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Rice Husk Ash : a promising alternative for sustainable, durable and high strength concrete Ceniza de Cascarilla de Arroz: una alternativa promisoria para hormigones mas sustentables, durables y resistentes. Franco Zunino / Mauricio López Estudiante de MSc / Profesor Asociado - PowerPoint PPT Presentation
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Rice Husk Ash : a promising alternative for sustainable, durable and high strength concrete
Ceniza de Cascarilla de Arroz: una alternativa promisoria para
hormigones mas sustentables, durables y resistentes
Franco Zunino / Mauricio López Estudiante de MSc / Profesor Asociado
Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción
Escuela de ingeniería Pontificia Universidad Católica de Chile
8 de noviembre de 2013
3
Industria de la Construcción: Fuente de desarrollo, con impactos asociados
• IC consume 40% energía final y 40% de
materias primas
• IC usa el 25% de la madera y 16% del agua
• IC genera 30-40% de los desechos
• IC es responsable de 35-40% de emisiones
de CO2
Desarrollo de la IC guarda estrecha relación con el
crecimiento del país
ppconstructionsafety.com
electrosector.com
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atra
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rt.c
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4
Tabla de Contenidos
1. Industria del Cemento
2. ¿Qué es la ceniza de cascarilla de arroz?
3. ¿Por qué investigar?
4. ¿Cómo estudiarla? - Programa Experimental
5. ¿Qué obtuvimos? - Resultados y Discusión
6. ¿Qué podemos decir? - Conclusiones
5
Hormigón
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Proporciones Volumétricas del HormigónContribución relativa a la huella de carbono
6
Fabricación Clínker
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Fuente: EPA / Cement Asoc. of Canada
0,43 ton CO2 / ton cemento
0,39 ton CO2 / ton cementoPiedra caliza y arcilla (Si y Ca)
7% emisiones CO2 globales
Uso recursos no renovables
3-4 GJ consumidos por ton cemento
Clinkerización Molienda
7
Materiales Cementicios Suplementarios (MCS)
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Fuente: Mehta y Monteiro, 2006
Son materiales capaces de reaccionar con los productos de la hidratación del cemento Portland, generando nueva matriz resistente. Además de la reducción de contenido de
cemento, pueden mejorar el desempeño del hormigón en propiedades como resistencia y durabilidad.
CEMENTO + AGUA MATRIZ RESISTENTE + HIDRÓXIDO DE CALCIO
SILICE AMORFA + HIDRÓXIDO DE CALCIO MATRIZ RESISTENTE
C3S H C-S-H CH
CHS C-S-H
Ec.1
Ec.2
(1) HIDRATACIÓN
(2) REACCIÓN PUZOLÁNICA
8
Puzolanas Naturales (PN)
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Cemento Portland
%
Puzolana
%
Portland Puzolánico ≧70% ≦30%
Puzolánico 50-70% 30-50%
NCh 148.Of68
9
Ceniza de Cascarilla de Arroz (CCA)
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Producto que se obtiene de la combustión de la cascarilla de arroz, desecho de la industria de producción del cereal.
Producción mundial de arroz (2011/2012) = 718,4 millones de toneladas (FAO)
Producción de arroz en Chile (2012) = 149.788 toneladas (FAO)
10
Ceniza de Cascarilla de Arroz (CCA)
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones
Alto contenido (>75%) de SiO2 amorfa (reactiva)
Alta reactividad por elevada superficie específica
Material de orígen orgánico —> ciclo biomasa balanceado 98%
600ºC, 4h
12 Kg 200 g
700ºC, 2h
Objetivos
• Evaluar factibilidad de producción y uso de CCA como material cementicio suplementario
• Comparar el desempeño medido como resistencia y permeabilidad de la CCA con el sustituyente histórico chileno (PN)
11
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Programa Experimental
12
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Resistencia a compresiónPASTA DE CEMENTO w/c 0,5
(7, 28 90 días)Probetas cúbicas 50 mm arista
Sustituciones en peso, % pasta constante
DurabilidadHORMIGÓN w/c 0,5
90 díasProbetas cilíndricas 10x20 cm
Sustituciones en peso, % pasta constante
Absorción CapilarASTM C1585
Perm. Iones CloruroASTM C1202
Caracterización de Materiales
13
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Densidad [g/cm3]
Sílice amorfa libre
[%]
LOI[%]
Tamaño medio
partículas [µm]
Cem. Portland 3,184 - 3,07 14,825
CCA 2,293 74,5 2,57 9,952
PN 2,242 56,6 5,04 20,711
Resistencia a CompresiónPasta de Cemento w/c 0,5
14
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

• Excelente desempeño de CCA incluso a edades tempranas
• Posibilidad de explorar sustituciones mayores sin sacrificio mecánico
• PN reducen el desempeño mecánico a edades tempranas
• PN tienen su nivel óptimo en torno al 20% de sustitución
10% 20% 30%
Absorción CapilarASTM C1585
15
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Indice de Absorción inicial (seco)
Indice de Absorción Tardío (saturado)
Absorción CapilarASTM C1585
16
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

•Tendencia de disminución de permeabilidad es más fuerte en índice tardío a mayor reemplazo
•Probetas incorporando CCA exhiben mejor comportamiento que PN
Permeabilidad a Iones CloruroASTM C1202
17
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

NaCl 3% m/m NaOH 0,3N
Voltaje de Ensayo = 60V
Fuente: ASTM C1202
Permeabilidad a Iones CloruroASTM C1202
18
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

DESPRECIABLE
Conclusiones
19
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

No se observan reducciones de
resistencia a 90 días con
sustituciones de
20% para PN
30% para CCA (aumento)
Desempeño en durabilidad mejora significativamente en ambos MCS
estudiados
67% de mejora para PN(ASTM C1202)
97% de mejora para CCA(ASTM C1202)
Siguientes pasos….Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
20
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
CALORIMETRÍA ISOTÉRMICA
Siguientes pasos….Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
21
Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
DIFRACTOMETRÍA LÁSER (PSD)
Fuente: Horiba
Siguientes pasos….Caracterización de Materiales Cementicios
INGENIERÍA UC
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Industria del Cemento Ceniza de Cascarilla de Arroz Objetivos
Programa Experimental Resultados y Discusión Conclusiones

Caracterización Fundamental de reacciones asociadas a MCS
ESTUDIO DE REOLOGÍA
Fuente: TA