Estudio de la variación de la morfología y las propiedades microestructurales de materiales base cemento con adiciones de sílice de distinta granulometría

Resum

El cemento es el material conglomerante más empleado en construcción civil; dicho material se compone principalmente de fases silicato, fases aluminato, yeso y, en menor proporción, ferrito. Al hidratarse, estos componentes dan lugar a unas fases cristalinas y a otras fases de carácter amorfo, conocidas como silicatos de calcio hidratados (geles CSH). Los geles CSH suponen más de la mitad del total de los productos hidratados y son los principales responsables de las propiedades mecánicas de los materiales base cemento. Dichos geles se constituyen de cadenas finitas de tetraedros SiO4 que comparten vértices que se repiten siguiendo un patrón, tipo dreierketten, que da cuenta de la posible ausencia de tetraedros dispuestos en la posición de puente en la estructura. En las últimas décadas, numerosos investigadores han empleado distintos tipos de adiciones en el cemento Portland buscando con ellas modificar la porosidad, la morfología, la composición y la nanoestructura de los geles CSH, con el fin de mejorar las propiedades durables y resistentes del cemento de partida. En esta tesis doctoral se lleva a cabo la preparación y el estudio de la morfología y las propiedades microestructurales de materiales base cemento con adiciones de nano, microsílice y una mezcla de ambas. Para ello se han empleado dos cementos anhidros distintos, que se diferencian entre sí básicamente en el tamaño medio de partícula (CEM I 52.5 R y ULTRAVAL) y dos métodos de disposición de las adiciones de sílice en sustitución de cemento anhidro. El primero de ellos consiste en añadir las adiciones durante el proceso de amasado; es decir, el método convencional de incorporar la adición, y el segundo se basa en la electrodeposición de las adiciones en seco sobre las partículas de cemento anhidro antes del proceso de amasado. Se estudia la influencia de distintos parámetros relevantes sobre la microestructura, la capacidad de transporte de agentes agresivos (fundamental para la durabilidad del material) y las propiedades resistentes de los materiales base cemento: pasta de cemento, mortero y hormigón. Dichas variables son el método de disposición de las adiciones, el cemento anhidro empleado, el tipo de adición incorporado, el porcentaje de adición y la edad de curado. Se ha llevado a cabo un trabajo amplio sobre un número elevado de muestras de pastas de cemento y de ellas se han seleccionado las más adecuadas para la preparación de los correspondientes morteros y, de éstos, se han seleccionado a su vez los más prometedores para la fabricación de hormigones. En todos los materiales preparados se han estudiado las propiedades más relevantes mediante el uso de técnicas tales como la Porosimetría por Intrusión de Mercurio (PIM), Difracción de Rayos X (DRX), Resonancia Magnética Nuclear en estado sólido de los núcleos de 29Si y 27Al (29Si, 27Al MAS RMN), la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM y EDS) ó el Análisis Termogravimétrico (ATG y ATD); la capacidad de transporte de agentes agresivos, mediante la determinación del coeficiente de migración de cloruros y la resistividad eléctrica; y las propiedades resistentes, mediante el ensayo de resistencia a compresión. Como tendencia general se ha observado que la sustitución de cemento anhidro por nano y microsílice da lugar a una mejora de la microestructura, de la resistencia a compresión y de la resistencia a la penetración de agentes agresivos como aniones cloruro, respecto de las muestras de referencia. Los mejores resultados (elevadas resistencias a compresión y a la penetración de agentes agresivos tales como los aniones cloruro) se obtienen en las probetas preparadas con cemento ultraval y con adiciones electrodepositadas de microsílice hasta el diez por ciento.