Citation
López Sánchez, Pedro
(2015).
Estudio sobre la durabilidad de los nuevos tipos de cemento para la evaluación del comportamiento de morteros y hormigones frente a la agresión química de los sulfatos y del agua de mar.
Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM).
Abstract
Esta investigación ha sido desarrollada para analizar la influencia de las características
específicas de los nuevos cementos en el comportamiento expansivo originado durante cinco
años por el ataque externo por sulfatos o agua de mar, y para estudiar la validez de diversos
métodos de ensayo aplicables para evaluar la resistencia de los conglomerantes a los
sulfatos o al agua de mar.
Se han determinado las características químicas y mecánicas de los quince cementos
seleccionados en el estudio (su contenido de yeso, tipo y cantidad de adiciones, contenidos de
C3A y C4AF) para examinar la relación entre estos parámetros y su durabilidad frente al
ataque por sulfatos.
Se han llevado a cabo ensayos para evaluar la resistencia a sulfatos sobre probetas de
mortero fabricadas con los quince cementos comunes seleccionados de muy distintos tipos,
la mayoría de ellos resistentes a sulfatos conforme a la norma UNE-EN 197-1.
Por cada tipo de cemento se fabricaron probetas de mortero para la realización de ensayos
acelerados usando Na2SO4 como medio agresivo según la norma ASTM C 1012 manteniendo
esas condiciones de exposición durante dos años. En paralelo se fabricaron otras series de
probetas idénticas, que fueron conservadas en agua de mar y en agua saturada en cal (como
patrón de un medio no agresivo) durante el mismo plazo. Adicionalmente estos cementos
fueron evaluados conforme a los procedimientos de ensayo acelerado de la norma ASTM C
452 y del ensayo de Koch y Steinegger.
También se fabricaron otras series de probetas de 40x40x160 mm (adoptando una relación
a/c=0,5 y la composición arena:cemento definida en la norma UNE-EN 196-1). Durante
cinco años de exposición en las tres condiciones de conservación establecidas (sulfatos, agua
de mar y agua patrón) se han efectuado ensayos para determinar la resistencia a
compresión y el deterioro superficial de las probetas de mortero. Ninguno de los
conglomerantes fue mezclado inicialmente con yeso para acelerar el ataque ni se
establecieron otras condiciones no realísticas en la fabricación de los morteros Se ha analizado el comportamiento durable de los cementos tanto frente al ataque por
sulfatos como por agua de mar. Para la evaluación se han tomado en consideración las
variaciones de contenido en C3A, los tipos y proporciones de los constituyentes (adiciones
puzolánicas, escorias de horno alto, caliza …) con el mismo tipo de clínker en algunos casos.
Se ha procedido a evaluar la validez de los límites de aceptación establecidos en cada uno de
los ensayos acelerados para determinar la resistencia a sulfatos y valorar su idoneidad en
los nuevos cementos, y se ha propuesto un método de ensayo acelerado recomendable para
discriminar cementos resistentes y no resistentes a sulfatos.
A la edad final de los tres tipos de exposición han sido correlacionados los parámetros
relativos a la degradación superficial, pérdida de resistencia y expansión lineal de las
probetas con las características de los cementos y los productos expansivos analizados
mediante difracción de rayos X, con objeto de poder redefinir las características
recomendables exigibles a los cementos resistentes a sulfatos o al agua de mar. Experimental research has been performed to relate specific cement characteristics to
expansion due to sulfate or sea water attack during five years, and to study different test
methods suitability for sulfate and marine resistance.
Chemical and mechanical characteristics were studied to determine the variation in
properties of selected cements (SO3 content, type and amount of additions, C3A, and C4AF
content) and examine relationships between these characteristics and the results of sulfate
resistance.
Sulfate resistance testing have been performed on mortar specimens prepared from fifteen
cement types of statistically diverse chemical composition, most of them with sulfate
resistant properties according to European standard EN 197-1
Mortar specimens testing using Na2SO4 as the aggressive medium according to ASTM C
1012 was performed using each cement; identical specimens were also stored in sea water,
and in lime saturated water (blank condition), up to two years age. Additionally these
cements were tested conforming to ASTM C 452 and Koch and Steinegger test.
Mortar specimens of 40x40x160 mm were also moulded (with w/c ratio and cement:sand
composition of EN 196-1). Compressive strength of these mortar specimens have been
tested during five years of immersion in a sulfate solution and also in seawater (and in lime
saturated water, as a blank condition), and external damage and have been analyzed. None
of the prepared mortars was blended with gypsum or any other nonrealistic condition.
Durability behaviour in sulfate resistant common cements conforming to EN 197-1 exposed
to sulfate attack was evaluated, and also the correlation between sulfate resistance and
seawater resistance has been studied. Different C3A contents, variable types and
proportioning of constituents (limestone, pozzolanic additions, blastfurnace slag ...) with or
without the same clinker type were investigated.
Recommended acceptance limits for sulfate resistance of cements concerning to each used
test method were evaluated in order to explore their suitability. A new accelerated method has been recommended to provide a meaningful discrimination between sulfate resistant or
non-sulfate resistant cements.
Relationships between cement characteristics, degradation, expansive products obtained by
X-ray diffraction techniques, strength loss and maximum expansion after applied storage
treatments, were correlated at final age, to redefine cement characteristics for sulfate
resistant and marine resistant Portland cement.