Materiales de Construcción           

CSIC - Consejo Superior de Investigaciones Científicas  

Volumen 59 - Nº 296 (Octubre-Diciembre 2009)  /  doi:10.3989/mc.2009.v59.i296         

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Sumario / Contents

Artículos / Papers

CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 5-16 / doi: 10.3989/mc.2009.46108
[es, en]  Hidratación y microestructura de cemento Portland sustituido parcialmente con sílice ultrafina / Hydration and microstructure of Portland cement partially substituted with ultrafine silica
L. Y. Gómez-Zamorano, J. I. Escalante
RESUMEN: Se investigaron pastas de cemento Portland sustituido con un desecho geotérmico, subproducto de la generación de electricidad en plantas que emplean recursos geotérmicos. El desecho está compuesto principalmente de sílice amorfa de tamaño nanométrico, con cloruros de sodio y potasio. Se investigaron cementos con niveles de substitución de 0, 10 y 20%, curados a 20 y 60 °C. En presencia del desecho geotérmico, se observó por Difracción de rayos X cuantitativa que la hidratación de las fases del clínker se aceleró; además mediante microscopía electrónica de barrido se encontró una disminución en la porosidad y un intenso consumo de hidróxido de calcio por la reacción puzolánica. Sin embargo, para pastas con 20% de desecho geotérmico, se observó agrietamiento con la presencia de gel de reacción álcali sílice y ettringita; fue más acentuado a 60 °C y no se observó para pastas de cemento puro y con 10% de desecho. La presencia de las fases nocivas se atribuye a la formación de sal de Friedel en las etapas iniciales de hidratación, promovida por los cloruros provenientes del desecho geotérmico.
Palabras clave: desecho geotérmico, grado de hidratación, ettringita, gel de reacción álcali-sílice, cementos compuestos.
SUMMARY: Geothermal waste, a by-product of steam power plants that use geothermal underground resources, was studied as a possible replacement for Portland cement. This waste consists primarily in amorphous nanometric silica with traces of sodium and potassium chlorides. The replacement ratios studied were 0, 10 and 20% in cements cured at 20 and 60 ºC. X-ray diffraction analysis showed that clinker phase hydration took place earlier in the presence of the geothermal waste. Scanning electron microscopy, in turn, revealed a reduction in porosity and intense calcium hydroxide consumption as a result of the pozzolanic reaction. The pastes containing 20% waste, however, an intense cracking was observed due to the formation of alkali silica reaction gel and ettringite. Cracking was more prominent at 60 ºC but was not observed in either the neat cement or the blend with 10 % waste. The presence of these detrimental phases was attributed to the formation of Friedel’s salt in the initial hydration stages, induced by the chlorides in the geothermal material.
Keywords: geothermal waste, degree of hydration, ettringite, alkali silica reaction gel, composite cements. 

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CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 17-36 / doi: 10.3989/mc.2009.46008
[es, en]  Estudio del proceso de descalcificación en morteros degradados en NH4NO3 empleando técnicas ultrasónicas / Study of the decalcification process in mortars degraded by NH4NO3 by using ultrasonic techniques
I. Segura, A. Moragues, D. E. Macphee, J. J. Anaya y M. Molero
RESUMEN: El agua interviene en la mayor parte de los procesos de deterioro que pueden sufrir los materiales cementicios durante su vida útil. El efecto de las aguas desionizadas no suele tenerse en cuenta dado que producen procesos controlados por la difusión y generan un deterioro poco apreciable a corto plazo. La posibilidad de monitorizar esta degradación de un modo no destructivo es un reto importante, dado que las técnicas habituales de caracterización implican una alteración física del material. En este trabajo, mediante la aplicación de técnicas no destructivas de inspección ultrasónica, se ha caracterizado el proceso de degradación sufrido por probetas de mortero sumergidas en una solución de nitrato de amonio. Estos resultados fueron comparados con los obtenidos en la caracterización destructiva, empleando, porosimetría de intrusión de mercurio (PIM), porosidad accesible al agua, difracción de rayos-X (DRX) y análisis de microscopía electrónica de barrido (MEB). El análisis de los perfiles de velocidad ultrasónica de las muestras ha permitido calcular las profundidades degradadas, con una buena correlación entre estos resultados y los obtenidos por técnicas destructivas.
Palabras clave: mortero, durabilidad, envejecimiento, microestructura, caracterización.
SUMMARY: Water takes part in most if not all of the degradation processes experienced by cement-based materials during their service-life. The effect of pure water usually is not of primary concern as it involves very lengthy degradation diffusion controlled processes; aqueous solutions are more aggressive, promoting increased solubility of matrix components and microstructure modification due to leaching. The ability to monitor such changes nondestructively presents a number of challenges as, often, conventional characterisation techniques require sample preparation likely to modify the properties of interest. In this study, ultrasonic pulse velocity profiles have provided a nondestructive means of monitoring microstructural changes during aggressive leaching of blastfurnace slag cement mortars with ammonium nitrate solutions. These data are compared with corresponding analyses by destructive techniques including mercury intrusion porosimetry (MIP), water porosity measurements, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). By analysing degraded ultrasonic velocity profiles it has been possible to calculate degraded depths in the samples, which correlate well with those results obtained by conventional methods.
Keywords: mortar, durability, ageing, microstructure, characterization

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CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 37-52 / doi: 10.3989/mc.2009.48108
[es, en]  Estudio del comportamiento de diversos residuos de catalizadores de craqueo catalítico (FCC) en cemento Portland / Studies on the behaviour of different spent fluidized-bed catalytic cracking catalysts on Portland cement
J. Payá, M. V. Borrachero, J. Monzó, L. Soriano
RESUMEN: El catalizador de craqueo catalítico (FCC) es un residuo de la industria del petróleo que posee una elevada reactividad puzolánica y en matrices cementicias mejora de manera importante los aspectos mecánicos así como de durabilidad. En este trabajo se realiza un estudio comparativo sobre residuos de catalizador de distintos orígenes, para poder conocer si se pueden utilizar conjuntamente de forma indiscriminada o por el contrario hay que catalogarlos según su origen. Para ello, se realizó un estudio sobre cinco residuos de catalizador de craqueo catalítico distintos, suministrados por diferentes empresas y se estudiaron sus características fisicoquímicas, reactividad puzolánica a través de estudios termogravimétricos y la evolución de las resistencias mecánicas en morteros. Tras analizar todos los aspectos se concluye que no existen diferencias significativas entre los distintos catalizadores empleados.
Palabras clave: Análisis termico, difracción de rayos X, Hidratacion, Puzolana, Resistencia a compresion.
SUMMARY: The fluidized-bed catalytic cracking catalyst (FCC) it is a residue from the industry of the petroleum that shows a high pozzolanic reactivity and, in cementing matrix, it significantly improves their mechanical behaviour as well as durability. In this research a comparative study on residues of catalyst from different sources has been carried out, in order to know if these residues can be used jointly in an indiscriminate way or, on the contrary, it is necessary to classify them according to their characteristics. Thus, a study on five different FCC residues, supplied from different companies, has been carried out, and their physical-chemical characteristics, pozzolanic reactivity by means of thermogravimetric
analysis and the evolution of the mechanical strength of mortars were studied. After analyzing all the aspects, it can be concluded that no significant differences among the different tested catalysts were found.
Keywords: Thermal analysis, X-ray diffraction, hidration, pozzolan, compressive strength. 

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CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 53-89 / doi: 10.3989/mc.2009.49809
[es, en]  Valorización de residuos agroindustriales incinerados como adición puzolánica. Estudio comparativo con el humo de sílice español / Re-use of incinerated agro-industrial waste as pozzolanic addition. Comparison with spanish silica fume
R. Talero, C. Pedrajas, A. Delgado, V. Rahhal
RESUMEN: Este trabajo ha tenido por objetivo determinar la viabilidad de uso de dos residuos agroindustriales incinerados, cenizas C1 y C2, como posibles adiciones puzolánicas artificiales, para fabricar cementos y/o de sus productos derivados, hormigones y morteros tradicionales y especiales, principalmente; de aquí su estudio comparativo con el humo de sílice español, HS. Y la conclusión que se obtuvo fue que las dos cenizas pueden ser consideradas como adiciones puzolánicas artificiales con carácter químico silícicocierto, pero sólo una, la C2, podría llegar a ser considerada como “microsílice”, porque su pérdida por calcinación se encuentra dentro de su límite permitido. En cambio la C1, no, porque dicha pérdida fue demasiado elevada, aún cuando, su contenido de sílice reactiva, SiO2r-, era mayor por lo que en su caracterización química y sulfática se mostró más cercano al del HS que la C2. Finalmente se ha podido justificar también que, la adopción de cualquier método de ensayo para determinar la resistencia potencial a los sulfatos de los cementos portland con filler calizo carece de sentido.
Palabras clave: cenizas agroindustriales, adiciones puzolánicas, humo de sílice, cemento Portland, ataque sulfático.
SUMMARY: This study attempted to determine the viability of using incinerated agro-industrial waste, ashes C1 and C2, as possible artificial pozzolanic additions in traditional and highperformance concretes and mortars, mainly, and for this reason, a comparative study was likewise conducted with Spanish silica fume (HS). The conclusion drawn from the findings was that the two ashes used could be regarded to be centainly, silicic artificial pozzolanic additions but only C2, which had a higher SiO2 content, could be regarded to be a "microsilica”, however, because its loss on ignition, L.O.I., fell within the acceptable range of variability. In contrast, C1 could not be so regarded because its L.O.I. was too high, despite its higher reactive silica SiO2r- content. For this reason, ash C1 had to be ruled out for any of the proposed uses, even though in terms of chemical and sulfatic characterization it was closer to HS than C2. By contrast, the mechanical strength values of C2 and HS were comparable, making the former initially acceptable for any of such uses. Finally, it has also been justified that, adoption of any method of trial to determine potential resistance to the sulfates of the Portland cements with calcareous filler lacks of sense.
Keywords: agro-industrial ashes, pozzolanic additions, microsilica, Portland cement, sulfate attack. 

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CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 91-104 / doi: 10.3989/mc.2009.44007
[es, en] Evaluación de la fisibilidad y durabilidad de pizarras de techar mediante microscopía óptica y SEM / Optical microscope and SEM evaluation of roofing slate fissility and durability
F. Gómez-Fernández, M. A. Castaño, B. Bauluz y C. R. Ward
RESUMEN: Para evaluar la fisibilidad y la durabilidad de pizarras de techar comerciales, muestras representativas de diez yacimientos del NO de España han sido estudiadas mediante microscopía óptica de luz transmitida y reflejada, microscopía electrónica de barrido y ensayos tecnológicos. Los sulfuros dominantes en las diferentes pizarras estudiadas son pirita o pirrotina, por lo que la alterabilidad de estas es muy variable. La especie carbonatada dominante es ankerita, lo que explica la baja reactividad de estas pizarras en medios ácidos. El espesor comercial mínimo varía en función de la microtextura de la roca, oscilando entre 3,5 y 5 mm. Se propone el uso de la metodología desarrollada en este trabajo, con objeto de eliminar la subjetividad de los inputs de entrada utilizados en las metodologías actuales de evaluación y modelización de yacimientos, lo que incidiría en la mejora de los rendimientos de las explotaciones y en la minimización de la producción de estériles.
Palabras clave: Rocas ornamentales, Petrografía, Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Durabilidad, Modelización.
SUMMARY: The fissility and durability of representative samples of commercial roofing slates from ten deposits in the NW of Spain have been evaluated using transmitted and reflectedlight optical microscopy, scanning electron microscopy, chemical testing and geomechanical procedures. The dominant sulphides in the different slate samples are pyrite and pyrrhotite, the weathering potential of which can be highly variable. The dominant carbonate mineral is ankerite, which explains the low reactivity of these slates in acidic media. The minimum commercial plate thickness varies between 3.5 and 5 mm, depending on the microtexture of the rock. The methodology used in this paper is proposed in order to eliminate the subjectivity of input data that are used in current methods of evaluation and modelling of slate deposits, thus producing an improvement in the profitability of mining operations and a reduction in waste materials.
Keywords: Ornamental stones, Petrography, Scanning Electron Microscopy (SEM), Durability, Modelization. 

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CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 105-116 / doi: 10.3989/mc.2009.40307
[es]  El deterioro de las piedras graníticas de la fachada de la catedral de Vila Real (N de Portugal) / Deterioration of the granitic stones of main front of the Vila Real Cathedral (N of Portugal)
Machado, B., Gomes, M. E. P., Suárez del Río, L. M.
RESUMEN: La Catedral de Vila Real (Norte de Portugal) se encuentra en el centro de la ciudad y se han utilizado, al menos, cuatro granitos de dos micas para su construcción extraídos de sus alrededores. El estudio petrográfico de estos granitos pone de manifiesto que poseen un diferente grado de alteración. La determinación de algunas propiedades físicas de los granitos –porosidad abierta, densidad aparente y real, absorción libre de agua, porometría y capilaridad– confirman los distintos grados de alteración. La catedral ha sufrido una reciente limpieza y sobre las piedras de la Catedral se observan distintas formas de alteración, sobre todo desagregación granular (arenización), escasas pátinas finas negras, desplacaciones, escamas y costras negras, especialmente en la fachada principal, expuesta al SW. El fenómeno de la desagregación granular es el más importante y es el responsable de de la pérdida de material en las piedras más afectadas. Su génesis se relaciona con la presencia de pequeñas cantidades de sales solubles, como halita y nitratos, y a la exposición al sol.
Palabras clave: catedral Vila Real, granito, alteración, deterioro, sales solubles, halita.
SUMMARY: The cathedral of Vila Real (North of Portugal) is located in the city centre and at least four regional two-mica granites were used in its construction. A petrographic study of these granites concluded that the stones had different degrees of alterations. The identification of some physical properties of the granites –open porosity, real and apparent density, free water absorption, porometry and capillary transmission– confirms their susceptibility to degrees of weathering. A recent cleaning intervention was made and several types of deterioration were visible in the monument‚s stones, namely: granular disintegration, some thin black layers, plates, flakes and black crusts, especially in the main front exposed to SW. Granular disintegration is the most important deterioration process and is responsible for the loss of material in the most-affected stones; it is also related to the presence of small amounts of highly soluble salts such as halite and nitrates and to solar exposure.
Keywords: Vila Real cathedral, granite, alteration, deterioration, soluble salts, halite

Nota Técnica / Technical Note    --------------------

CSIC - Materiales de Construcción, Vol 59, nº 296 (2009), 105-116 / doi: 10.3989/mc.2009.46608
[es, en]  Validez de los conceptos y modelos vigentes de vida de servicio de estructuras de hormigón ante los efectos del cambio climático global. Situación actual / Credibility of concepts and models about service life of concrete structures in the face of the effects of the global climatic change. A critical review
J. M. Mendoza-Rangel, P. Castro-Borges
RESUMEN: Actualmente, las definiciones de vida de servicio involucran más consideraciones que hace treinta años. Esto se debe a que en ese entonces sólo se tomaban en cuenta parámetros mecánicos. Hace algunos años se introdujeron otros parámetros como la durabilidad cuya inclusión para predecir vida de servicio y para validar el comportamiento futuro de la estructura es complicado. Esto se debe principalmente a la mezcla de variables, métodos, materiales y ambientes cuyo comportamiento es difícil de predecir. Estos factores toman especial importancia ante los efectos del cambio climático que ocasiona comportamientos ambientales impredecibles y difícilmente modelables en términos de vida útil del hormigón. El objetivo de este trabajo es revisar críticamente las definiciones de durabilidad y vida de servicio de diversos códigos y asociaciones internacionales, haciendo énfasis en los puntos que deben mejorar para quedar más acordes a las exigencias que suponen los efectos del cambio climático. Con base en esto, se proponen nuevas definiciones de vida de servicio y durabilidad. Se propone modificar la filosofía de los enfoques de vida útil que deben hacer énfasis en dividir la vida de servicio en varias etapas para tomar en cuenta el cambio climático global.
Palabras clave: hormigón, cambio climático, durabilidad, vida de servicio, modelos de predicción.
SUMMARY: Service life definitions involve more considerations today than thirty years ago. This is because only mechanical parameters were taken into account by then. Other parameters like durability were introduced a few years ago but it is difficult to use these parameters to predict service life and validate, nowadays, future behavior. This is due mainly to a mixture of variables, methods, materials and environments whose behavior is hard to predict. These factors take special importance facing the effects from the climatic change that causes unpredictable and hardly modelling environmental behavior in terms of service life of the concrete.
The aim of this work is to review critically the definitions of durability and service life of diverse codes and international associations, making emphasis in the points that must be improved to be in accordance with the requirements that suppose the effects of the climatic change. With base in this, new definitions of service life and durability were set out. A proposal to modify the philosophy of the approaches of service life must make emphasis in dividing service life in several stages, which could be the key to take into account the global climatic change.
Key Words: concrete, climatic change, durability, service life, prediction models.