Industria del Cemento - Hormigón Sustentable

Report
Rice Husk Ash : a promising alternative for sustainable, durable and high strength concrete
Ceniza de Cascarilla de Arroz: una
alternativa promisoria para hormigones
mas sustentables, durables y resistentes
Franco Zunino / Mauricio López
Estudiante de MSc / Profesor Asociado
Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción
Escuela de ingeniería
Pontificia Universidad Católica de Chile
8 de noviembre de 2013
Industria de la Construcción: Fuente
de desarrollo, con impactos asociados
Desarrollo de la IC guarda
estrecha relación con el
crecimiento del país
electrosector.com
• IC consume 40% energía final y 40% de
materias primas
ppconstructionsafety.com
• IC genera 30-40% de los desechos
• IC es responsable de 35-40% de emisiones
de CO2
pentatransport.com
• IC usa el 25% de la madera y 16% del agua
3
Tabla de Contenidos
1. Industria del Cemento
2. ¿Qué es la ceniza de cascarilla de arroz?
3. ¿Por qué investigar?
4. ¿Cómo estudiarla? - Programa Experimental
5. ¿Qué obtuvimos? - Resultados y Discusión
6. ¿Qué podemos decir? - Conclusiones
4
Hormigón
Proporciones Volumétricas del Hormigón
Contribución relativa a la huella de carbono
5
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Fabricación Clínker
7% emisiones CO2 globales
Uso recursos no
renovables
0,43 ton CO2 / ton cemento
Clinkerización
Piedra caliza y arcilla (Si y Ca)
Molienda
0,39 ton CO2 / ton cemento
3-4 GJ consumidos por ton
cemento
Fuente: EPA / Cement Asoc. of Canada
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
6
Materiales Cementicios Suplementarios (MCS)
Son materiales capaces de reaccionar con los productos de la hidratación del cemento
Portland, generando nueva matriz resistente. Además de la reducción de contenido de
cemento, pueden mejorar el desempeño del hormigón en propiedades como resistencia
y durabilidad.
CEMENTO + AGUA
MATRIZ RESISTENTE + HIDRÓXIDO DE CALCIO
H
C3S
C-S-H
SILICE AMORFA + HIDRÓXIDO DE CALCIO
S
CH
Ec.1
CH
MATRIZ RESISTENTE
Ec.2
C-S-H
(1) HIDRATACIÓN
(2) REACCIÓN PUZOLÁNICA
Fuente: Mehta y Monteiro, 2006
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
7
Puzolanas Naturales (PN)
Cemento Portland Puzolana
%
%
Portland Puzolánico
≧70%
≦30%
Puzolánico
50-70%
30-50%
NCh 148.Of68
8
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Ceniza de Cascarilla de Arroz (CCA)
Producto que se obtiene de la combustión de
la cascarilla de arroz, desecho de la industria
de producción del cereal.
Producción mundial de arroz (2011/2012) =
718,4 millones de toneladas (FAO)
Producción de arroz en Chile (2012) =
149.788 toneladas (FAO)
9
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Ceniza de Cascarilla de Arroz (CCA)
Alto contenido (>75%) de SiO2 amorfa (reactiva)
Alta reactividad por elevada superficie específica
Material de orígen orgánico —> ciclo biomasa balanceado 98%
600ºC, 4h
700ºC, 2h
12 Kg
200 g
10
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Objetivos
• Evaluar factibilidad de producción y uso de CCA
como material cementicio suplementario
• Comparar el desempeño medido como resistencia
y permeabilidad de la CCA con el sustituyente
histórico chileno (PN)
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
11
Programa Experimental
Resistencia a compresión
PASTA DE CEMENTO w/c 0,5
(7, 28 90 días)
Probetas cúbicas 50 mm arista
Sustituciones en peso, % pasta constante
Durabilidad
HORMIGÓN w/c 0,5
90 días
Probetas cilíndricas 10x20 cm
Sustituciones en peso, % pasta constante
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Absorción Capilar
ASTM C1585
Perm. Iones Cloruro
ASTM C1202
12
Caracterización de Materiales
Tamaño
medio
partículas
[µm]
Densidad
[g/cm3]
Sílice amorfa
libre
[%]
LOI
[%]
Cem. Portland
3,184
-
3,07
14,825
CCA
2,293
74,5
2,57
9,952
PN
2,242
56,6
5,04
20,711
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
13
Resistencia a Compresión
Pasta de Cemento w/c 0,5
10%
20%
30%
• Excelente desempeño de CCA incluso a edades tempranas
• Posibilidad de explorar sustituciones mayores sin sacrificio mecánico
• PN reducen el desempeño mecánico a edades tempranas
• PN tienen su nivel óptimo en torno al 20% de sustitución
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
14
Absorción Capilar
ASTM C1585
Indice de Absorción inicial (seco)
Indice de Absorción Tardío (saturado)
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
15
Absorción Capilar
ASTM C1585
•Tendencia de disminución de
permeabilidad es más fuerte en
índice tardío a mayor
reemplazo
•Probetas incorporando CCA
exhiben mejor
comportamiento que PN
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
16
Permeabilidad a Iones Cloruro
ASTM C1202
Voltaje de Ensayo = 60V
NaCl 3% m/m
NaOH 0,3N
Fuente: ASTM C1202
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
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Permeabilidad a Iones Cloruro
ASTM C1202
DESPRECIABLE
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
18
Conclusiones
No se observan
reducciones de resistencia
a 90 días con
sustituciones de
Desempeño en durabilidad mejora
significativamente en ambos MCS
estudiados
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
20% para PN
30% para CCA (aumento)
67% de mejora para PN
(ASTM C1202)
97% de mejora para CCA
(ASTM C1202)
19
Siguientes pasos….
Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
CALORIMETRÍA ISOTÉRMICA
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
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Siguientes pasos….
Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
DIFRACTOMETRÍA LÁSER (PSD)
Fuente: Horiba
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
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Siguientes pasos….
Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
ESTUDIO DE REOLOGÍA
Fuente: TA
Industria del Cemento
Ceniza de Cascarilla de Arroz
Objetivos
Programa Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
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