comienzan a reaccionar formándose enlaces tipo cerámico. Estos trabajos previos constituyen los antecedentes de esta investigación. en la cual se estudiaron los cambios mineralógicos y de resistencia a compresión ocurridos en tul concreto silíceo recubierto con un mortero diseñado con ladrillos triturados (chamotas) como inertes, al someterlo al calor (temperatura máxima 900°C). Los cambios se cotrelacionaron con los sucedidos en un concreto similar sin recubrimiento y en un concreto liviano sometidos ambos a las mismas condiciones de temperatura.

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Todas las probetas de las series una vez sometidas al tratamiento térmico seenfriaron a la temperatura ambiente y se observaron periódicamente los cambios ocurridos en su superficie. A las probetas procesadas se les midieron sus dimensiones antes y después del tratamiento térmico, a la serie IV se le quitó el recubrimiento para los ensayos posteriores al tratamiento. A todas las probetas se les determinó la velocidad de propagación de ultrasonido mediante un equipo Control s E-4650/60H con precisión ± 2%, se ensayaron a comprensión según norma CONVENIN 1976-83 y finalmente se les hizo DRX con radiación Cu-« para determinar los cambios mineralógicos cualitativamente.

3.- ANALISIS DE RESULTADOS 2.- MATERIALES

y METODOS

Los materiales que se usaron en este trabajo fueron: arena pasante 3/4", canto rodado tamaño máximo 1", agregado liviano estructural, ladrillo de arcilla triturado (chamota), cemento portland tipo 1Yaditivo Pozzolith 2237-R tipo B Y tipo D. Para realizar el diseño de mezclas, fue necesario determinar previamente las propiedades fisícas de los agregados; éstas son absorción, gravedad específica y granulometria, de acuerdo con las normas COVENIN 269-78, 268-788 Y 273-83, respectivamente. A la arena y a la chamota se les hizo un análisis DRX con radiación Cu- a, para observar la composición mineralógica. El diseño de las mezclas se hizo considerando especificaciones de uso común en la construcción civil, esto es, una resistencia a compresión estimada de 250 Kg/cm' y un asentamiento de 4.5". Se diseñaron tres mezclas de concreto, una de agregado pétreo, una de agregado pétreo con recubrimiento y una de agregado liviano. El concreto de agregado pétreo tiene la misma composición que el concreto con recubrimiento, pero se diferencian en que, previo al tratamiento el segundo se recubre con una malla metálica (gallinero), la cual se rellena con tul mortero de chamota de relación en peso de una parte de cemento y tres·de ladrillo triturado. Con las muestras de prueba se hicieron probetas cilíndricas de dimensiones 15 x 30 cm y a fin de realizar el tratamiento térmico se agruparon en cinco series, a saber: Serie 1 de agregado pétreo, con nueve probeta s, sometidas a 300°C en grupos de tres, por períodos de 60 min., 120 mino y 180 min. respectivamente. Serie n de agregado pétreo. con nueve probeta s, sometidas a 600°C en grupos y períodos similares a la anterior. - Serie DI de agregado pétreo. Serie IV de agregado pétreocon recubrimiento y serie V de agregado liviano. con cinco probetas cada una, sometidas estas series a una temperatura de 900°C por un período de 180 mino En todos los casos se utilízaron probeta s testigos a temperatura ambiente. Las series I y Il se trataron en un hamo eléctrico marca Wil Barfield con una velocidad de calentamiento de 5°C/min. Las series DI, IV YV se trataron en un horno a gas industrial programado hasta alcanzar una temperatura de 900°C

Propiedades fisicas de los materiales y diseftos de mezclas. En la Tabla 1 se reportan las propiedades fisicas de los materiales que conforman el concreto, allí se puede apreciar que la chamota tiene una gravedad específica levemente menor que la arena y una absorción significativamente mayor, factores éstos, que permiten inferir que el concreto con recubrimiento se comportará mejor ante el calor que el concreto pétreo sin recubrimiento, debido a que los vacíos retardan la transferencia de calor [3,7]. Aunado a ello, la finura también es un factor que mejora el comportamiento térmico; en este caso, y de acuerdo Tablal Propiedades físicas de la materia prima y diseño de mesclas de los materiales de los concretos estudiados Propled.!~sFisleas Matenal Mó