Uso racional del cemento y de arenas alternativas a través de soluciones de aditivos para el hormigó

Uso racional del cemento y de arenas alternativas a través de soluciones de aditivos para el hormigón

Como el aditivo contribuye con la sostenibilidad de la industria de la construcción

Danila Ferraz

Promedio kg CO2 e por kg de material* Aluminium

El Hormigón es quizás el material más eco-friendly, versátil, bajo-costo y durable de la construcción.

• •

Su carbono incorporado es de 10 a 20 veces menor que el del vidrio y el acero*.

Pero debido a la enorme (14.0 mil millones de m3 **) y creciente demanda global…

* Fuente: ICE database 2019 and internal estimates ** Fuente: GCCA’s “Concrete Future” roadmap 2021

12

Plastics

3.3

Paint

2.9

Steel

2

Glass

1.4

Paper

1.3

Timber

0.49

Bricks 0.2 Plaster 0.2 Mortar 0.15 Concrete 0.11

Carbono Incorporado en el hormigón * SIN ADITIVO

290

CON ADITIVO (CASOS TIPICOS)

CON ADITIVO (MEJOR CASO)

-14%

-31%

250

200

kg CO2 / m3 de hormigón

kg CO2 / m3 de hormigón

kg CO2 / m3 de hormigón

(490 lb. CO2 / cu. yd.)

(420 lb. CO2 / cu. yd.)

(340 lb. CO2 / cu. yd.)

3,500

Mt CO2 / año

-500 Mt CO2 / año

3,000

Mt CO2 / año

-600 Mt CO2 / year

Nuestra visión es permitir que la industria de la construcción reduzca 1.1 BILLION TONS CO2 / AÑO

A construction products company

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2,400

Mt CO2 / año

* Reflects GCP Internal Estimates

3

Aditivos para concreto ¿Qué son?

Son productos químicos, en forma líquida (la mayoría de las veces), desarrollados y producidos por GCP que se utilizan intencionalmente para optimizar las propiedades del hormigón, tales como:      

Aumentar la fluidez Reducir el agua en el sistema Aumentar las resistencias finales Mejorar el bombeo Controlar la hidratación Aumentar la vida útil del hormigón

Las dosis varían de acuerdo a las propriedades deseadas, generalmente de 0,2% a 1,2%, pero pueden ser más altas si es necesario.

Tensión de Fluencia (Pa)

EFECTO DEL ADITIVO EN EL COMPORTAMENTO REOLÓGICO Y FORMACIÓN DE LA MICROESTRUCTURA

Cadena principal Ramificación

Dosis de PCE

Sin dispersante

Con dispersante

INFLUENCIA DE LOS AGREGADOS

Solución para mejorar la trabajabilidad de hormigones con arena angular/artificial Arenas ásperas con alto factor de fricción Sin opción de reemplazo de esas arenas Disponibilidad de arena triturada

Clarena MR

Lubricante de agregados

Hormigones con alta viscosidad Sostenibilidad de la industria

Peor la morfologia

peor el espaciado

peor la pérdida de fluidez

Fricción

CONCERA – CONTROL FLOW CONCRETE

DIFERENCIA DE USAR ADITIVO CONCERA Y ADITIVO CONVENCIONAL

TENSIÓN DE FLUENCIA CONCERA® SA Los aditivos de la gama Concera fueron desarrollados para producir un Hormigón de Flujo Controlado (CFC), principalmente. Los CFC llenan los huecos entre el hormigón convencional y el SCC.

Rotation (rpm)

300 250

Concrete Mixing

200 150 100 50 0

0

60

Time (s)

120

180

CONCERA® SA

HORMIGONES ECO-EFICIENTES Las exigencias de un mundo más sostenible, asociadas a la evolución tecnológica en las ciencias de los materiales, nos llevan a repensar si los materiales convencionales que utilizamos actualmente serán los mismos para la construcción del mundo en el futuro. Esto no es indiferente para GCP, que en este proyecto busca usar sus conocimientos para permitir la producción de un hormigón "ecoeficiente", que permitiría la producción y aplicación de un hormigón con alto contenido de SCM (materiales cementosos suplementarios – relleno) y bajo contenido de cemento en el diseño de la mezcla.

ESTRATEGIA: partículas • Empaquetamiento de la pasta de cemento.

• Balance de sulfatos en la interacción cemento/aditivos.

• Dispersión de la pasta de cemento.

• Controlar el comportamiento reológico  Principal!

• Maximizar la reactividad de los ligantes.

• Empaquetamiento de los agregados.

• Controlar la distribución del tamaño de partículas.

• Controlar la forma de las partículas.

• Controlar el área específica.

• Lubricar el sistema.

DESAFIOS DEL PROYECTO

Desarrollar una nueva linea de aditivos para hormigones eco-eficientes que lleva la combinación de lubricantes de agregados, dispersantes en sinergia con modificadores de viscosidad para diseños de mezcla optimizados con baja cantidad de cemento y uso de filler, para reducciones de emisiones de CO2.

OBJETIVO DEL PROYECTO

Reducción de emisiones de CO2 por la reducción de consumo de cemento Como obtener un hormigón fluido, considerando el paquete de partículas sin depender exclusivamente del agua; Reducción de costos

EL PROYECTO Pruebas de reometría en pasta para desarrollo de mezclas

201 4 Inicio del Proyecto

201 5

Desarrollo de EXP CR 2808

Pruebas de reometría en pasta para ajuste de mezclas

201 6

Pruebas con nuevas alternativas de filler

201 7

Desarrollo final de EXP CR 4070 y EXP CR 4071 (pruebas de campo en diciembre)

Fundaciones Fundaciones en hormigón en hormigón Evaluación de resultados

201 8

201 9

Formula final de desarrollo Pruebas de de mezcla

campo en obra

202 0

202 2

Mayor volumen de fundaciones en hormigón

202 3

TEORIA DEL EMPAQUETAMIENTO Selección correcta de la proporción y tamaño adecuado de los materiales particulados (cemento, arena, agregados gruesos, otras adiciones, etc.), de forma que los huecos de mayor tamaño se llenen con partículas más pequeñas, cuyos huecos se volverán a llenar con partículas aún más pequeñas y así sucesivamente. (McGEARY, 1961 apud BARBOSA, 2008).

El estudio del empacamiento de las partículas, se puede definir como el problema de seleccionar el tamaño y dosificación adecuados de los materiales particulados, de modo que los grandes vacíos sean rellenados por partículas más pequeñas, cuyos vacíos serán rellenados a su vez con partículas aún más pequeñas, y así sucesivamente (Oliveira et al., 2000).

Siendo así, un material con densidad de empaquetamiento teórica máxima tendría ausencia de vacíos.

La idea detrás de este concepto es tratar de reconstruir una roca sólida a partir de elementos que tengan tamaños complementarios de partículas (Stroeven, 1999b).

Teóricamente se podría alcanzar esta condición, pero debido a la irregularidad de la morfología (la forma de las partículas no es perfectamente esférica) y la distribución granulométrica, se hace muy difícil reproducir la compacidad máxima teórica para mezclas granulares como el hormigón. Asimismo, es posible aumentar la densidad de empaque del concreto para mejorar su calidad, con la ayuda de aditivos.

METODOLOGIA

REOMETRÍA DE PASTA Y MORTERO

REOMETRÍA DE HORMIGÓN

DISEÑOS

Hormigones Eco-eficientes  El trabajo permitió concluir que es posible producir concreto con bajo impacto ambiental, con características factibles de bombeabilidad.  Es posible reducir la cantidad de cemento y la emisión de CO 2 de concretos de alto rendimiento, en relación con fórmulas convencionales.  “Los resultados muestran una reducción del 32% en las emisiones de un concreto eco-eficiente en relación con las formulaciones convencionales”  Es necesario aplicar nuevos métodos para posibilitar las formulaciones, controlando los parámetros reológicos y la demanda de agua que son factores importantes en el proceso.  Para alcanzar estos objetivos, la correcta selección y desarrollo de nuevos aditivos son factores fundamentales, ya que los aditivos juegan un papel importante en la preparación de este tipo de hormigones, debido al grado de empaquetamiento del sistema y la baja cantidad de cemento.

El hormigón llegó a 70MPA a los 28 DIAS con 257Kg de cemento por /m3

Gracias