Caracterización micro y macroestructural de los efectos de la incorporación de escoria de acero como sustitución parcial del cemento en morteros de cemento hidráulico

Abstract

RESUMEN : En este trabajo de investigación, se compararon los efectos micro y macroestructurales de la incorporación de escoria de acero en distintas mezclas de morteros analizando el comportamiento de sus propiedades en estado fresco y endurecido. Porcentajes de sustitución en peso de cemento por escoria de acero del 0, 5, 10 15, 20 y 30 % fueron estudiados a través de la caracterización de cubos y barras de morteros. La escoria de acero empleada en esta investigación fue caracterizada físicamente mediante pruebas de inspección visual, granulometría, densidad, área específica y químicamente con pruebas de Fluorescencia de Rayos X (FRX) y Difracción de Rayos X (DRX). La descripción física permitió encontrar una distribución de tamaños de partícula entre 0.1 y 140 μm y en la parte química se encontró que la escoria tiene una composición significativa en metales con Zn (57.97%) y Fe (21.32%) como componentes principales. Estas características permitieron clasificar la escoria de acero como polvo de escoria de acero de horno eléctrico - EAFD. Cubos de 50 x 50 mm con porcentajes de sustitución de 0, 5, 10 15, 20 y 30 % fueron elaborados con arena estandarizada y caracterizados física y petrográficamente. Para la caracterización física, en cada tipo de mezcla se evaluó la fluidez en estado fresco y la resistencia a la compresión en estado endurecido. La fluidez de las mezclas respecto a la mezcla control se mantuvo casi igual para el 5 % de sustitución y cayó solo un 10 % para el 10 % de sustitución. Los resultados de resistencia a la compresión mostraron que sustituciones de cemento por escoria de acero hasta un 10 % tal vez servirían en aplicaciones no estructurales. Los porcentajes del 15, 20 y 30% de sustitución presentaron disminución superior al 15 % en el desempeño de las propiedades con respecto a la muestra control M0. La caracterización petrográfica se hizo a partir de fragmentos y secciones delgadas tomadas de los cubos después de la falla por compresión. Se llevó a cabo un análisis con microscopía óptica y electrónica en las muestras con porcentajes de sustitución del 0, 10 y 20 %. Las características superficiales de apariencia, forma y color de los fragmentos de los cubos se describieron con ayuda del estereomicroscopio. Mediante secciones delgadas, se analizó la textura, forma, fases minerales, reacciones, efectos, distribución e interacción entre la pasta (Cemento+Escoria), el agregado, vacíos. En el microscopio electrónico de barrido - SEM se encontraron mapas composiciones en zonas intersticiales de interés y se compararon las fases cristalinas de la pasta (Cemento+Escoria) desarrolladas durante la hidratación del cemento. Los resultados mostraron la correspondencia entre el aumento de sustitución de cemento por escoria con la pérdida de adherencia entre el agregado y las pasta, además, se encontró que la arena está compuesta principalmente por cuarzo (43.35 %), Fragmentos de roca (31.45 %) y biotita Bt (11.26 %). En los granos de biotita se evidenció tendencia preferencial a fallar en la dirección de la foliación, además de la inclusión de pasta al interior de los planos abiertos. Las micrografías SEM mostraron los cambios en la presencia de microporos y la ausencia de fase como la Ettringita. Por otro lado, barras de 25 x 25 x 100 mm con porcentajes de sustitución de cemento por escoria del 0, 10 y 20 % fueron elaborados con arena estandarizada y caracterizadas petrográficamente. Las barras de mortero fueron colocadas en inmersión en solución de agua con sulfato de sodio Na2SO4 (al 50 %), con control de PH y agitación constante. Se evaluó a nivel microestructural con secciones delgadas y fragmentos de las barras la respuesta de las mezclas expuestas a ambientes con presencia de iones de sulfato, analizando condiciones de deterioro en los diferentes tipos de mezcla. Las barras mostraron diferencias significativas en la pasta de cemento, desde los extremos o bordes hacia el interior de la sección delgada se notaron cambio.