ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto
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IMPORTANCIA DE LA REOLOGÍA PARA EL USO ADECUADO DE LOS ADITIVOS Y ADICIONES EN EL CONCRETO
ASPECON - AREQUIPA OCTUBRE 2013
M. Sc Ing. Cristian Sotomayor Gerente Técnico BASF CC
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OBJETIVOS
Familiarizarse con la terminología reología y su importancia
Modelos reológicos existentes
Aplicación de la reología en la industria de la construcción
Herramienta para optimizar los diseños de mezclas cementicias
Relexiones de la industria de la construción con concreto
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ANTECEDENTES
1929: Eugene Cook Bingham introduce el término reología y modelos más cercanos a la realidad.
1era mitad del siglo XX: se ha desarrollado en la industria de polímeros. Los primeros materiales estudiados: plásticos, pintura, asfalto, entre otros.
1678: Robert Hooke la menciona en su libro: Verdadera teoría de la elasticidad y 9 años después Isaac Newton.
1835: Weber efectuó un experimento con gusanos de seda y observó que no eran perfectamente elásticos
1600 - 1800: Los estudios con la reología se reducían en aplicar la Ley Newton para fluidos y Ley Hooke: solidos (Comportamientos lineales)
1867: Maxwell propone modelo matemático para fluidos elásticos
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NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA REOLOGIA
Estudia la deformación y el flujo de materiales de naturaleza muy diferentes, cuando los mismos son sometidos a esfuerzos externos [Bingham, 1921]
Un cuerpo se deforma si el
mismo sufre cambios en su forma
y dimensiones .
Un cuerpo fluye si el grado de
deformación cambia en el
tiempo en forma continua.
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NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA REOLOGIA
Líquidos (materiales viscosos) Sólidos (materiales elásticos)
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Viscosity (Viscosidad) : Medida de la resistencia al flujo! Shear strees (Esfuerzo de corte): medida de la fuerza por unidad de superficie
Shear rate (Índice de corte o gradiente de velocidad) mide la variación de
velocidad entre 2 capas de un fluido
NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA REOLOGIA
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IMPORTANCIA DE LA REOLOGÍA
Permite comprender la interacción entre los diferentes componentes de un
material y tener una idea más clara de la estructura que lo conforma
(forma, tamaño, textura, viscosidad de la solución líquida)
Permite controlar la calidad de los componentes, material, proceso y
producto final
Diseñar equipos requeridos en un proceso determinado. Ejm: El
bombeado del concreto por tuberías es regulado por las propiedades
reológicas de dicho material.
Resultados de ensayos de reología pueden ser usados por el cliente para
la aceptación de un producto.
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MODELOS REOLÓGICOS: FLUIDO NEWTONIAN
Presenta un comportamiento viscoso
perfecto (el gradiente de velocidad es
proporcional al esfuerzo de corte).
Un fluido es perfectamente viscoso, si
el flujo del material ocurre inmediato a
la aplicación del esfuerzo de corte.
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MODELOS REOLÓGICOS
Fluido visco-plástico
Fluido viscoso
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MODELOS REOLÓGICOS
(Reo-fluidificante) (Reo-espesante)
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MODELOS REOLÓGICOS
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MODELOS REOLÓGICOS
• plásticos, emulsiones , pinturas, lodos de perforación y sólidos en suspensión en líquidos o agua, concreto, entre otros.
• Arena, manteca • Ketchup, mostaza, suspensiones de arcilla, grouts cementicios.
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REOLOGIA EN MEZCLAS CEMENTICIAS (PASTAS, MORTEROS Y CONCRETOS)
La reología permite caracterizar el comportamiento de una mezcla cementicia
en cuanto a su viscosidad, trabajabilidad y estabilidad, basada en la
suspensión de partículas existentes en pastas, morteros o concretos.
AGUA SOSTIENE PARTÍCULAS DEL CEMENTO
PASTA
LA PASTA SOSTIENE AL
AGREGADO FINO
MORTERO
EL MORTERO SOSTIENE AL
AGREGADO GRUESO
CONCRETO
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REOLOGIA EN MEZCLAS CEMENTICIAS (PASTAS, MORTEROS Y CONCRETOS)
La reología permite caracterizar el comportamiento de una mezcla cementicia
en cuanto a su viscosidad, trabajabilidad y estabilidad, basada en la
suspensión de partículas existentes en pastas, morteros o concretos.
Partículas coloidales: (Cemento,
microsílice, ceniza volante, etc)
Partículas no coloidales ó sólidas:
(Agregados)
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15
La reología del concreto afecta la trabajabilidad:
(facilidad de mezclado, transporte, bombeado,
flujo) y la estabilidad (segregación, exudación y
asentamiento plástico), presión sobre el
encofrado, acabado superficial, la microstructura
del concreto, entre otros.
PRIMER ENCUENTRO CON LA REOLOGÍA EN EL CONCRETO
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PRIMER ENCUENTRO CON LA REOLOGÍA EN EL CONCRETO
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TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO
NOMBRE DE LA INSTITUCIÓN DEFINICIÓN
American Concrete Institute
(ACI)
Propiedad del concreto fresco o mortero, la cual determina la facilidad y la homogeneidad con que el concreto puede ser mezclado, colocado, compactado y acabado.
British Standard Institution
Propiedad del concreto fresco, mortero o mezcla similar, la cual determina la facilidad con la cual puede ser manipulada y completamente compactada.
Association of Concrete
Engineers, Japan
Propiedad del concreto fresco o mortero, la cual determina la facilidad con que el concreto puede ser mezclado, colocado y compactado, debido a su consistencia, a la homogeneidad con que puede ser hecho el concreto y al grado en el cual puede resistir la separación de los materiales.
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QUE HACER PARA ADAPTAR LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO ?
Establecer equilibrio reología / estabilidad, en función del tipo de estructura a construir!!
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO (COMPORTAMIENTO REOLÓGICO)
Contenido de agua, a/c
Contenido de pasta
Fineza y forma de los agregados (Áridos)
Fineza del cemento (Cementos finos requieren más agua, > floculación)
Aditivos ó agentes dispersantes: HRWRA, WRA, AEA, VMA, entre otros.
Temperatura del concreto
Vibración del concreto
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: RELACIÓN A/C
Referencia: P.F. G Banfill, Rheology of Fresh Cement and Concrte, The British Society of Rheology, 2006
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: CONTENIDO DE PASTA
Referencia: Technologie avancée du béton, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2011
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: FINEZA DEL CEMENTO
↑ concentración de sólidos, ↑ densidad y
fricción interna entre los granos del cemento:
↑ 𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗𝒗 𝒚 ↑ 𝒆𝒗𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒗 𝒗𝒆 𝒗𝒗𝒆𝒄𝒆
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: FINEZA Y FORMA DE LOS AGREGADOS
Referencia: Technologie avancée du béton, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2011
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FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: CONCENTRACIÓN DE AGREGADOS
Referencia: Technologie avancée du béton, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2011
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LA REOLOGÍA COMO HERRAMIENTA PARA OPTIMIZAR LOS DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO
Referencia: Introduction to Rheology of Fresh Concrete. ICI Rheocenter, Iceland, 2010
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LA REOLOGÍA COMO HERRAMIENTA PARA OPTIMIZAR LOS DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO
El más usado en obra…..
…..pero el más dañino para el concreto: segregación, f’c y durabilidad
Referencia: Introduction to Rheology of Fresh Concrete. ICI Rheocenter, Iceland, 2010
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Yie
ld st
ress
Plastic viscosity
CC
HPC
SF-SCC
FMC
FR-SCC
SWC
SCC
UWC
LA REOLOGÍA COMO HERRAMIENTA PARA OPTIMIZAR LOS DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO
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EJEMPLO: REOLOGIA DEL CCV Y SCC
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TIPOS DE REÓMETROS: MK - III
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TIPOS DE REÓMETROS: ICAR RHEOMETER
IMG_1738_M3_01-06.MOV
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TIPOS DE REÓMETROS: CILINDROS COAXIALES PARA MORTEROS Y CONCRETOS (CONTEC)
ConTec steypa 352 1992.mpg
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TIXOTROPIA
Disminución de la viscosidad en el tiempo, bajo un constante shear stress y
shear rate, seguido de una recuperación gradual cuando dichos parámetros
son removidos.
Structural build up (Floculation, coagulation)
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TIXOTROPIA EN REPOSO
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TIXOTROPIA EN REPOSO
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 15 30 45 60 75
Yiel
d st
ress
at r
est
(Pa)
Time (minute)
BSAP-IEPM1 BSAP-IEPM1BBSAP-IEPM2 BSAP-IEPM4BSAP-IEPM5 BSAP-IEPM6
Referencia: Développement des bétons semi-autoplacant à rhélogie adaptée pour des infrastructures, mémoire de maîtrise, Université de Sherbrooke, Québec, Canada, 2012.
![Page 35: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/35.jpg)
TIXOTROPIA EN REPOSO
![Page 36: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/36.jpg)
APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: REDUCCIÓN DE PRESION LATERAL EN EL ENCOFRADO
![Page 37: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/37.jpg)
APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO CON EQUIPO PAVIMENTADORA (ACTUAL)
![Page 38: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/38.jpg)
APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO (PROPUESTA)
Referencia: Feasibility of Slip-form Paving with Self-Consolidating Concrete, National Concrete Pavement, Mayo 2006
![Page 39: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/39.jpg)
Referencia: Low Compaction Energy Concrete for Improved Slipform Casting of Concrete Pavements, by Bekir Yilmaz Pekmezci Thomas Voigt, Kejin Wang, and Surendra P. Shah, ACI Material journal, 2007.
SCC no solo requiere auto-consolidación, estabilidad estática y dinámica, si
no suficiente resistencia en estado fresco (Green strength) a través de su
restructuración interna (TIXOTROPIA MODIFICADA).
APLICACIÓN DE LA TIXOTROPIA: FABRICACIÓN DE LOSAS DE CONCRETO CON EQUIPO PAVIMENTADORA
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CONCLUSION
LA CIENCIA DE LA REOLOGÍA ES UNA HERRAMIENTA DE
GRAN UTILIDAD PARA SOPORTAR LA INNOVACIÓN
TECNOLÓGICA DE NUEVOS PRODUCTOS CEMEMTICIOS
ADITIVADOS, A LA MEDIDA DE LAS NECESIDADES EN OBRA.
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REFLEXIONES DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO
![Page 42: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/42.jpg)
CONSUMO DEL CEMENTO Y CONCRETO EN EL MUNDO
3,100 millones de toneladas de cemento (2011)
=
12,400 millones de m3 de concreto
(250kg/m3) =
1,8 m3 de concreto por persona en el planeta!!!
![Page 43: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/43.jpg)
TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN ASIA
Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin
![Page 44: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/44.jpg)
TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN AMERICA LATINA
Pérou
Pérou
Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin
Fuente: ASOCEM
![Page 45: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/45.jpg)
TENDENCIA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN ASIA
Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin
Cada vez un mayor desafío para sostener la industria
CEMENTO EN SACO PARA CONCRETO PREPARADO EN OBRA
CEMENTO A GRANAEL PARA CONCRETO PREMEZCLADO
![Page 46: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/46.jpg)
TENDENCIA DEL CONSUMO DE CONCRETO EN EL MUNDO
Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin
FUTURO PROMETEDOR PARA LA INDUSTRIA DEL CONCRETO?
Sin embargo……..
19 niños/1000 habitantes
![Page 47: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/47.jpg)
RETOS EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO
Fuente: Liants hydrauliques, Université de Sherbrooke, 2003 - Pierre Claude Aitcin
Disminución CO2 en el cemento!!
Disminución SO3, también importante!!
8% C02 en el planeta
![Page 48: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/48.jpg)
Usar materiales residuos de otras industrias (Fly ash, cenizas de cascara de
arroz, puzolana, polvo de vidrio, etc) para reemplazar una parte del
cemento y aprovechar la sinergia : cemento - adiciones
Usar concretos de alto desempeño HPC, reduciendo las dimensiones de
las estructuras (cuando sea posible) y consumiendo menos concreto.
RETOS EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO
Usar aditivos químicos (BASF) en el concreto:
Reducción en costos (5 – 15% concretos convencionales)
Reducción consumo de cemento (Concretos más ecológicos)
Reducción del 5 al 15% de emisiones de gases en el planeta solo a
través del uso de un simple reductor de agua.
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Referencia: Polycarboxilates: Versatile applications to meet Mega-Trends in Asia, Dr. Sven Asmus,
RETOS EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION CON CONCRETO
![Page 50: ASPECON 2012 Importancia de la reología para uso adecuado de aditivos y adiciones en el concreto](https://reader030.fdocumento.com/reader030/viewer/2022020117/55cf9e2e550346d033b0715f/html5/thumbnails/50.jpg)
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