VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos, Gandia 2002

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EL CATALIZADOR GASTADO DE CRAQUEO CATALÍTICO ADICIONADO AL CEMENTO PORTLAND: LAS PRIMERAS 48 HORAS DE CURADO Y LA EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA MECÁNICA. M.V. Borracheroa, J. Monzóa, J. Payáa, E. Peris-Moraa, C. Vundab, S.Velázqueza, L. Sorianoa a

Grupo de Investigación en Química de los Materiales de Construcción (GIQUIMA) Dpto. Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de Ingeniería Civil Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera s/n 46071 Valencia b Instituto Superior de Técnicas Aplicadas (ISTA). Kinshasa (CONGO) Palabras claves Puzolana, catalizador gastado de craqueo catalítico, resistencias mecánicas, termogravimetría. RESUMEN El catalizador gastado de craqueo catalítico del petróleo (FCC) se ha mostrado como un material puzolánico muy activo, capaz de combinar el hidróxido cálcico (portlandita) liberado en la hidratación del cemento Portland y formar compuestos de carácter hidráulico. Este comportamiento hace que se produzca un aumento adicional en la resistencia mecánica del mortero y del hormigón que lo contienen. Sin embargo, en general, los efectos puzolánicos suelen tenerse en cuenta para periodos superiores a 3 días, mientras que se supone que a tiempos más cortos, la influencia de la puzolana es despreciable, actuando como inerte. Sin embargo, la reactividad de FCC es tan elevada, que los efectos tanto de tipo puzolánico como de aceleración en la hidratación del cemento son evidentes a tiempos muy cortos de curado. En este trabajo se presenta el estudio del efecto de la presencia de FCC sobre la hidratación del cemento y sus productos de reacción en las primeras 48 horas de curado, por medio de la determinación de las resistencias a flexotracción y compresión sobre probetas de mortero (4x4x16cm), atendiendo a variables como la relación agua/cemento, la proporción FCC/cemento y la presencia de acelerantes de fraguado. . 1. INTRODUCCIÓN La utilización de puzolanas es una práctica habitual en la preparación de morteros y hormigones, debido a las ventajas que ello supone. Las mejoras más significativas que se consiguen mediante la inclusión de las puzolanas, se pueden concretar en un aumento de las resistencias mecánicas a tiempos largos, como consecuencia de la formación de cantidades adicionales de productos de hidratación, por reacción del hidróxido cálcico liberado en la hidratación del cemento y la puzolana [1]. También se constata que la inclusión de puzolanas en morteros y hormigones produce un aumento de la durabilidad frente a los agresivos químicos. Ello es debido a la reducción de la permeabilidad como consecuencia de la ubicación en los poros de los productos provenientes de la reacción puzolánica [2]. Estudios realizados con el catalizador gastado de craqueo catalítico (FCC) han puesto de manifiesto su comportamiento como puzolana muy activa, que se ha constatado mediante las elevadas resistencias mecánicas obtenidas, así como por la fijación de cantidades muy significativas del hidróxido cálcico liberado en la hidratación del cemento [3-4]. No obstante, la característica específica de esta puzolana, que la diferencia de otras más conocidas, es su elevada reactividad a tiempos cortos [5]. Así, mientras que las puzolanas convencionales se comportan como inertes para cortos tiempos de curado, dado que la reacción de fijación del 579

Monzó, Payá, Borrachero, Peris Mora, Vunda, Velázquez y Soriano

hidróxido cálcico por la puzolana es lenta, en el caso del FCC, la reacción de fijación del hidróxido cálcico es muy rápida, produciendo un aumento de las resistencias mecánicas a tiempos cortos de curado. Aunque se conoce el comportamiento del FCC a tiempos cortos y medios de curado [35], no se había estudiado su comportamiento en cuanto a resistencias mecánicas a tiempos muy cortos de curado (durante las primeras 48 horas). Este periodo es interesante sobre todo en vistas a su posible utilización en prefabricados que requieren alcanzar una determinada resistencia a tiempos muy cortos. Por ello, nos propusimos estudiar dicho comportamiento en las primeras 48 horas de curado a temperatura ambiente, y para distintas relaciones agua/binder y con la presencia de agentes acelerantes del fraguado y endurecimiento. 2.EXPERIMENTAL. El catalizador (FCC) ha sido suministrado por la empresa BP OIL España S.A. (Castellón). Se trata básicamente de un material silicoaluminoso de composición parecida al metacaolin. Su composición, así como la del cemento utilizado se recogen en la tabla 1.Previamente a su uso fue molido en un molino de bolas tipo Gabrielli Mill-2, para incrementar su reactividad (FCC20), que reduce drásticamente el tamaño de partícula (ver Figura 1) y transforma su forma esferoidal original en particulas irregulares (Figuras 2a y 2b). En la preparación de las pastas y probetas de mortero se ha usado cemento Portland I52.5R, suministrado por la empresa Valenciana de Cementos (Buñol).También dicha empresa ha suministrado la clinkerita, que es un filler calizo con un elevado grado de pureza (93.3% en CaCO3). En los estudios de termogravimetría se prepararon pastas de cemento con una relación agua/binder de 0.5. Se realizó una pasta control con sólo cemento y pastas con relación 9:1 de cemento/FCC20 y cemento/clinkerita. Después del mezclado las muestras se guardan en botes cerrrados y se dejan a 20°C. Durante las primeras 48 horas a intervalos de tiempo establecidos, se toma una porción de muestra, se pulveriza en un mortero de ágata y se detiene la hidratación con acetona. Se filtra el sólido y se seca a 60°C durante media hora. Dichas muestras se estudian mediante análisis termogravimétrico, utilizando un equipo MettlerToledo TGA850, con un horno horizontal. Se utilizaron para las experiencias crisoles sellados de aluminio de 100µL con tapa con un microagujero, para crear una atmósfera autogenerada. El ensayo se llevó a cabo en atmósfera de nitrógeno seco con un flujo de 75mL/min y con una velocidad de calentamiento de 10°C/min en el intervalo de temperaturas de 35-600°C. La preparación de los morteros se llevó a cabo siguiendo la norma UNE 83.452-88, mezclando 450g bien, solo de cemento portland o de mezclas cemento/adicion, 1350g de árido de tipo siliceo, agua y superfluidificante en el caso de que estuviese dosificado. El superfluidificante usado es de nueva generación con el nombre comercial de Viscocrete, suministrado por la empresa Sika, S.A. Además para una experiencia se adicionó también un acelerador de fraguado comercial de esta misma empresa, denominado Oleoplast Una vez preparadas las probetas se mantuvieron en la cámara húmeda a 20±1°C, hasta 15 minutos antes del tiempo de rotura, se desmoldearon y se procedió a la realización del ensayo mecánico a compresión y flexotracción a los tiempos establecidos. 3.DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 3.1 . Morteros con sustitución de FCC20 Una primera experiencia se realizó con el objetivo de estudiar sobre los morteros de cemento, el efecto del FCC20 en las primeras horas de curado, y cual es el papel que juega la relación agua/binder, (siendo el binder la suma de cemento más puzolana) en el valor de dichas resistencias mecánicas. Se prepararon morteros de 40x40x160 mm con y sin sustitución de 580

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cemento por el 15% FCC20 por cemento, con distintas relaciones agua/binder, y se curaron a 8, 16, 24, 36 y 48 horas. Para asegurarnos que la consistencia de los morteros era la adecuada en las mezclas con relaciones agua/binder, más bajas se añadió cantidades variables de superfluidificante.

Volumen (%)

Tabla 1.- Composición química del cemento Portland y del FCC20 Parámetro FCC OPC P.F.* 1.50 3.02 CaO 62.87