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Título de la presentación1
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD.
Bogotá, 28 de Octubre de 2013
Diego Velandia ManchegoAna Cristina Gómez Álvarez
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD2
CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN
• Línea del tiempo• Generación de CO2
• Evolución del material cementante
2. HVFA• Concepto de HVFA.• Curvas de diseño.• Realidades HVFA.
3. GEOPOLÍMEROS• Concepto de geopolímeros.• Materiales y activación química.
• Desafíos.
4. UOGC• Resistencia.• Caracterización del material.• Desarrollo de resistencias.• Ensayos de durabilidad• Conclusiones.
INTRODUCCIÓN
Título de la presentación4
Título de la presentación5
Línea del tiempo
6
3000 AC
300 AC -476
1824
1836
1889
1891
1903 1913
1908
1930
1936 1967
1970
1992
1980
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
Generación de CO2
Mehta, P K, Sustainability of the Concrete Industry – Critical Issues, ACI Strategic Development Committee's "Concrete Summit on Sustainable Development", March 29, 2007, Washington DC
7
EVOLUCIÓN DEL MATERIAL
8
Cemento portland 100%
Mezclas binarias
Mezclas ternarias
HVFA
Concreto con alto contenido
de ceniza volante
UOGCCemento +
HVFA + Activadores
Geopolimeros
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
HVFA
CONCEPTO HVFA
10
HVFA
Mínimasustitución de contenido de
cenizavolante del
50%
Máximocontenido
de cemento200 kg/m3
La ceniza cumple ASTM C
618
Bajasrelaciones
aguamaterial
cementante
Superplastificantees necesario para
asentamientossuperiores a 150 mm y relaciones
de 0.3
Máximocontenidode agua
130 kg/m3
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Título de la presentación11
USO DE CENIZA
12
FuenteFreeman, E. Gao, Y. Hurt, R. Suuberg, E. Interaction of Carbon-Containing Fly Ash withComercial Air-Entraining Admixtures for Concrete. 1997.
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Título de la presentación13
ADITIVOS
14
0%2%4%6%8%
10%12%14%16%18%20%22%24%26%28%30%32%34%36%
0.00% 0.05% 0.10% 0.15% 0.20% 0.25% 0.30% 0.35% 0.40% 0.45% 0.50% 0.55% 0.60% 0.65% 0.70% 0.75% 0.80% 0.85% 0.90%
Porc
enta
je d
e re
ducc
ión
[%]
Dosificación [%]
Curva de sensibilidad Plastificante y Superplastificante
0% Ceniza 18% Ceniza 30% Ceniza 50% Ceniza
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
REALIDADES DEL HVFA
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Demanda de agua
Trabajabilidad
Exudación
Tiempo de fraguado
Aire Incluido
Calor de Hidratación
Resistencias a 3
Resistencias a 7
Resistencias a 28
Resistencias a 56
Resistencias a 90
Permeabilidad
Ingreso de cloruros
RAA Resistencia Sulfatos
Resistencia a la Abrasión
Contraccion
Carbonatación
0 1 2 3 4 5 6Testigo (100% PC)Disminuye Aumenta
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
GEOPOLÍMEROS
CONCEPTO DE GEOPOLÍMEROS
17
Geopolimeros / Concretos
100% de material
cementantesuplementario
Curado a altas
temperaturas
Los materiales suplementarios
utilizados requieren
cierta finura, sílice, aluminio,
inquemado
NaOH, KOH, Na2SiO3, K2SiO3
Material sintético
compuesto por aluminosilicato
s: reacción entre
aluminosilicatos y alcalis
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REQUERIMIENTOS DEL MATERIAL
Fineness of Fly ash and the effect on mortar strength BS3892 Part 1 mortar prism test – using five differering flyash sources
18
Inquemado < 5%
Fe2O3 y CaO ≤ 10%
SiO2 reactiva > 40%
Tamaño de partícula < 45 mm: 80%-90%
Contenido vitreo > 50%
35
40
45
50
55
60St
reng
th (M
Pa)
Fineness (% Retained 45 micron sieve)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
ACTIVACIÓN QUÍMICA
19
FuenteMicrostructure Development of Alkali-activated fly ash cement: a descriptivemodel. Cement and Concrete Research.2005
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Resistencias - Curado
20
A and B) Different solution 1) Air Curing, 85°C, 2) Water Curing, 85°C
Alkali activation of fly ashes. Part 1: Effect of curing conditionson the carbonation of the reaction products. Fuel 84
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DURABILIDAD GEOPOLÍMEROS
Alkali-aggregate reaction in activated fly ash systems Cement and Concrete Research. 200721
100% OPC 100% FA
ATAQUE POR ÁCIDOS
Durability of alkali - activated fly ash cementitious materials . Advances in Geopolymer Science and Technology (42)
22
DESAFIOS
23
•Entendimiento de la química
•Parametrización de comportamiento para diseño de mezcla
•Lixiviación de álcalis
•Contracción
•Carbonatacion
•Reacción álcali agregado
•Aditivos, Agentes inclusores de aire
•Curado
•Control de calidad
•Normativa
•Base de datos: costos, manufactura y durabilidad
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UOGC
CONCEPTO UOGC
25
UOGC
50% - 80% de material cementante
suplementario
Máximocontenido de agua 140
kg/m3
Maximarelación agua
material cementante
0,45
Los materiales suplementarios
utilizados requieren cierta
finura, sílice, aluminio,
inquemado
Activadoresquímicos.
Productos teoricamente: CSH - - NASH
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL
26
Ceniza A 56,67 20,65 4,92 82,24 0,06 10,74 0,07 3,27 1,59 0,62Ceniza B 43,83 28,11 4,39 76,33 0,09 12 0,89 5,99 1,28 1,74Ceniza C 55,14 17,63 9,77 82,54 0,11 8,74 0,56 3,64 1,78 1,38Ceniza D 58,58 19,96 10,21 88,75 0,5 1,53 0,76 3,17 2,29 1,5
Composition (%)
MaterialsSO3 LOI Na2O CaO K2OSiO2 Al2O3 Fe2O3
(SiO2)+(Al2O3)+ (Fe2O3)
MgO
Ceniza A
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
Caracterización química
27
Ceniza A 18 15,10 0,7 0,6 1,2 64,5Ceniza B 8 20,60 0,5 1,6 69,3Ceniza C 22,8 8,80 1,2 1,20 0,4 65,6Ceniza D 14,8 6 1,2 0,6 1,3 76
HatruriteMaterials
Composition (%)
Quartz Mullite Hematite Magnetite CoesiteAmorphous
materialCalciteMagnesite Lime
Magnesioferrite
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
Caracterización física
28
0102030405060708090
100
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Acc
umul
ativ
e pa
ssin
g m
ass
[%]
Particle size [µm]
Fly ashes granulometry
A B C D
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Volu
me
[%]
Particle size [µm]
Fly ashes granulometry
A B C DCONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS
29
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1 3 7 28
Resis
tenc
ia [%
]
Tiempo [días]
Evolución de resistencias - (Activador 1 - 1%)
Testigo 18% Ceniza 30% 35% 40% 45% 50%
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS
30
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
1 3 7 28
Resis
tenc
ia [%
]
Tiempo [días]
Evolución de resistencias - Activador 2 – 1%
Testigo 15% 25% 30% 35%
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
DOSIS DE ACTIVADOR
31
70%
80%
90%
100%
110%
120%
130%
140%
150%
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
28.0
50/50 50/50 Act 1 (0,5%) 50/50 Act 1 (1%) 50/50 Act 1 (1,5%) 50/50 Act 1 (3,5%)
Perc
enta
ge v
aria
tion
28D
Str
engt
h
A FA - Activator
Percentage variation 28D strength
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
DESEMPEÑO DEL ACTIVADOR
32
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Com
pres
sive
str
engt
h (M
Pa)
Time (days)
Compressive strength1108 20% FA
1109 20% FA + Act # 1 (1%)
1112 30% FA
1113 30% FA + Act # 1 (1%)
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
PERMEABILIDAD AL AGUA
33
0
5
10
15
20
25
30
20% FA 30% FA
Wat
er p
enet
ratio
n [m
m]
Permeabilidad al agua - NTC 4483
Control Act # 1 (1%) Act # 8 (1%)
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
PERMEABILIDAD AL IÓN CLORURO
34
300
500
700
900
1100
1300
1500
20% FA 30% FA
Cou
lom
bs
Control Act # 1 (1%) Act # 8 (1%)
CONCRETO VERDE ULTRA ÓPTIMO: UNA ALTERNATIVA DE SOSTENIBILIDAD
CONCLUSIONES
35
• Los concretos con alto contenido de ceniza (HVFA) presentan ventajas de durabilidad y resistencias residuales, sin embargo las resistencias iniciales son bajas y requieren altos contenidos de aditivos (incremento en costo).
• Los geopolimeros son una alternativa ambientalmente atractiva, sin embargo requieren una mayor profundización respecto a su fundamentación química, durabilidad, normativa, control de calidad y costo
• El concepto del Ultra Optimum Green Concrete (UOGC) es una alternativaen donde se mantienen los dos conceptos anteriormente mencionados y enun corto plazo su viabilidad y aplicación es coherente respecto a lanecesidad ambiental
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