Metodología para la medición de la hidratación del cemento adicionado con ceniza volante a partir de impedancia eléctrica
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Autores
Peñaranda Sanjuan, Simón Dario
Director
Tipo de contenido
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Español
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Resumen
El presente trabajo de investigación se centra en el estudio del uso y comportamiento de
los electrodos impresos en 3D SPEs para su implementación en la evaluación de las
propiedades de materiales cementantes, siendo el principal objetivo del trabajo identificar
las diferentes fases y procesos producto de la hidratación de las pastas de cemento
cuando estas contienen adiciones de ceniza volante dentro de su composición. Esto a
causa de que durante las últimas décadas se ha venido evidenciando un alto potencial con
el uso de las técnicas de ensayos de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS),
los cuales surgen de la necesidad del estudio y predicción del comportamiento en estado
fresco y la durabilidad del concreto, lo cual ha generado que de igual forma durante estos
años se hayan desarrollado diferentes metodologías que permitan su medición
principalmente mediante pruebas de laboratorio algo complejas.
Por esta razón, en el presente documento se realiza el estudio de los electrodos SPEs
base polipropileno, los cuales como se podrá observar en los capítulos 4 y 5 presentaron
un adecuado comportamiento que permitió realizar las mediciones de resistividad eléctrica
a lo largo de su fase inicial de hidratación, logrando identificar a partir de los datos
obtenidos durante las primeras 24 horas de medición los puntos críticos de la curva que
definen las 4 fases principales producto de los procesos de hidratación de la mezcla;
logrando así encontrar esos momentos claves donde se producen los cambios físicos y
químicos dentro de una muestra, al igual que la afectación y cambios que se generaron al
proceso cuando la muestra fue adiciona con ceniza volante. Adicionalmente, se realizan
mediciones de la resistividad real de las muestras hasta el día 42, donde se identifica que
las referencias de electrodos utilizados durante el ejercicio (los cuales están diseñados para realizar mediciones en medios acuosos) pueden llegar a presentar novedades de
funcionamiento pasadas 72 horas, ya que se logran identificar variaciones en comparación
con los ensayos realizados mediante el método tradicional de las barras de carbono.
Adicionalmente, en el presente trabajo se desarrollaron mediciones de la liberación del
calor acumulado durante la fase de hidratación de las pastas de cemento, para lo cual fue
necesaria la adecuación de una cámara semi adiabática construida según las indicaciones
de norma BS EN 196-9:210. “Methods of testing cement. Heat of hydration. Semi-adiabatic
method” (HidrocemUN), la cual fue calibrada y verificada de acuerdo con un calorímetro
adiabático de la referencia comercial I-CAL 8000, llegando a obtener buenos resultados
en las muestras desarrolladas.
Finalmente, a partir de los resultados alcanzados se logra definir una metodología la cual
permite a partir de las mediciones de resistividad eléctrica mediante el uso de electrodos
SPEs base polipropileno, la definición de modelos lineales con los que se logran identificar
los tiempos de fraguado inicial y final, al igual que los tiempos donde se inicia la perdida
de manejabilidad de la muestra. Logrando adicionalmente identificar las diferentes fases
de la hidratación de las pastas de cemento en función de los procesos fisicoquímicos
desarrollados en cada una de estas, al igual que la correlación que existe entre dichas
mediciones con la evolución del calor de hidratación acumulado de las muestras a partir
de modelos bilineales (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This research works focuses on the study of the use and behavior of 3D SPEs printed
electrodes for their implementation in the evaluation of the properties of cementitious
materials, the main objective of the work being to identify the different phases and
processes resulting from hydration. Of cement pastes when they contain additions of fly
ash within their composition. This is due to the fact that during the last decades a high
potential has been shown with the use of electrochemical impedance spectroscopy (EIS)
testing techniques, which arise from the need to study and predict the behavior in the fresh
state and the durability of the concrete, which has generated that in the same way during
these years different methodologies have been developed that allow its measurement
mainly through somewhat complex laboratory tests.
For this reason, in this document the study of polypropylene-based SPE electrodes is
carried out, which, as can be seen in chapters 4 and 5, presented an adequate behavior
that allowed electrical resistivity measurements to be carried out throughout its initial phase
of hydration, managing to identify from the data obtained during the first 24 hours of
measurement the critical points of the curve was define the 4 main phases resulting from
the hydration processes of the mixture; this managing to find those key moments where
physical and chemical changes occur within a sample, as well as the affectation and
changes that were generated to the process when the sample was added with fly ash.
Additionally, measurements of the real resistivity of the samples are carried out until day
42, where it is identified that the electrode references used during the exercise (which are
designed to carry out measurements in aqueous media) may present past operating novelties 72 hours since variations can be identified in comparison with the tests carried
out using the traditional method of carbon bars.
Additionally, in the present work, measurements of the release of heat accumulated during
the hydration phase of the cement pastes were developed, for which it was necessary to
adapt a semi-adiabatic chamber built according to the indications of the BS EN 196-9
standard: 210. “Methods of testing cement. Heat of hydration. Semi-adiabatic method”
(HidroCemUN), which was calibrated and verified according to an adiabatic calorimeter of
the commercial reference I-CAL 8000, obtaining good results in the developed samples.
Finally, based on the results achieved, it is possible to define a methodology which allows,
from electrical resistivity measurements through the use of polypropylene-based SPE
electrodes, the definition of linear models with which it is possible to identify the initial
setting times and end, as well as the times where the loss of manageability of the sample
begins. Achieving additionally to identify the different phases of the hydration of the cement
pastes based on the physicochemical processes developed in each of these, as well as
the correlation that exists between said measurements with the evolution of the
accumulated heat of hydration of the samples from of bi linear models.
Descripción
ilustraciones, fotografías, graficas