Evaluación de la adherencia entre un concreto activado alcalinamente con base en ceniza volante de carbón y el acero de refuerzo grado 60

Abstract

En la búsqueda de la mejora del concreto armado por parte de la industria de la construcción y la comunidad científica, surgen los cementos activados alcalinamente como una propuesta de material cementante. Este tipo de concreto presenta buenas propiedades de durabilidad y mecánicas. Sin embargo, todavía existen interrogantes en torno a la adherencia y la funcionalidad de su zona adherente. En esta tesis se estudió la adherencia entre un micro-concreto activado alcalinamente (AAMH) con base en ceniza volante y la matriz de acero. Para la investigación se realizó un diseño de experimentos factorial combinado, donde el primer factor es el espesor de la matriz circundante y sus dos niveles son 31,7 mm y 44,4 mm. De acuerdo con la literatura consultada, los dos niveles, corresponden a 4,9 veces el diámetro de la barra (Φ), que es el espesor mínimo de la matriz de concreto circundante, para que exista la zona adherente y el elemento no falle por splitting. El segundo nivel es 6,9 veces el diámetro de la barra (Φ), que corresponde a la zona media del espesor de la matriz circundante [1]. El segundo factor es la relación sílice – alúmina y sus niveles son 3,06; 4,06; 5,06; que son los valores de un intervalo de resultados que reporta la literatura. La sílice/alúmina que es de 3,06 corresponde a la cantidad de sílice reactiva que contiene la ceniza volante al solo ser activada con el precursor de hidróxido de sodio, las otras dos sílice/alúmina 4,06 y 5,06; se aumentan en el sistema por medio de la mezcla del precursor de hidróxido de sodio con silicato de sodio, donde este último reactivo aumenta la cantidad de sílice en las muestras [2], [3], [4]. El aumento de la sílice/alúmina en las muestras, aumenta directamente con la relación del Silicato de sodio-Hidróxido de sodio. Esta última relación de los precursores la cual es la encargada de variar el contenido de la sílice en el sistema de las muestras a lo largo del documento se identificará como el factor R. La sílice/alúmina (1) corresponde solo a la cantidad de Sílice y alúmina reactiva que contiene la ceniza volante. La ceniza se activada por medio del precursor hidróxido de sodio. La sílice/alúmina (2), (3) se les vario el contenido de la sílice en el sistema de las muestras, esta se hizo aumentando el factor R de las muestras, hasta alcanzar los valores que son objeto del estudio en esta tesis. Sílice alúmina (1) = 3,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (1) = 0,00 ; Sílice alúmina (2) = 4,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (2) = 0,53; Sílice alúmina (3) = 5,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (3) = 1,06. Los resultados muestran que el aumento de la cantidad de sílice en estos cementos permite un refinamiento de poros en los micro-concretos, que, a su vez, mejoran sus propiedades mecánicas. Una explicación a las variaciones en las propiedades mecánicas y microestructurales es que el contenido de sílice y la presencia del hidróxido de calcio, favorecen, respectivamente, los procesos de formación de los geles de Aluminosilicato de Sodio Hidratado (N-A-S-H) y Aluminosilicato de Calcio Hidratado (C-A-S-H). La literatura encontrada plantea que, al aumentar el espesor de la matriz circundante de concreto, se aumenta la resistencia a la tracción, dado que el esfuerzo de compresión radial que se genera por la matriz de concreto sobre la matriz de acero aumenta la fuerza de resistencia al arrancamiento. Los resultados obtenidos permiten inferir que si la matriz de concreto es suficientemente densa y poco porosa por el enriquecimiento de sílice que favorece la formación de los geles N-A-S-H y C-A-S-H, que aumenta las fuerzas de cohesión, la adherencia mejora independientemente del espesor de la matriz circundante.(Texto tomado de la fuente)

In the search for the improvement of reinforced concrete by the construction industry and the scientific community, alkaline-activated cements emerge as a proposal for cementing material. This type of concrete has good durability and mechanical properties. However, there are still questions about the adherence and functionality of its adhesive zone. In this thesis, the adherence between an alkaline activated micro-concrete (AAMH) based on fly ash and the steel matrix was studied. For the research, a combined factorial design of experiments was carried out, where the first factor is the thickness of the surrounding matrix, and its two levels are 31.7 mm and 44.4 mm. According to the literature consulted, the two levels correspond to 4.9 times the diameter of the bar (Φ), which is the minimum thickness of the surrounding concrete matrix, so that the adherent zone exists, and the element does not fail due to splitting. The second level is 6.9 times the diameter of the bar (Φ), which corresponds to the middle of the thickness of the surrounding matrix [1]. The second factor is the silica-alumina ratio and its levels are 3.06; 4.06; 5.06; which are the values of an interval of results reported in the literature. The silica / alumina which is 3.06 corresponds to the amount of reactive silica that the fly ash contains when it is only activated with the sodium hydroxide precursor, the other two silica / alumina 4.06 and 5.06; they are increased in the system by mixing the sodium hydroxide precursor with sodium silicate, where the latter reagent increases the amount of silica in the samples [2], [3], [4]. The increase in silica / alumina in the samples increases directly with the ratio of Sodium Silicate-Sodium Hydroxide. This last relationship of the precursors which is responsible for varying the content of silica in the sample system throughout the document will be identified as the R factor. Silica / alumina (1) corresponds only to the amount of Silica and reactive alumina containing fly ash. The ash is activated by means of the sodium hydroxide precursor. The silica / alumina (2), (3) the silica content in the sample system was varied, this was done by increasing the R factor of the samples, until reaching the values that are the object of the study in this thesis. Sílica alumina (1) = 3,06 → Sodium silicate Sodium hydroxide (1) = 0,00 ; Sílica alumina (2) = 4,06 → Sodium silicate Sodium hydroxide (2) = 0,53; Sílica alumina (3) = 5,06 → Sodium silicate Sodium hydroxide (3) = 1,06. The results show that the increase in the amount of silica in these cements allows a refinement of pores in the micro-concretes, which in turn, improves their mechanical properties. One explanation for the variations in mechanical and microstructural properties is that the silica content and the presence of calcium hydroxide favor, respectively, the formation processes of hydrated Sodium Aluminosilicate (NASH) and Hydrated Calcium Aluminosilicate gels (CASH). The literature found proposes that by increasing the thickness of the surrounding concrete matrix, the tensile strength is increased, since the radial compression stress that is generated by the concrete matrix on the steel matrix increases the resistance force. To plucking. The results obtained allow us to infer that if the concrete matrix is sufficiently dense and not very porous due to the enrichment of silica that favors the formation of the NASH and CASH gels, which increases the cohesion forces, the adherence improves regardless of the thickness of the surrounding matrix.