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• Paulo Serna

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Fly Ash (Ceniza Volante) El uso de adiciones en concretos es algo deseable no solo en el punto de vista del medio ambiente y la conservación de energía, sino también en el punto de vista técnico por los beneficios que estas proveen al concreto. Los materiales cementantes suplementarios son añadidos al concreto como parte del sistema cementante total. Pueden ser usados en adición o reemplazo del cemento portland o cemento mezclado en el concreto, dependiendo de las propiedades del material y el efecto deseado en el concreto. La ceniza volante o fly ash (en inglés) es la adición más ampliamente utilizada en concreto. Es un subproducto de la combustión de carbón pulverizado en las plantas de generación eléctrica. Tras la ignición en el horno, la mayoría del material volátil y carbono en el carbón son quemados. Durante la combustión, las impurezas minerales del carbón (como arcillas, feldespatos, cuarzos y esquistos) se fusionan en suspensión y son llevados fuera de la cámara de combustión por los gases expelidos. En este proceso, los materiales fusionados se enfrían y solidifican en partículas vidriosas esféricas llamadas cenizas volantes. Estas cenizas son entonces colectadas de los gases expelidos a través de precipitadores electroestáticos o filtros de bolsa. La ceniza volante es un polvo finamente dividido parecido al cemento portland. La ceniza volante es primariamente silicato vidrioso que contiene alúmina, hierro y calcio. Existen 2 clases de Cenizas Volantes, la Clase F y la Clase C. Los Clase F son materiales generalmente con bajo contenido de calcio (menos de 10% de CaO); los Clase C tienen alto contenido de calcio (de 10% a 30% de CaO). Las cenizas volantes son usadas en cerca del 50% de los concretos ya preparados (PCA 2000). Su dosificación varía con la reactividad de la ceniza y el efecto deseado en el concreto (Thomas 2007, Helmuth 1987, y ACI 232 2004). Efectos en el concreto fresco: 

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Requerimiento de agua: Mezclas de concreto que contienen cenizas volantes generalmente requieren menor contenido e agua (cerca de entre 1% y 10% menos que las dosis convencionales) para un revenimiento dado que comparados con concreto con solo cemento portland. Trabajabilidad: Las cenizas volantes mejoran la Trabajabilidad de concretos con un revenimiento igual. Sangrado y Segregación: concretos que contienen cenizas volantes generalmente exhiben menor sangrado y segregación que concretos simples. Este efecto hace que el uso de cenizas volantes sea particularmente valorado en mezclas de concreto que contienen agregados deficientes en finos. La reducción en el agua de sangrado es primariamente debido a la reducción de la

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demanda de agua en concretos con Cenizas Volantes. Gleber y Klieger (1986) correlacionan la reducción del agua de sangrado del concreto con la reducción del requerimiento de agua de mezcla del mortero de ceniza volante. Contenido de Aire: la cantidad de aditivo inclusor de aire requerido para obtener un contenido de aire específico es normalmente mayor cuando se utilizan cenizas volantes. Calor de hidratación: las cenizas volantes tienen un calor de hidratación menor que el cemento portland, por lo que consecuentemente su uso reduce la cantidad de calor creado en una estructura de concreto. Tiempo de fraguado: El uso de cenizas volantes generalmente retardará el tiempo de fraguado del concreto. Esto es una ventaja importante en climas cálidos, ya que permite mayor tiempo de colocado y acabado del concreto. Acabado: los concretos con cenizas volantes tendrán un acabado igual o mejor que los concretos simples. Bombeo: El uso de cenizas ayuda en el bombeo del concreto facilitándolo.

Efectos en el concreto endurecido: 

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Resistencia: El desarrollo de la resistencia de concretos con Cenizas Volantes es similar a la de concretos normales curados a 23°C (73°F). Concretos que contienen cenizas Clase C generalmente desarrollan resistencias mayores a edades tempranas que los que contienen cenizas Clase F. Las adiciones son casi siempre necesarias en la producción de concretos de alta resistencia. Con el uso de cenizas volantes se han podido producir concretos con resistencias hasta de 100 MPa (15,000 psi). Permeabilidad y absorción: Con un curado adecuado las cenizas volantes generalmente reducen la permeabilidad y la absorción de concreto. La absorción de concretos con cenizas volantes es casi similar a la de concretos sin cenizas, aunque algunas cenizas pueden reducir la absorción en 20% o más. Reacción álcali – agregado: La reacción álcali – sílice puede ser controlada con el uso de cenizas volantes. Cenizas de bajo contenido de calcio (Clase F) han reducido la reacción expansiva hasta un 70% y más en algunos casos. Resistencia a sulfatos: La resistencia a sulfatos de concretos con alto contenido de cemento y baja relación agua cemento, hechos con cementos resistentes a los sulfatos es tan buena que el uso de cenizas volantes tienen poca oportunidad de mejorar dicha resistencia. Los concretos con cenizas volantes Clase F son más resistentes a sulfatos que aquellos hechos con cenizas volantes Clase C. Corrosión del acero: Las adiciones reducen la corrosión del acero reduciendo la permeabilidad de concretos correctamente curados para agua, aire e iones de cloruro. Las cenizas volantes reducen significativamente el ingreso de iones de cloruro.

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Carbonatación: En dosis normales, las cenizas volantes incrementan levemente la carbonatación, pero no significativamente en concretos con periodos de cura normales. Resistencia Química: Las adiciones reducen los ataques químicos reduciendo la permeabilidad del concreto. Cabe resaltar que aunque las mismas mejoran la resistencia, no vuelven a los concretos inmunes. Concretos en ambientes de severa exposición química deben ser protegidos con sistemas de barreras. Color: las cenizas volantes pueden cambiar levemente el color del concreto. El uso de cenizas volantes oscuras en grandes cantidades tenderá a oscurecer el concreto. Fly ash

El fly ash, conocido también como ceniza de combustible pulverizada o Cenizas volantes, es la ceniza precipitada electroestáticamente o mecánicamente a partir de los gases expelidos de plantas termoeléctricas a carbón. Son el tipo de puzolana artificial más común. Está compuesta de partículas esféricas, lo que es ventajoso desde el punto de vista de requerimiento de agua, y tiene una alta finesa. Su alta superficie específica significa que es un material prontamente listo para reacción con el hidróxido de calcio. Posee una gravedad específica promedio de 2.35. La clasificación Americana del fly ash está dada por la norma ASTM C 618-12, y está basada en el tipo de carbón que origina la ceniza. El tipo más común de fly ash deriva del uso de carbón bituminoso, que es principalmente silíceo, y es conocido como Fly ash clase F. Carbones sub bituminosos y lignitos resultan en cenizas altamente calizas, conocidas como fly ash clase C. La actividad puzolánica de las cenizas clase F no está en duda, sin embargo es esencial que tengan una finura y un contenido de carbón constantes. El uso de cenizas volantes puede afectar el color del concreto, haciendo el carbón de la ceniza que el mismo sea más oscuro. Esto no altera sus propiedades físicas ni químicas, pero si es importante del punto de vista estético, principalmente cuando se colocan concretos con ceniza y concretos sin ceniza uno al lado del otro. Las cenizas Clase C tienen un contenido de cal de hasta un 24%. Su contenido de carbono es bajo, su finura alta y su color claro. Sin embargo, el contenido de MgO puede ser alto, y parte del mismo como de la cal pueden conducir a expansiones perjudiciales. El comportamiento de las cenizas altamente calizas es sensible a la temperatura: específicamente, en concretos masivos cuando ocurre el aumento en la temperatura, los productos de reacción pueden no ser de alta resistencia. Sin embargo, el desarrollo de resistencia no está simplemente basado en la temperatura, siendo satisfactorias en

regiones entre 120°C a 150°C (250°F a 300°F) pero no a 200°C (400°F) cuando los productos de reacción son sustancialmente diferentes. Los cementos puzolánicos por si solos tienen una baja resistencia a los 7 días (mínimo de 12 MPa) pero también a los 28 días (mínimo de 22.5 MPa). La ventaja concomitante es la baja tasa de desarrollo de calor por lo que los cementos puzolánicos son de bajo calor de hidratación. Adicional, los cementos puzolánicos tienen cierta resistencia al ataque de sulfatos y al ataque de ácidos débiles.