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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

1FLY ASH FOR CONCRETE

Docente: ALDO EMILIO CABRERA DIAZ

Autores: CHAVEZ CALUA, FRANKLIN GAITAN CACHI, GABRIEL GOICOCHEA SANCHEZ, Bryan

Cajamarca 29 de junio del 2015

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1

1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN La durabilidad del concreto se debe a su permeabilidad, el cual transporta el agua a través de su red porosa. El empleo de cenizas volantes en reemplazo del cemento portland como material cementico en el concreto resulta un beneficio económico en su empleo y posee cambios micro estructurales impulsado por la adicción. Hay consensos en que las cenizas reducen el tamaño de los poros, aunque los cambios en la composición y micro durabilidad estructural del material no son del todo claras. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL: 

Ostentar las propiedades físicas y químicas que ofrece las cenizas volantes al concreto

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 

Determinar los beneficios de las Cenizas Volantes



Determinar limitaciones de las cenizas volantes



Determinar la resistencia del concreto con cenizas volantes y del concreto sin ellas.

MARCO TEÓRICO 3.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION Los efectos de las cenizas volantes en el concreto han sido estudiados en numerosas investigaciones, sea como reemplazo del cemento portland o simplemente como adición. Se ha comprobado que cuando se emplean las cenizas volantes en porcentaje de 10 a 30 % en reemplazo del cemento portland, el agua necesaria para mezclado por unidad de volumen del concreto no es aumentada y a veces es reducida. La resistencia en las primeras edades, hasta los 28 días disminuye, pero en edades posteriores puede ser igual o mayor que el concreto convencional. Las cenizas volantes son residuos sólidos que se obtienen producto de la combustión del carbón pulverizado en las centrales termoeléctricas considerándose este material como desecho. (Neville, A. M, México)

3.2 SUSTENTO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN

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FLY ASH (cenizas volantes) es un puzolana usada para mejorar el desempeño del cemento portland en mezclas de concreto, es un material de silicio y aluminio que por sí solo posee poco valor cementicio. Con la adición de las cenizas volantes mejorará la trabajabilidad, resistencia a los sulfatos, reducirá la permeabilidad, exudación, segregación, el encogimiento, calor de hidratación, aumentará la resistencia a la compresión y flexión. 3.3 TIPOS DE CENIZAS VOLANTES 3.3.1 CENIZAS DE CLASE F Se produce a partir de carbón antracita o bituminoso mientras la Clase C proviene del carbón de lignito, sub-bituminoso. La diferencia clave está si el concreto se clasifica como "puzolana”. Materiales puzolanicos pueden actuar como el cemento cuando se añade agua y ciertos materiales. 3.3.2 CENIZA VOLANTE CLASE C Se considera un material puzolánico, ya que puede formar una sustancia parecida al cemento para hacer concreto, mientras que la Clase F no puede y por lo tanto requiere un agente de cementación para lograr su adherencia y así formar el concreto. Las cenizas volantes de Clase C son consideradas el mejor tipo, sin embargo ambos funcionan cuando se añaden los materiales adecuados a la mezcla. La ceniza volante en la incorporación al concreto requiere menos mezcla de cemento que el concreto convencional. La ceniza volante fue descubierta por los ingenieros que trabajan en la presa Hoover. La ceniza volante emplea menos agua que el concreto convencional al momento del mezclado 3.4 COMPOSICIÓN FLY ASH puede ser de color crema o gris, dependiendo del tipo de carbón que la generó; teniendo un parecido al cemento. Es principalmente vidrio de sílice que contiene silicio, aluminio, hierro y calcio. FLY ASH es un subproducto de la combustión de carbón pulverizado en las plantas de generación eléctrica, su composición exacta es determinada por el carbón usado. (Google) 3.5 LIMITACIONES Los aditivos minerales finos, tales como el FLY ASH afectan las características de los diseños de mezcla. Antes de ser aceptados para su uso, deben probarse en combinación con el cemento y los agregados que van a usarse. Estas pruebas determinarán el efecto en los requerimientos de agua, resistencias, encogimiento, calor de hidratación, durabilidad, o su 3

efecto en características especiales como la prevención de la reacción agregado-álcali o la reducción de daños por ataque de sulfatos. (Neville, A. M, México) 3.6 BENEFICIOS El concreto con cenizas volantes es más fácil de trabajar y manipular ya que puede ser mezclado en proporciones que favorecen a una mejor terminación en verano y no afectan el acabado en invierno, requiere menos agua al momento del mezclado. Esto significa que hay menos contracción y agrietamiento. Las cenizas volantes crean un concreto con una resistencia a la compresión superior a lo largo del tiempo que el concreto convencional, como las cenizas volantes cuestan menos que el cemento, su uso en la mezcla reduce el costo del concreto. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 3.7 DESVENTAJAS Los aumentos de la fuerza de compresión del concreto con cenizas volantes ocurren lentamente durante un período de tiempo más largo que en el concreto convencional. Algunos informes han dicho que es más difícil lograr buena terminación. También requiere un producto más que tiene que ser mezclado en una cierta proporción cuando se prepara el concreto. Algunos estados no permiten las cenizas volantes en el concreto o tienen restricciones sobre el tipo de concreto que puede ser utilizado. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) PROPIEDADES DEL CONCRETO QUE CONTIENEN CENIZAS VOLANTES 4.1 DURABILIDAD La durabilidad no es una propiedad intrínseca de un material, es más bien una función que relaciona el rendimiento de un material, con su vida de servicio bajo diversas condiciones ambientales. Durante más de 50 años la ceniza volante se ha usado en muchas de las grandes estructuras del mundo, tales como la presa Hungry Horse y en la mayoría de presas del reino unido. Según las especificaciones permitirán el uso de distintas cenizas volantes, lo cual ocasiona variaciones en el contenido de agua y en la calidad del concreto afectando consecuentemente la permeabilidad que es quizás la propiedad más importante en la durabilidad. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4

4.2 TRABAJABILIDAD El termino trabajabilidad se utiliza como referencia a las mezclas de concreto para indicar la mayor o menor facilidad que se puede encontrar al colocarlos en un lugar determinado, la ceniza volante puede demostrarse simplemente por su efecto de trabajabilidad del concreto. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.3 COMPORTAMIENTO EN ESTADO FRESCO 4.3.1 DENSIDAD Y SANGRADO La inclusión de la ceniza volante en el concreto aumenta el volumen de la lechada por unidad de peso con un requerimiento menor de agua, el resultado es una mejor densidad y mayor cohesión en el concreto con un menor sangrado. Los factores que afectan la densidad del concreto son: fineza de la ceniza volante, densidad del agregado, absorción del agregado y demanda del agua. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.3.2 PERMEABILIDAD La permeabilidad del concreto se puede definir como la cantidad de agua o alguna otra solución química que pasa a través de una masa de concreto. Existen algunas medidas que se pueden utilizar para hacer que el concreto sea menos permeable, una de ellas es el uso de una ceniza volante de buena calidad, la ceniza volante tiende a reaccionar con el hidróxido de calcio libre provocando la formación de una solución más viscosa. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.3.3 RESISTENCIA MECÁNICA El efecto de la ceniza volante sobre la resistencia del concreto está determinada por la calidad y cantidad utilizada en la mezcla, es decir, que una fuente disponible de cenizas volantes de buena calidad y uniformidad. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.3.4 RESISTENCIA AL ATAQUE DE SULFATOS El ataque de los sulfatos en los concretos se desarrolla cuando el hidróxido de calcio se combina con los sulfatos dando lugar a un sulfato de calcio o yeso. También los componentes el cemento como los compuestos que contienen aluminatos son también atacados por los sulfatos formando compuestos de estannita, reacciones q a su vez provocan una fuerza interna de expansión en los concretos por lo cual el volumen aumenta causando la falla de la 5

estructura. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.3.5 FLUIDEZ Un parámetro muy efectivo para tener una idea de la fluidez de un concreto, es el revenimiento de la mezcla. El uso de ceniza volante ha influido en dicha propiedad, en mezclas donde se usó ceniza volante para sustituir en un 30 % el volumen de cemento portland con relación agua/cemento de 0.6 y la relación agregado/cemento de 6.15, se obtuvo un aumento de revenimiento de aproximadamente 6cm. 4.4 INCLUSIÓN DE AIRE EN EL CONCRETO FRESCO Ninguna dificultad ha sido encontrada para la inclusión de aire en concretos dosificados con grandes volúmenes de cenizas volantes, aunque la dosis requerida es considerablemente mayor que la del concreto ordinario. Sin embargo, debería ser señalado que las cenizas volantes usadas en dichas pruebas, han sido relativamente bajas en contenido de carbón. (A. Jarrige, 1999) 4.5 COMPORTAMIENTO AL ESTADO ENDURECIDO 4.5.1 ELEVACIÓN DE TEMPERATURAS Debido al bajo contenido del cemento, el incremento de temperaturas en concretos con ceniza volante, durante los primeros días puede ser colocado es muy bajo, en especial con grandes porcentajes de cenizas volantes. 4.5.2 MÓDULO DE ELASTICIDAD El módulo de elasticidad o módulo de Young de los concretos con grandes cantidades de cenizas volantes hechos con agregados de piedra caliza generalmente exceden los 30 GPA y es así, un poco más alto que los módulos para concretos de cemento portland de resistencia comparable. El modulo más alto es probablemente debido al gran porcentaje de agregados y también debido a las partículas de ceniza volante no hidratadas actuando como un material fino liberador en el concreto. (Concretos dosificados con cemento portland y ceniza volante, sin autor) 4.6 PERMEABILIDAD Para medir la permeabilidad al agua en concretos con ceniza volante fueron aplicadas por medio de un dispositivo de flujo uniaxial. Los métodos de prueba consisten en medir el flujo 6

uniaxial de agua a través de cilindros de concreto con dimensiones de 125 mm de atura y diámetro de 150mm bajo una presión de 3.5MPa. Los especímenes de prueba fueron mantenidos en las celdas de permeabilidad por más de 6 meses, y se encontró que no pasó nada de agua a través de los especímenes durante este periodo. (Revista Combustion, 1974) 4.7 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN El concreto estructural es comúnmente especificado por una resistencia mínima a los 28 días. Sin embargo, la resistencia a la compresión del concreto a edades tempranas es una importante consideración durante la construcción y a edades más tardías para comportamiento a largo plazo. Los concretos conteniendo ceniza volantes a los 28 días, presentan variaciones en cuanto al desarrollo de resistencia a la compresión dependiendo el tipo de ceniza y a la cantidad empleada A 7 días la resistencia a la compresión del concreto sin cenizas volantes fue mayor que la del concreto con ceniza volante, sin importar el tipo o porcentaje de reemplazo, sin embargo, la resistencia a la compresión de los concretos con cenizas volantes a largo plazo excedieron a las resistencias presentadas pr concretos sin cenizas volantes para la mayoría de los concretos ensayados a la resistencia a la compresión fue igual o mayor en concretos con cenizas volantes que las de concreto ordinario después de 91 días. (A. Jarrige, 1999) 4.8 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Uno de los principales objetivos en diseño de concretos para uso en autopistas es la resistencia a la flexión del concreto. En estudios realizados a mezclas de concreto con contenidos de ceniza volante que variaron en porcentajes de 0 a 35% usando cenizas de tipo C y F se obtuvo que el concreto con ceniza volante logro dar la resistencia mínima y mostro una mayor ganancia de resistencia entre 7 y 28 días que la del cemento sin ceniza volante. Sin embargo, la resistencia a la flexión mostrada a 7 días por los concretos con ceniza volante clase C o F indistintamente, fue ligeramente menor a la alcanzada por los concretos sin ceniza volante y con el mismo contenido de cementantes. (Revista Combustion, 1974) 4.9 RESISTENCIA LA CONGELAMIENTO Y AL DESHIELO La resistencia al congelamiento y al deshielo es una propiedad necesaria para los concretos expuestos a ambientes invernales. El concreto que no es durable bajo condiciones de congelamiento y deshielo se expandirá y fallara, volviéndose inservible. 7

Los elementos más importantes para que el concreto sea más resistente al congelamiento y al deshielo son un adecuado sistema inclusor de aire y a la resistencia. La ceniza volante afecta el sistema de aire en el concreto en la que la mezcla inclusora de aire sea de base orgánica ya puede ser absorbida por las partículas de carbón en la ceniza volante. Puede ser necesario un incremento en la dosificación de un aditivo inclusor de aire en concretos con ceniza volante para compensar la pérdida del aditivo. (A. Jarrige, 1999) 4.10 RESISTENCIA A LA ABRASIÓN. Los concretos para pavimentos y pisos industriales sujeto a tráfico pesado pueden ser dañados severamente por agrietamientos y expansiones asociados por la pobre resistencia la abrasión. En pruebas de resistencia a la abrasión de concretos con ceniza volante, y concretos ordinarios sin cenizas volantes se midió la profundidad causada por el uso de una rueda rotatoria. Los concretos conteniendo cenizas clase C exhibieron una resistencia superior a la abrasión a los concretos con ceniza volante clase F y a los concretos sin cenizas volantes, que tuvieron resistencias similares. (A. Jarrige, 1999) CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 

La ceniza volante puede ser de color crema o gris, dependiendo del tipo de carbón que la generó.

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Concluimos que cenizas volantes son más fáciles de trabajar y manipular ya que puede ser mezclado en proporciones que favorecen a una mejor terminación en verano y no afectan el acabado en invierno.

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Determinamos que la ceniza volante afecta las características de los diseños de mezcla.

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La resistencia del concreto con cenizas volantes es mayor, que el concreto sin cenizas, pero a largo plazo

BIBLIOGRAFIA 

Neville, A. M. (1999). Tecnología Del Concreto (1a. Ed.). México: Instituto Mexicano Del Cemento Y Del Concreto.

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Jarrige (1971): "Las Cenizas Volantes: Propiedades, Aplicaciones Industriales". Eyrolles, París. 8

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R. Miller Y R. Collins (1976): "Materiales De Desecho Como Potencial Reemplazo Para Agregados Ligeros".

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Nchrp Report N.° 166, Transportation Research Board, Washington D.C.

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Revista Combustion, octubre 1974: "Nuevo Enfoque Para La Ceniza Volante".

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M. Neville (1977): "Tecnología Del Concreto". Imcc, México.

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M. Venuat Y M. Papadakis (1968): "Fabricación, Características Y Aplicaciones De Los Diversos Tipos De Cementos". Editores Técnicos Asociados, S. A., Barcelona.

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