Arcillas caoliniticas de bajo grado: una alternativa como material cementante suplementario

La adición de metacaolín al cemento portland ha sido una alternativa en la industria cementera frente a los problemas ambientales y energéticos derivados de la producción de éste, además de lograr mejorar sus propiedades mecánicas y de durabilidad en pastas, morteros y hormigones. Sin embargo, el caolín es muy demandado por una gran cantidad de industrias como la papelera, cerámica, cosmética, etc, por lo que se está investigando sobre las arcillas misceláneas (pobres o caoliníticas de bajo grado) buscando potencializarlas como adiciones activas del cemento después de ser sometidas a tratamientos de activación. En este conferencia se presenta el potencial de estas arcillas de bajo grado de pureza para ser usadas como material cementante suplementario, sus posibles fuentes, tratamientos a los que deben ser sometidos para adquirir propiedades puzolánicas y los efectos tanto positivos como negativos que se han reportado hasta el momento al ser adicionadas al cemento portland.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Te

Hidrología de la zona vadosa en la terraza de Llanogrande (Rionegro – Antioquia)

La zona de Llanogrande es una región fundamental en el desarrollo de Antioquia y es la de más rápido crecimiento poblacional, comercial e industrial del Departamento. Esto hace que se demande grandes cantidades de agua, siendo la subterránea una de las principales fuentes actuales y hacia el futuro. Con este trabajo se pretende aportar al conocimiento de la dinámica del agua en la zona vadosa de la Terraza de Llanogrande (Rionegro – Antioquia), a partir de las propiedades físicas e hidráulicas del suelo en sus horizontes diagnósticos. En esta investigación se realizaron 15 perforaciones con un barreno manual tipo “Auger”, en un área de 18 km2, para muestrear los diferentes horizontes diagnósticos en el perfil del suelo. Algunas de esas perforaciones (siete) se repitieron en condiciones climáticas diferentes para cuantificar la variación en la humedad del suelo, por ser éste uno de los parámetros más importantes en estos estudios. A las muestras obtenidas (90 en total) se les realizaron una serie de análisis de laboratorio (1034 ensayos) para determinar sus propiedades físicas e hidráulicas. Con esta información se puedo determinar que las cenizas volcánicas (principal constituyente de la zona vadosa en el área) están conformadas por seis horizontes, los cuales se pueden dividir en dos grupos en la vertical de acuerdo con sus características físicas e hidráulicas, seguramente como resultado de los diferentes eventos volcánicos que les dieron origen. Los siete puntos para los ensayos de infiltración se ubicaron en los mismos sitios de los sondeos, para correlacionarla con las propiedades halladas en el suelo. Las pruebas se realizaron con un infiltrómetro de anillo doble y algunas se hicieron dos, tres y hasta cuatro veces tratando de evaluar la variabilidad espacial y temporal del fenómeno. Se encontró que la Infiltración básica (Ib) no es una constante en cada punto del terreno sino que, en suelos estratificados como los de este estudio, es dependiente de la conductividad hidráulica saturada del horizonte donde se encuentre el nivel freático. Además, se evidenció que la variabilidad local de la infiltración en la Terraza es mínima para distancias alrededor de los 20 m. La información meteorológica se obtuvo de la Estación La Selva de CORPOICA, con ella se pudo estimar la evapotranspiración por cinco métodos todos en un rango de valores bastante estrecho, el que arrojó valores más elevados fue el de Hargraves. La escorrentía superficial se estimó con el método del número de curva (Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos) el cual, en principio, parecía producir valores altos pero éstos son entendibles cuando se tiene en cuenta que los períodos evaluados fueron bastante lluviosos por lo cual los suelos presentaban humedades antecedentes relativamente altas, lo que hace que la escorrentía sea alta también. Para evaluar la recarga se utilizaron dos métodos: el de fluctuación del nivel freático para lo cual se instalaron tres piezómetros, que fueron monitoreados durante diez meses, encontrando que la recarga está entre el 10% y el 30% de la precipitación acumulada en el período de tiempo evaluado. Además, se pudo determinar que la lluvia acumulada en los trece días anteriores, a la determinación de la posición del nivel freático, es la que más incidencia tiene en su posición. El segundo método utilizado fue el de balance de aguas, el cual se analizó de dos maneras diferentes: mirándolo por la zona vadosa (balance más tradicional) y por la zona saturada (dependiente del flujo base de las corrientes superficiales). Comparando los métodos entre sí se encontró que arrojan valores relativamente cercanos y con el mismo comportamiento en cuanto a la consideración de recarga o descarga. El método de balance por la zona saturada y el de fluctuación del nivel freático, en el período de tiempo donde se pueden comparar todos, presentan los valores más altos y bajos respectivamente.Abstract: The Llanogrande area is an important region in the development of Antioquia and it is growing very fast in population, trade and industry. This means that it demands large quantities of water, groundwater being one of the main sources today and in the future. Here we present the study of the water dynamics in the vadose zone of the Llanogrande Terrace (Rionegro - Antioquia), where information was obtained from the hydraulic and physical properties of soil, in diagnostic horizons. In this investigation 15 perforations were made with an Auger driller in an area of 18 km2, sampling the different diagnostic horizons in the soil profile. Some perforations (seven) were repeated under different weather conditions to quantitify the soil humidity variation, as this is one of the most important parameters in these studies. Samples obtained (90 in total) were analized in the laboratory (1034 test) to determine their hydraulic and physical properties. Whit this information we determined that the volcanic ash (principal constituent of the vadose zone in the area) comprises six diagnostic horizons, which can be divided into two groups on the vertical, according to their hydraulic and physical characteristics, probably as result of the different volcanic events that originated them. Seven points selected for to make the infiltration tests were located at the same places of the drills, looking for correlation between infiltration and soil properties. The test were performed with a double ring infiltrometer and some of them were made two, three and even four times in order to evaluate the spatial and temporal variability of the phenomena. It was found that Basic Infiltration (Ib) is not constant in each point but, in stratified soils, it is a function of the saturated hydraulic conductivity of the horizon where the water table is found. Furthermore, it became clear that the local variability is minimal in the terrace for distances of approximately 20 m. The meteorological information was obtained from the La Selva station of CORPOICA, with which we estimated the evapotranspiration using five different methods, all of which yielded a close range of values. The highest values were given by the Hargraves method. The surface runoff was estimated with the SCS Curve Number (US Soil Conservation Service) which, appeared to produce high values, but these can be explained when we consider that the results where obtained during the rainy season, therefore the soil moisture as well as the runoff were high. To evaluate the recharge, two methods were used: The water level measurements: three piezometers were installed, which were monitored during 10 months. We found that the recharge is between the 10% and 30% of the accumulated rain in the evaluated time span. Moreover, we determinate that the accumulated rain during the previous 13 days has the highest influence on the water table position The second method used was the water balance, which was analyzed in two different ways: in the vadose zone (more traditional balance) and in the saturated zone (depending of base flow of the rivers). Comparison of the methods used to estimate the recharge, showed similar values and the same recharge or discharge behavior. The method of balance by the saturated zone and the water table fluctuation shows higher and lower values respectively.Maestrí

Rellenos industriales minerales

Los rellenos industriales minerales, utilizados desde unos 5000 años, son un componente esencial de muchos productos desde muy simples hasta algunos altamente sofisticados (Lishmund, Paterson y Ray, 1999). De acuerdo con la definición clásica, los rellenos minerales son materiales inertes da bajo costo incluidos en una composición industrial con el propósito de aumentar el volumen; es decir, no requieren proveer una característica especial para el producto final y sus propiedades no deben afectar las del producto final. En esta categoría se incluyen asbestos, barita, carbonatos de calcio (calizas), arcillas, diatomitas, feldespatos, micas, sílice, talco y otros. También se pueden incluir materiales sintéticos derivados de los minerales como: alúmina hidratada, carbonato de calcio, gráfico, sulfato de calcio, wollastonita, sílice y silicatos precipitados (Severinghaus, 1975). Las rocas y minerales usado como rellenos industriales son tomados de la naturaleza y beneficiados para garantizar mejores propiedades como pureza, finura, blancura, brillo, entre otras y así poder ser aplicados en los diferentes procesos manufactureros. El papel tradicional de los rellenos industriales han sido el de reducir costos unitarios en el proceso productivo donde es empleado, debido a que sustituyen parcialmente otras materia primas de mayor valor económico como pigmentos, resinas, polímeros y celulosa, entre otros. En la actualidad, a estos materiales se le exige que además de disminuir costos mejoren o impartan alguna propiedad importante en los productos terminados, cambiando su papel de simples aumentadores de volumen a rellenos funcionales o activos que son los que además aportan propiedades benéficas o distintivas al producto manufacturero. La versatilidad a los productos con el uso de los rellenos funcionales ha significado un crecimiento rápido de su mercado en los últimos años (May, 2002). Sin embargo, el costo sigue siendo uno de los principales criterios de selección de relleno en la mayoría de las empresas. La inclusión de rellenos modifica características físicas de los productos finales como dureza, fragilidad, brillo, color, densidad, porosidad, resistencia mecánica, suavidad, reología, resistencia al fuego, expansión térmica, punto de reblandecimiento y de fusión, conductividad eléctrica, térmica y acústica. Características químicas como resistencia al ataque de ácido, PH, reactividad, etc. Es decir, dependiendo de las características del relleno específico empleado, de la cantidad utilizada (porcentaje adicionado) y de las reacciones que ocurran entre ellos y la otras materias primas durante el proceso productivo, los productos manufacturados modifican sus propiedades físicas, químicas, ópticas y mecánicas, precios, apariencia y desempeño (Severinghaus, 1075). A medida que un producto manufacturado se introducen rellenos industriales se logran mejorías en unas propiedades pero otras son desmejoradas, en este balance está uno de los criterios más importantes al definir la cantidad, el tipo de sustitución o diseño de mezcla de minerales de relleno en el producto terminado

Sistema informático para la gestión de los resultados de análisis y estudios efectuados en el Centro del Carbón de la Universidad Nacional - Medellín

El diseño para la implementación de un modelo sistematizado para la administración de la información generada a través de los análisis y actividades desarrolladas por el Centro del Carbón de la Universidad Nacional, Seccional Medellín es el objetivo básico del trabajo realizado. En el informe se exponen los objetivos, metas y actividades actualmente desarrolladas por el Centro del Carbón con el fin de visualizar de una manera adecuada la información que éste maneja y así poderla representar en el modelo de una forma eficiente y eficaz. El diseño se fundamenta en las necesidades de información expresadas por el personal del Centro para desarrollo exitoso de sus actividades. La aplicación se implementó sobre el manejador de bases de datos ACCES 2.0 buscando amigabilidad, facilidad y eficiencia en el manejo de la información y que los usuarios finales se adaptaran rápidamente al nuevo sistema informático.Otr

Replanteamiento de las ecuaciones de bogue en el cálculo mineralógico del clinker para una cemetera colombiana

Las ecuaciones de Bogué fueron creadas para calcular el porcentaje de las fases minerales del clinker asumiendo que las materias primas utilizadas tienen una pureza del 100% y que las reacciones son completas, lo cual no ocurre. Esto ha llevado durante años a las cementeras a sobrevalorar o subvalorar dichos porcentajes. Durante ocho meses se estuvo monitoreando el clinker producido por una cementera colombiana en sus dos principales hornos, al cual se le cuantificaron las fases mineralógicas mediante petrografía de luz reflejada con estimación volumétrica por conteo de puntos. A su vez los porcentajes mineralógicos se calcularon por el método tradicional de las Ecuaciones de Bogue y se hizo una comparación sistemática de los resultados obtenidos y se encontró que el método químico (Bogue) subestima la producción de minerales en el clinker de esta cementera hasta en un 5%. Basados en las ecuaciones originales se presenta una modificación de éstas, especialmente en sus coeficientes. Se obtuvo un juego de ecuaciones para el material producido en cada horno y luego cada uno se validó con los datos del horno contrario. Se implementó el que mejor ajuste estadístico tuvo

Desempeño del cemento pórtland adicionado con calizas de diferentes grados de pureza

En este artículo se determina la incidencia de adicionar calizas de diferentes calidades al cementoPórtland tipo III, en contraste a la caliza de alta calidad que la empresa Cementos El Cairo S. A., está incorporando a su cemento. Se sustituyó en el cemento 15, 20 y 25% de calizas con títulos (% de CaCO3) and lt; 70%, 70 – 80% y and gt;80%. Se evaluó la resistencia mecánica de morteros curados bajo condiciones estándar a 3, 7 y 28 días. En pastas se determinó la evolución mineralógica durante el proceso de hidratación usando Difracción de Rayos-X y Análisis Termogravimétrico. Se encontró que las calizas 75% (ASTM C311), estas calizas no presentan actividad puzolámica porque no producen las modificaciones mineralógicas que se esperan de una puzolana

Comportamiento de hormigones elaborados con diferentes áridos de los alrededores de medellín

Se presentan las comparaciones en resistencia a compresión a edades de 3, 7, 28 y 101 días (según NTC-673); durabilidad y análisis petrográficos entre hormigones de 28 MPa de diseño, hechos con cemento Pórtland tipo I y áridos de cinco canteras diferentes de los alrededores de Medellín (rocas ígneas, metamórficas y depósitos aluviales). Los resultados de resistencia a 28 días mostraron que los valores más altos se obtuvieron con áridos de roca ígnea, haciéndose evidente, para este estudio, la influencia de la resistencia, rigidez y dureza del tipo de roca en las propiedades del hormigón. La evaluación de durabilidad fue hecha comparando los testigos de hormigón elaborados con los materiales de cada cantera después de 28 días de curados. Encontrándose que los testigos elaborados con áridos de CC presentaron mejor estabilidad ante los agentes químicos, aún en concentraciones mayores, que los otros tipos de rocas. El análisis petrográfico se hizo mediante el microscopio óptico de luz polarizada y SEM, sobre pulidos hechos de trozos de cilindros fallados a compresión a los 28 días, para comparar la relación entre la pasta de cemento, el árido grueso y el árido fino. Se encontró que las muestras con menores resistencias presentaron mayor cantidad de poros en la pasta y reacciones entre la pasta y los áridos

Comparative analysis of performance of portland cement blended with nanosilica and silica fume

In this paper some physical properties of Colombian Portland cement type III replaced with nanosilica in percentages of 1, 3, 5 and 10% were evaluated. Main determined properties were fluidity, normal consistency, setting times, heat of hydration and compressive strength on pastes and mortars. It was made also a comparative analysis with samples substituted with commercial silica fume in percentages of 5, 10 and 15%. Results showed that the nanosilica from 5% beginning to have a major positive influence on the mechanical strength of mortars and with a 10% of substitution improvements in compressive strength up to 120% with respect to the control sample for one day of curing can be achieved. For longer curing time the improvement is decreased slightly, with near 80%, remaining this improvement in strength after 28 days of curing

Adición de nanopartículas al cemento portland

En este artículo se presenta la revisión del estado del arte sobre la adición de nanopartículas al cemento Pórtland. Se muestra cómo la nanotecnología está empezando a llegar a este material de construcción buscando generar hormigones de alto desempeño y cómo varios investigadores han incorporado algunos tipos de partículas nanométricas para evaluar fundamentalmente el desempeño físico y mecánico de los cementos adicionados con éstas contra cementos con adiciones de comportamiento más conocido como el humo de sílice, escorias de alto horno y las cenizas volantes. Se encontró que hay una gran expectativa por el efecto positivo de las nanopartículas en el desempeño del cemento, pero que poco se ha trabajado en las posibles modificaciones que ocurren en la mineralogía de las pastas del cemento y en la durabilidad de los morteros a causa de la incorporación de estos nuevos materiales. Además, se identificaron otros vacíos en el conocimiento en este tema como son: la definición de los mecanismos de interacción de las nanopartículas con el cemento Pórtland durante el proceso de hidratación, definición de los porcentajes óptimos de adición de las nanopartículas y su real aporte a las resistencias mecánica

Design and optimisation of new formulations of Belite-Alite Calcium Sulfoaluminate (BACSA) eco-cements

Belite Calcium SulfoAluminate (BCSA) eco-cements were developed as OPC substitutes since in their production release 22% less CO2 than OPC. BCSA eco-cements contain belite as main phase (>50 wt%) and ye'elimite as secondary main phase (~30 wt%). However, these materials develop low mechanical strengths at intermediate hydration ages (3, 7 and 28 days). A solution to this problem may involve the design and preparation of clinker/cement with the highest percentage of coexisting alite and ye'elimite. These materials are known as Belite-Alite Calcium SulfoAluminate (BACSA) clinkers/cements. Their manufacture may produce 15% less CO2 than OPC. Alite is the main component of OPC and is responsible for early mechanical strengths. The reaction of alite and ye´elimite with water will develop cements with high mechanical strengths at early ages, while belite will contribute to later curing times. This work is focused on the design and optimisation of all the parameters evolved in the preparation of BACSA eco-clinkers that develop mechanical strengths comparable to those of OPC with a reduction in CO2 emissions of at least 15% when compared to OPC production. These parameters include the selection of the raw materials (lime, gypsum, kaolin and sand), milling conditions of the crude, clinkering temperature (from 1280 to 1300ºC) and holding time at every temperature, and final composition. The clinker with the targeted composition (belite ~ 60 wt%, alite ~ 13 wt% and ye'elimite ~ 10 wt%) was chosen to perform the scaling-up (2 kg). BACSA eco-clinkers were chemically and mineralogically characterised through X-ray fluorescence and laboratory X-ray powder diffraction (LXRPD), the latter in combination with the Rietveld methodology to obtain the full phase assemblage including Amorphous and Crystalline non-quantified, ACn, contents. Finally, the hydration of the selected BACSA cement paste (prepared with the scaled-up clinker and anhydrite) was studied mainly through rheological measurements (at very early hydration time) and LXRPD in combination with the Rietveld methodology and G-factor method. The compressive strengths were also measured at different hydration times and were compared with OPC.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech.Societ