UN ESTUDIO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR LA REACTIVIDAD

DE PUZOLANAS DE LA ZONA DE LA PROVINCIA DE NEUQUEN

Fernndez, Jorge L. (1), Knop, Miguel (2), Brown, Sebastian A. (3), Oscar R. (4) Laboratorio de Hormigones - Facultad de Ingeniera - Universidad Nacional del Comahue

Buenos Aires 1400 (8300) Neuqun; Telfono (0299) 4490349, E mail jlfernan@neunet.com.ar1

Palabras Clave: puzolanas, actividad, resistencia, ligantes, DRX, FTIR. RESUMEN El objetivo del presente trabajo es dar un panorama de la reactividad de algunas puzolanas de la zona de la provincia de Neuqun, para un posible uso como sustitutos de parte del cemento portland normal para la elaboracin de hormigones implementando las siguientes tcnicas: estudios petrogrficos; complementados por DRX y FTIR; ndices de actividad puzolnica con cemento portland, con cal, y qumicos, adems de la determinacin de slice soluble. Las canteras estudiadas fueron las de Michacheo, Piedra del Aguila, Blanca Norte y Colln Cur. Se concluy que las dos primeras presentan reactividad puzolnica, adecuada para estos fines, mientras que las dos restantes no cumplen con este cometido. INTRODUCCION

Como se sabe, las dos caractersticas fundamentales que deben tener las puzolanas, para ser usadas como ligantes clcicos son:

1). La capacidad de reaccionar con cal 2). La capacidad para formar productos con propiedades ligantes. Una clasificacin precisa de las puzolanas es dificultosa dado que bajo este

nombre se incluyen materiales muy diferentes en su composicin, qumica y mineralgica, y de distintos orgenes geolgicos que muestren un comportamiento similar al reaccionar con cal y agua.

(1) Docente e Investigador U.N.Comahue. (2) Ayudante del Laboratorio de Hormigones U.N.Comahue. (3) Ayudante de Tecnologa del Hormign I y II y del Laboratorio de Hormigones U.N.Comahue. (4) Investigador CIC-LEMIT, Profesor de la U.N.Comahue y de la UTN, Profesor U.N.L.P.

El objetivo de la presente exposicin es determinar la reactividad de las

muestras de cuatro yacimientos de puzolanas, utilizando solamente, los mtodos abajo descriptos, MATERIALES

Las cuatro muestras de puzolanas naturales estudiadas provienen: dos del departamento Zapala (Michacheo y Blanca Norte) y dos del departamento Colln Cur (Piedra del guila y Colln Cur). Estudios Petrogrficos (IRAM 1649) Descripcin Macroscpica Las muestras examinadas corresponden, en su gran mayora, a material piroclstico y es el resultante de erupciones volcnicas, cuyos fragmentos eruptivos fueron transportados por aire y depositados en el suelo o el agua de la regin y se encuentran en estado amorfo, con diversos grados de alteracin. Con respecto a su coloracin varan de un color marrn rojizo (cantera Blanca Norte) o blanco rosceo (yacimiento Colln Cur) a blanco grisceo (Piedra del guila y Michacheo). Descripcin Microscpica Todas las muestras presentan una estructura hialo - cristalino vesicular, con abundante material vtreo y cristalino, vesculas irregulares con presencia de un microfeno, en cristales de un mfico menor de 1mm y micolitas de plagioclasas. En el estudio individual por cantera se pueden destacar las siguientes propiedades:

o Yacimiento Piedra de guila: se presenta como una roca de coloracin gris, inconsolidada, de partculas angulosas trasparentes, compuesta principalmente de vidrio volcnico (95%). Adems se presenta cuarzo (50%) en clastos lmpidos, feldespatos potsicos (3%) en forma de clastos angulosos de ortoclasas alterado por caolinita y anfboles (0,5%). Su clasificacin petrogrfica corresponde a una toba vtrea cida.

o Yacimiento Colln Cur: los principales componentes identificados son de

origen piroclstico, con minerales del grupo de las plagioclasas, de la serie albita (Na) - anortita (Ca) y adems se observan cuarzo y hematita.

o Canteras Blanca Norte y Michacheo: se detectaron en ambas minerales arcillosos, cuarzo, feldespatos, piroxenos y anfboles. En la primera tambin se detectaron micas mientras que en la segunda calcita.

METODOS

Los mtodos corresponden a anlisis petrogrficos, estudios por DRX, FTIR, ndices de actividad qumicos y fsicos y anlisis qumicos de slice soluble. Anlisis por difraccin de rayos X

Una de las ms importantes prcticas analticas para identificar los materiales en estudio es la difraccin de rayos X. Por esta tcnica se determinaron los compuestos cristalinos presentes en las muestras. Si bien no es posible identificar las fases mineralgicas de los materiales vtreos, si se pueden identificar las bandas difusas que pueden tener importancia, por su vnculo, con el potencial termodinmico (energa de cambio). S. Diamond (1983) (1) relaciona la posicin de las bandas y el contenido de calcio por la siguiente ecuacin:

Y = 0,24.x +22,7

siendo x el contenido de calcio expresado en %. Aplicando esta ecuacin es posible que las puzolanas naturales con un contenido de calcio entre el 20 y el 25 %, presenten en la banda 2q un mximo en 28. En el caso de que la muestra sea de materiales slico-aluminosos, este mximo puede aparecer a 23. Mehta (1984) (2) usa la posicin de las bandas difusas, para distinguir cenizas volantes, con diferentes contenidos de calcio, por ejemplo, con altos contenidos, el ngulo 2 q oscila entre 30 y 34, con bajos contenidos entre 21 y 25.

Fig.1: Cantera Colln Cur

Fig. 2: Cantera Blanca Norte

Las puzolanas en estudio no presentan una banda bien determinada en general, posiblemente debido a la presencia de materiales volcnicos u orgnicos, provenientes de organismos fsiles. La fase cristalina esta representada por los feldespatos, que son alumino-silicatos de potasio, sodio y calcio que se subdividen

en plagioclasas (Na y Ca) y feldespatos potsicos (K); estos ltimos principalmente en las variedades ortosa y microclino.

Como ejemplos de plagioclasas se pueden citar; albita, oligoclasa, andesina,

labradorita y de los segundos la anortita y la bitowinita, estas variedades se pueden distinguir por microscopa ptica, mientras que por los DRX es posible distinguir entre los feldespatos potsicos y las plagioclasas.

Fig.3: Cantera Michacheo

Fig. 4: Cantera Piedra del Aguila Anlisis por absorcin infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR)

La reactividad de las puzolanas tambin depende del grado de condensacin de los grupos SiO4; AlO4; FeO4; H-O, etc. Se determinaron en esta parte los enlaces interatmicos Si-O; Al-O; Si-O-Al, Si-O-Si en las muestras y su relacin con las determinaciones por DRX.

Los espectros de absorcin infrarroja de las muestras en estudio son

semejantes en cuanto a la zona de absorcin que presentan, debido a sus xidos fundamentales (slice y almina). En general, estn localizados en dos regiones principales de fuerte absorcin, alrededor de 1000 cm -1, debido principalmente a las vibraciones de valencia de tetraedros de SiO4 y cerca de 500 cm-1 debido a la unin Si-O-Si, a menudo acoplados con otras vibraciones catin - oxgeno. En ambas zonas se pueden presentar dominios amplios debido a que se trata de sustancias amorfas. La sustitucin de Al por Si en la red Si-O, modifica las vibraciones de valencia, reforzando las absorciones en la regin de 600-900 cm -1. A partir de los 1300 cm-1 hasta 4000 cm-1 los espectros infrarrojos de las puzolanas presentan bandas de absorcin debidas al OH-; agua en 1800 cm-1 y 3700 cm-1 y de carbonatos.

Fig.5: Anlisis FTIR de la Cantera Blanca Norte

Fig. 6: Anlisis FTIR de la Cantera Colln Cur

Fig. 7: Anlisis FTIR de la Cantera Michacheo

Fig. 8: Anlisis FTIR de Cantera Piedra del Aguila Indice de actividad puzolnica qumico con cemento portland

Este es evaluado por el ensayo de Fratini (IRAM 1671). Por esta tcnica se valora el ndice de actividad puzolnica, por comparacin con la cantidad de hidrxido de calcio que pasado un perodo de tiempo fijo de 8 das contiene la disolucin acuosa, en contacto con el cemento hidratado, con la cantidad de hidrxido de calcio hidratado necesaria para obtener una disolucin acuosa, saturada, y de la misma alcalinidad que el anterior. El ensayo se considera positivo si la concentracin de hidrxido de calcio en disolucin es inferior a la de saturacin. Ciertas adiciones puzolnicas, pueden manifestar una capacidad de intercambio inico; este ensayo tiene la particularidad de presentarse como una condicin necesaria, pero no suficiente, para la actividad puzolnica, y se complement con el ndice de Actividad Resistente IRAM 1654, a la edad de 28 das con cemento portland y a 7 das con cal. El coeficiente de actividad puzolnica determinado por frmula segn las especificaciones debe ser menor que 1.

Tabla 1: Coeficientes de Actividad Puzolnica

Das\Cantera Piedra del guila Michacheo Colln Cur Blanca Norte

7 das 0,74 0,72 1,08 1.16

28 das 0,72 0,70 0,59 0,47

Fig. 9: Ensayo Fratini Concentracin iones hidroxilo vs. xido de calcio.

Como se puede observar del grfico los materiales provenientes de las canteras Michacheo y Piedra del guila muestran reactividad desde los 7 das, mientras que los de la Blanca Norte y Colln Cur recin a los 28 das (4).

Indice de actividad puzolnica con cemento portland (IRAM 1654)

Es el cociente entre el promedio de la resistencia a la compresin de los prismas de las mezclas de ensayo (con 30 % de puzolana incorporada) y los confeccionados con 100% de CPN multiplicado por 100. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Tabla 2: Indice de actividad en %

Piedra del guila Michacheo Blanca Norte Colln Cur

79,8 % 78,3 % 71,2 % 61,5 %

La especificacin indica que el valor mnimo debe ser de 75%, con lo cual se

confirma el orden de respuesta obtenido en los otros ensayos. Indice de actividad puzolnica con cal (IRAM 1654)

Se lo evala determinando la resistencia promedio de tres muestras a los 7 das de edad bajo curado en estufa en moldes sellados a 55 C de temperatura. Segn especificacin de la norma, la resistencia debe ser mayor de 4,3 MPa. El promedio de la resistencia a la compresin fue:

Tabla 3: Indice de actividad puzolnica con cal

Piedra del guila Michacheo Blanca Norte Colln Cur

4,9 MPa 4,9 MPa 3,1 MPa 3,2 MPa Dosaje de slice soluble UNE (N80-225-93)

El dixido de silicio de las puzolanas y en las cenizas volantes que reacciona

con los cementos, se define como la cantidad de dixido de silicio en disolucin que, despus del tratamiento de la muestra con cido clorhdrico, se disuelve por ataque posterior con una solucin de hidrxido de potasio, a ebullicin. Se determin restando al dixido de silicio total en dichos compuestos, el dixido de silicio presente en el residuo insoluble tras un tratamiento con cido clorhdrico e hidrxido de potasio. Los contenidos de slice reactiva (SiO2) de las puzolanas en estudio fueron los de la Tabla 4. La especificacin indica que el valor debe ser mayor del 25 %.

Tabla 4: % de slice soluble

Piedra del guila Michacheo Blanca Norte Colln Cur

49,25 % 50,20 % 33,52% 35,57 %

DISCUSIN

Los anlisis por FTIR de las puzolanas Piedra del Aguila y Michacheo reafirman la presencia de compuestos amorfos que implican un elevado grado de desorden molecular y se correlacionan y confirman con los resultados obtenidos por DRX.

El ensayo de ndice de puzolaneidad qumica, segn el mtodo Fratini

confirma ya a los 7 das la reactividad de las canteras Piedra del guila y Michacheo, las otras dos recin lo hacen a los 28 das. Adems solamente las canteras de Michacheo y Piedra del guila superan los valores mnimos de los ndices de actividad fsicos con CPN y con cal.

Los resultados de los anlisis de la slice soluble guardan un orden similar de

reactividad que los resultados anteriores, si bien todos superan el umbral mnimo del 25 % especificado. CONCLUSIONES

Los materiales procedentes de las canteras Piedra del guila y Michacheo son aptas para ser usadas como reemplazo en los cementos portland.

Las de Blanca Norte y Colln Cur en el estado natural que se encuentran no

alcanzan los estndares mnimos establecidos. La puzolana de Piedra del guila presenta valores ms altos respecto a las

resistencias fsicas y qumicas. Deberan profundizarse los estudios sobre durabilidad.

Sera conveniente antes de desechar el uso de las otras dos puzolanas,

considerar la realizacin de estudios trmicos. REFERENCIAS (1) Diamond, S (1983). On the glass present in low-calcium and in high, calcium fly ashes Cem.concr.Res., 13 (4), 459-454. (2) Mehta, P.K. Mineral Admixtures Concrete admixtures handbook, Noyes Publications, Park Ridge, n.j.,303 (3) Gaspar, D. and Sagrera, J. L. (1987) Rev. Materiales de construccin nm.168 y 207, Instituto Eduardo Torroja Madrid Espaa. (4) Talero, R. (1986) Contribucin analtica y fsico-qumica al estudio del sistema, puzolanas, cemento - yeso Tesis doctoral, Universidad Complutense de Madrid, Espaa (5) Malhotra, V.M., ed. (1983) First international conference on the use of fly ash, silica fume, slag and natural pozzolans in concrete. Sp-79, American Concrete Institute, Detroit, Mich. (6) Malhotra,V., ed. (1986) Second international conference on the use of fly ash, silica fume, slag and natural pozzolans in concrete. Sp-91, American Concrete Institute, Detroit, Mich.