Empleo de ceniza volante colombiana como material cementicio suplementario y sus efectos sobre la fijación de cloruros en concretos

Abstract

En este trabajo fue estudiada la capacidad de fijación de cloruros en concretos adicionados con ceniza volante producida en Colombia. La principal motivación para el desarrollo de la investigación es la necesidad de brindar opciones para el uso de residuos con propiedades puzolánicas y comprender su influencia en las propiedades de durabilidad frente al ataque de iones cloruro en mezclas de concreto adicionadas con ceniza volante. Con el fin de determinar la durabilidad de las estructuras ante la acción de los iones cloruro, se hace necesario llegar a un análisis y entendimiento de los mecanismos de ingreso, transporte y fijación de los iones cloruro dentro de la matriz porosa. El documento se desarrolla en seis capítulos. En el primer capítulo se definen las propiedades de transporte y fijación de cloruros en la matriz porosa, se definen las isotermas y la capacidad de fijación de iones cloruro y finalmente se describen las propiedades de la ceniza volante como material cementicio suplementario. En el segundo capítulo se definen métodos experimentales empleados en el desarrollo de la investigación. En el tercer capítulo, se caracterizan los materiales empleados en la investigación. En el cuarto capítulo se aplican los métodos experimentales descritos. En el quinto capítulo se evalúa la capacidad de las mezclas a fijar iones cloruros y se determinan las isotermas y finalmente en el sexto capítulo se modeló el proceso mediante el empleo de elementos finitos. Los resultados de los ensayos demostraron que la capacidad para fijar cloruros del concreto adicionado con ceniza volante es función del porcentaje de ceniza de reemplazo empleado y del tiempo al cual se realiza el ensayo. Además se observó que las isotermas de fijación de cloruros tienen un comportamiento no lineal. Finalmente se concluye que la ceniza colombiana, por su variabilidad y la falta de controles en su producción y manejo, no brinda las condiciones adecuadas para mejorar las propiedades de durabilidad al ataque de iones cloruro. Se requiere entonces adelantar estudios para evaluar las propiedades de materiales ternarios que incluyan Escoria y/o Humo de Sílice y que pueden en conjunto con la Ceniza Volante mejorar las propiedades del material.

Abstract. In this work, chloride binding capacity was studied in concrete made with fly ash produced in Colombia. The main motivation for this research is the need to provide options for the use of waste materials with pozzolanic properties and understand their influence on the durability properties against the chloride ions attack in concrete mixtures with added fly ash. In order to determine the durability of structures to the action of chloride ions, it is necessary analyze and understanding the ingress mechanisms, transport and binding of chloride ions into the porous matrix. The document consists of six chapters. In the first one transport properties, chloride binding in the porous matrix, isotherms and binding capacity are defined and finally fly ash properties as supplementary cementitious material are described. In the second one experimental methods are defined to research development. In the third one, materials are characterized. In the fourth one experimental methods are applied. In the fifth one the mixtures binding capacity is evaluated and isotherms are determined and finally in the sixth one transport and binding process was modeled by using finite elements. The test results showed that the ability to bind chlorides in concretes mixed with fly ash added is based on the replacement percentage of fly ash and test time. Furthermore it was observed that chloride binding isotherms have nonlinear behavior. Finally is conclude that variability and lack of controls in production and management of Colombian fly ash, does not provide adequate conditions to improve the durability properties against chloride ion attack. It is then required to advance studies to evaluate properties of ternary materials including slag and / or Silica Fume and can together with the fly ash to improve the properties of the material.