Comportamiento mecánico y caracterización de morteros elaborados con cemento Portland ultrafino

Abstract

RESUMEN: Durante el proceso de hidratación, los denominados Cementos Ultrafinos presentan características físico-químicas específicas, las cuales son consideradas como anormalidades; estas son, tiempos de fraguado muy cortos y la posible retrogresión de los valores de resistencia a compresión algunos días después del endurecimiento de la pasta. Estas características se relacionan con el fino tamaño de partícula de un Cemento Ultrafino (<10 μm) y con el exceso de agua requerido por este tipo de material. Este tipo de cementos se han usado para algunas aplicaciones comerciales desde hace 30 años como por ejemplo en grouts. Los productos derivados de los Cementos Ultrafinos tienen algunas ventajas como por ejemplo escaso sangrado, alta resistencia a la compresión y buena inyectabilidad como material químico. Existen dos maneras de obtener Cemento Ultrafino a partir de Cemento Portland Ordinario; por procesamiento en seco y en húmedo. El Cemento Ultrafino obtenido por procesamiento en seco tiene una elevada finura (máximo tamaño de partícula por debajo de 20 μm) y se obtiene cuando el Cemento Portland Ordinario es molido en dispositivos ordinarios como por ejemplo molinos de bolas; las principales desventajas de este tipo de procesamiento son el largo tiempo de molienda y los altos costos de producción. Algunos novedosos dispositivos de molienda como Molinos tipo Spex, Molinos de Agitador y Molinos de Alta Energía han sido empelados como rutas alternativas para molienda fina y ultrafina, debido a su eficiencia energética comparada con los sistemas convencionales de molienda. El objetivo del presente trabajo de investigación es determinar los parámetros más adecuados para el uso de Molienda de Alta Energía en el procesamiento en seco de Cemento Portland y poder obtener un Cemento Ultrafino con una distribución de tamaño de partícula menor a 20 μm y con un valor de área superficial específica Blaine mayor a 9800 cm2/g. El cemento procesado fue caracterizado por difracción de rayos-X y cuantificación de fases cristalinas por refinamiento Rietveld, se monitoreó el cambio de temperatura durante la hidratación y se obtuvieron imágenes por microscopia electrónica de barrido para analizar la morfología del cemento. El cemento obtenido por Molienda de Alta Energía se empleó para elaborar morteros de alta resistencia a compresión con valores de aproximadamente el doble comparados con morteros elaborados con cemento sin procesar; finalmente se establecieron diferencias en su comportamiento físico-químico.

ABSTRACT: During the hydration process, the so-called Ultrafine Cements present specific physical and chemical characteristics, these characteristics are considered as abnormalities; they are, very short setting times and a possible compressive strength retrogression a few day after paste hardening. These characteristics are related to the fine particle size of the Ultrafine Cement (<10 μm), and to the excessive water required for this kind of material. These kind of cements have been used for commercially available applications since about 30 year ago e.g. as a grout. These Ultrafine Cement products have advantages such as limited or no bleeding, high compressive strength and good injectability as chemical material. There are two different ways to obtain Ultrafine Cement from Ordinary Portland Cement; by dry-grinding and by wet-grinding. The Ultrafine Cement obtained by dry-grinding has high fineness (maximum particle size below 20 μm) and is obtained once the Ordinary Portland Cement is grinded in common grinding devices e.g. ball mills; the main disadvantages of this type of processing are the long spent time in milling-processing and the high production cost. Some novel grinding devices as Shaker mills, Stirred mills and High Energy-Ball Mills, have been used as an alternative for fine and ultra-fine grinding-process, due to their energetic efficiency compared to other conventional grinding systems. The objective of this research work is to determine the most suitable parameters for High Energy-Ball Mills used in the dry-milling Portland cement processing in order to obtain an Ultrafine Cement having a maximum particle size below 20 μm and Blaine Specific Surface Area over 9900 cm2/g. The processed cement powder was characterized by X-ray and crystallographic phase quantification by the Rietveld refinement method, change of temperature during the hydration process and Scanning Electron Microscopy images for the morphology of the milled cement. The processed cement was used for the elaboration of high compressive strength mortars that showed compressive strength values of about 2 times the values for a mortar elaborated with the original cement; then, differences on their physical and chemical behavior were established.