CENIZAS VOLANTES CON BAJO CONTENIDO DE CALCIO EN CEMENTO PORTLAND

Cenizas volantes con bajo contenido de calcio en cemento portland

Johan Duvan Quiroga Gerena

Sandra Patricia Torres Castañeda

Juan Pablo Pesca

Corporación Universitaria Minuto de Dios.

Existen parámetros para calcular y determinar con exactitud la calidad del concreto ofrecido en

el mercado actual. Las características examinadas van desde la resistencia hasta el diseño de la

mezcla antes de su curado; siendo el cemento portland el principal producto que le atribuye estas

características a la mezcla. También se usan diferentes componentes como las cenizas volantes

que han demostrado una durabilidad y resistencia de calidad y sobre todo con materiales

alternativos levemente más económicos.

La utilización del cemento con ceniza volante ha tenido un recorrido documentado por el Cuerpo

de la Armada de E.U.A y por la Agencia de Recuperación de E.U.A que data del año 1940. Sin

embargo, este método de mezcla se ha utilizado mucho antes de manera supuesta en múltiples

aplicaciones donde se utilice concreto y obra civil en general.

La aplicación de la ceniza volante es un aditivo que contiene una resistencia parecida al concreto

convencional pero en un rango no mayor al 10%, debido a que la resistencia a partir de ese

cálculo, tiende a disminuir afectando así la resistencia de la estructura a fundir. A partir de esto

se concluye que los aditivos y del mismo modo la ceniza volante proveen un beneficio para el

concreto utilizando una dosificación adecuada calculando los porcentajes de distribución de la

mezcla correctamente.
 Efecto de las cenizas volantes en los sistemas de cemento portland con bajo contenido de

calcio.

1. Introducción

El concreto, está constituido por una mezcla homogenizada de gran durabilidad dándole así el

nombre de roca artificial. Está conformado por diferentes materiales como lo son el cemento

portland, grava o agregados gruesos, arena como agregado fino y por ultimo agua y aire siendo

este el material más utilizado en el ámbito de la construcción en e mundo debido a que el

resultado obtiene propiedades de dureza, resistencia, durabilidad parecidos a las rocas y la

economía en su fabricación.

La ceniza volante es utilizada en la composición de concretos reemplazando el cemento o

sustituyendo una porción del material fino (arena) proporcionando ventajas al concreto curado

como lo son la elasticidad y la resistencia a la compresión como afirman las mediciones en el

artículo de Huaquisto Caceres (2018)

Huaquisto (2018)

El material y método empleado es el concreto normal con adiciones de ceniza volante en

proporciones de 2.5%, 5.0%, 10.0% y 15.0% para roturas a los 7, 14, 28 y 90 días. Los

resultados indican que a los 28 días se tienen resistencias en promedio de 221kg/cm2 para

concreto normal, para concreto con 2.5% de ceniza volante 223kg/cm2, para el 5.0% 231kg/cm2,

para el 10.0% 200 kg/cm2 y 192kg/cm2 para el 15% de ceniza volante respectivamente. En

conclusión la ceniza volante se debe utilizar como sustitución al cemento en un rango menor al
10%, más allá de este valor disminuye la resistencia del concreto, por lo que puede resultar

perjudicial a la hora de realizar los controles de calidad. (p.225)

2. Marco teórico

En la fabricación del concreto, se busca que la fluidez del concreto sea la correcta para la

aplicación, también que la relación de agua/cemento (a/cm) se reduzca por aspectos económicos

y ecológicos, siendo necesario por ende la utilización de aditivos o superplastificantes que

permitan un concreto de buena calidad y que conlleva beneficios su uso como la reducción de

materiales: relación (a/cm) y la disminución de la cantidad de cemento portland a usar en la

mezcla.

2.1 Propiedades del concreto

Para que un concreto sea optimo, tiene que ser manejable o tener trabajabilidad para su correcta

movilización y aplicación, consistencia para su aplicación uniforme y una plasticidad optima

dependiendo del ambiente en el que se vaya a utilizar. Una mezcla bien diseñada y con bajo

revenimiento puede resultar más trabajable que otra mezcla con composición defectuosa pero

con un revenimiento más alto (Terreros, sf).

2.2 Uso de aditivos

Cualquier otro material diferente a la mezcla principal del concreto (arena, agua, cemento,

piedra, aire), de manera inmediata durante el incio o hasta el fin de la fabricación del mismo se

considera como aditivo. La función de un aditivo es mejorar las características físicas químicas

y/o mecánicas. También pueden prevenir el deterioro del concreto de algún agente externo como
la exposición a la salinidad, condiciones de alta humedad, exposición a corrientes sufaltadas

(Univesidad Sonora, sf).

3. METODOLOGIA

Para esta investigación se utilizó la metodología cualitativa de carácter explicativo; a través de

revisión bibliográfica se pudo describir las bondades de la ceniza volante como una estrategia

ecológica en la construcción. Los criterios de búsqueda fueron: las conceptualizaciones del

concreto y el concreto y los beneficios de la ceniza volante en el área de la ingeniería.

De acuerdo a la bibliografía consultada es de anotar que en estas se desarrolló un tipo de

metodología exploratoria, como lo explica Bonilla (2.018) en su artículo Diseño Experimental

para Ingenieros Civiles: “La finalidad de los diseños de experimentos es determinar como la

variación de un grupo de factores denominados variables, afectan el comportamiento de un

sistema que es ensayado bajo condiciones controladas”. (Bonilla , 2018, pág. 17)

4. EXPERIMENTACIÓN Y TOMA DE DATOS

Dentro de la metodología experimental aplicada a esta investigación se debe determinar

las porciones volumétricas para el diseño de mezclas en concreto con adición de ceniza volante;

evaluar el comportamiento mecánico de los especímenes de concreto con adición de ceniza con

respecto a una muestra patrón a realizar y finalmente hacer ensayos como Resistencia a la

Compresión de los cilindros en los diferentes porcentajes a edades de falla de 7,28, 56,72 días de

curado.
 Las etapas que se siguieron según (Robayo , 2013), fueron:

- Selección y caracterización de materias primas.

- Definición de las mezclas.

- Preparación de las muestras o especímenes para los ensayos.

- Selección y caracterización de materias primas: Se realiza la caracterización y

selección de cada una de las materias primas que serán utilizadas para el desarrollo del

proyecto; como son: cemento portland tipo I y III, ceniza volante, arena, activadores

alcalinos, aditivo puzzolith 460N.

- Definición de las mezclas. Robayo p.39 (2013) presenta el siguiente proceso para

elaboración de las mezclas: Para el desarrollo de este proyecto se realizaron seis (6)

mezclas, con dos (2) diferentes activadores alcalinos, variando la concentración de los

mismos en la mezcla. Se definieron dos (2) mezclas de control con material cementante

Cemento Hidráulico Tipo I y Cemento Portland Tipo III como sistema de referencia y

cuatro (4) más con material cementante ceniza volante activada alcalinamente con

Hidróxido de Sodio y Silicato de Sodio. Para elaboración de las probetas definitivas de

ensayo, se realizaron probetas previas para definir cuál era la concentración óptima de

Hidróxido de Sodio NaOH óptima, según lo evaluado experimentalmente. Como primera

etapa de elaboración de las probetas se definieron tres concentraciones: 8 M NaOH, 10 M

NaOH y 12 M NaOH, para cada una de estas concentraciones se hicieron cubos de

mortero con el fin de evaluar su resistencia a compresión a edades de 1, 7 y 28 días,

según la norma INV.E-323 y NTC 220.

- Preparación de las muestras o especímenes para los ensayos.

Mezcla 2: 100% Ceniza Volante, activada 100% con Hidróxido de Sodio NaOH 

Mezcla 3: 100% Ceniza Volante, activada 75% con Hidróxido de Sodio NaOH y 25%

Silicato de Sodio.

Mezcla 4: 100% Ceniza Volante, activada 50% con Hidróxido de Sodio NaOH y 50%

Silicato de Sodio.

Mezcla 5: 100% Ceniza Volante, activada 25% con Hidróxido de Sodio NaOH y 75%

Silicato de Sodio.

Mezcla 6: Mezcla de control con Cemento de uso general Tipo I.

5. ANALISIS DE DATOS

Según Robayo, (2013 p.54) para la presentación de analisis de datos se baso en los siguientes

itéms: Comportamiento mecánico, comportamiento durable.

- Comportamiento mecánico: Se realizaron las probetas de las mezclas definitivas, para

las seis mezclas planteadas se evalúa resistencia a compresión a edades de 2, 7, 28, y 56

días y resistencia a flexión a edades de 7, 28 y 56 días.

 Comportamiento Mecánico a Compresión: La resistencia a compresión se evaluó

en probetas cubicas de 5.0x5.0x5.0 cm, los resultados obtenidos para las distintas

edades evaluadas. De acuerdo a los resultados alcanzados por las mezclas, se

puede observar el desarrollo de la resistencia en el tiempo.

Tabla 1.
 Fuente: (Robayo , 2013)

 Comportamiento Mecánico a Flexión: La resistencia a flexión se evaluó en

probetas rectangulares de 4x4x16 cm, con luz libre de 12cm, y una carga en la

mitad de la luz de la vigueta, los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 24.

Se evaluaron dos especímenes por etapa a edades de 7, 28 y 56 días. Evaluados de

acuerdo a la metodología enunciada en la NTC 120.

Tabla 2.

Fuente: (Robayo , 2013)

- Comportamiento durable: Se evaluó el comportamiento de las seis mezclas, ante altas

temperaturas y compresión y flexión, estas en cada uno de los casos expuestos durante

periodos controlados, luego de dicha exposición se determinó la resistencia a compresión

y flexión de cada muestra.

 Comportamiento frente a altas temperaturas: Para la evaluar el desempeño de las

mezclas frente a altas temperaturas, se determina resistencia a compresión en

probetas cubicas 5x5x5cm y resistencia a flexión en probetas rectangulares de

4x16x4 cm, dichas probetas previamente cumplieron un proceso de curado por 28

días, se trabajan dos temperaturas 400°C y 700°C, las probetas se sometieron

durante dos horas a cada una de dichas temperaturas. Posteriormente, se

determinó su resistencia a compresión y flexión.

compresión y flexión a temperaturas de 400 y 700 °C.

Grafico 2. Fuente: (Robayo , 2013)