Escoria granulada de alto horno molida (GGBFS)
INTRODUCCIÓN
La escoria granulada de alto horno molida (GGBFS) se ha utilizado durante muchos años como un material cementoso suplementario en el concreto de cemento Portland, ya sea como un aditivo mineral o como un componente del cemento mezclado.
El uso de GGBFS en el cemento Portland está regido por AASHTO M302.(1) Se fabrican típicamente tres tipos de cementos de escoria granulada molida. Incluyen cemento Portland según lo cubierto por AASHTO M85(2), cemento de escoria de alto horno Portland (tipo de cemento mezclado IS), y cemento de escoria (tipo de cemento de escoria S) según AASHTO M240.(3)
El uso de GGBFS como un reemplazo parcial del cemento Portland aprovecha la energía invertida en el proceso de fabricación de la escoria y sus beneficios correspondientes con respecto a las propiedades cementosas mejoradas de la escoria. Moler escoria para el reemplazo del cemento requiere solo alrededor del 25 por ciento de la energía necesaria para fabricar cemento Portland.
REGISTRO DE RENDIMIENTO
Se informa que cuatro agencias estatales están investigando el uso de GGBFS como un material cementoso suplementario (Florida, Maryland, New Hampshire y Oregón).(5) Al menos 11 estados (Delaware, Florida, Indiana, Maryland, Massachusetts, Michigan, New Hampshire, Carolina del Norte (uso limitado en base experimental), Pensilvania, Carolina del Sur y Virginia) tienen actualmente especificaciones que cubren el uso de GGBFS como un reemplazo parcial del cemento Portland. Algunas agencias han reportado problemas de durabilidad (resistencia a la escama de sal) con concreto expuesto que contiene escoria de alto horno donde la cantidad de cemento de escoria excede aproximadamente el 25 por ciento del cemento total.(6)
La Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha recomendado que, a partir del 1 de mayo de 1995, las agencias de adquisición incluyan específicamente una disposición en todos los contratos de construcción para el uso de GBBFS, según corresponda. (7)
REQUISITOS DE PROCESAMIENTO DE MATERIALES
Deshidratación
La humedad en la escoria de alto horno, que ocurre en el proceso de granulación o en escoria pelletizada, debe ser eliminada mediante secado antes de usar GGBFS como un aditivo al cemento Portland o como un aditivo mineral al concreto de cemento Portland.
Molienda
El procesamiento para su uso como un material cementoso suplementario requiere la molienda de la escoria, típicamente utilizando la misma planta o equipo similar que para la producción de cemento Portland.
PROPIEDADES DE INGENIERÍA
Algunas de las propiedades de ingeniería de GGBFS que son de particular interés cuando se utiliza escoria de alto horno como un material cementoso suplementario en el concreto de cemento Portland incluyen la reactividad hidráulica de la escoria y su finura.
Reactividad Hidráulica: Dependiendo del proceso de enfriamiento, la estructura de la escoria de alto horno pelletizada puede variar desde cristalina (enfriamiento lento) hasta vítrea (enfriamiento rápido). El enfriamiento rápido es importante si se desean lograr propiedades cementosas. La composición química del GGBFS utilizado en el concreto de cemento Portland también debe conformarse a las limitaciones de contenido de azufre y sulfato descritas en AASHTO M302.(11)
Finura: La escoria granulada de alto horno es un material granular vítreo, y su distribución de partículas, forma y tamaño de grano varían, dependiendo de la composición química y el método de producción, desde partículas friables similares a palomitas de maíz hasta granos densos del tamaño de arena. La escoria de alto horno pelletizada, en contraste con la escoria de alto horno enfriada al aire y expandida, tiene una textura relativamente suave y una forma redondeada. El molido reduce el tamaño de las partículas a una finura de cemento para su uso como cemento hidráulico, que típicamente es menos de 3500 cm2/g.(8)
Algunas de las propiedades de las mezclas de concreto que contienen GGBFS que son de particular interés cuando se utiliza como reemplazo parcial del cemento incluyen el desarrollo de resistencia, trabajabilidad, calor de hidratación, resistencia a la reactividad álcali-agregado, resistencia al ataque de sulfatos y escamas de sal.
Desarrollo de Resistencia: El concreto que contiene GGBFS desarrolla resistencia a un ritmo algo más lento que el concreto que contiene solo cemento Portland, pero en última instancia puede desarrollar una resistencia equivalente. Esto puede ser una preocupación donde el desarrollo temprano de resistencia es importante (construcción por etapas donde la primera estructura debe desarrollar resistencia antes de que se pueda colocar la segunda estructura). Las bajas temperaturas (clima frío) generalmente tienen un impacto más adverso en el desarrollo de resistencia con concreto que contiene GGBFS que con concreto que contiene solo cemento Portland.
Trabajabilidad: El concreto que contiene GGBFS como reemplazo parcial del cemento tiene una trabajabilidad más duradera y una baja pérdida de asentamiento durante la construcción en clima cálido.
Calor de Hidratación: El concreto que contiene GGBFS exhibe un menor calor de hidratación que el concreto convencional de cemento Portland.
Reactividad Álcali-Agregado: El uso de GGBFS como reemplazo parcial del cemento Portland puede reducir los álcalis disponibles y puede reducir la reacción entre ciertos componentes silíceos de los agregados de concreto y los álcalis en el concreto.(9)
Resistencia a Sulfatos: El uso de GGBFS como reemplazo parcial del cemento otorga al concreto una resistencia moderada al ataque de sulfatos.(10)
Escamas de Sal: El concreto que contiene altas concentraciones de GGBFS puede ser susceptible a escamas de sal (la pérdida de capas superficiales de mortero de cemento durante ciclos repetidos de congelación-descongelación). Debido a este problema, algunas agencias limitan la cantidad de escoria en una mezcla de concreto de cemento Portland al 25 por ciento del peso total del cemento.(6)
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Diseño de Mezcla
Las recomendaciones de proporción más frecuentemente utilizadas para el uso de GGBFS en diseños de mezclas de concreto están cubiertas en ACI 226.1R.(11) Algunas agencias requieren que también se complete una prueba de escamas de sal para mezclas de concreto seleccionadas sometidas a sales de deshielo.(6,12)
Diseño Estructural
Los métodos convencionales de diseño estructural de pavimentos AASHTO son apropiados para mezclas de concreto que contienen GGBFS.
PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN
Manejo y Almacenamiento de Materiales
GGBFS (o cemento que contiene GGBFS) se maneja y almacena como el cemento Portland convencional.
Mezcla, Colocación y Compactación
El mismo equipo y procedimientos utilizados para el concreto convencional de cemento Portland pueden ser utilizados para dosificar, mezclar, transportar, colocar y terminar el concreto que contiene GGBFS.
Curado
El desarrollo de resistencia más lento del concreto que contiene GGBFS puede requerir que la humedad se retenga en el concreto por un período de tiempo más largo de lo que normalmente se requiere para el concreto convencional. La programación de la construcción de pavimentos debe permitir un tiempo adecuado para la ganancia de resistencia especificada antes de la colocación de cargas de tráfico, el inicio de ciclos de congelación-descongelación y la aplicación de sales descongelantes.
Control de Calidad
Los mismos procedimientos de control de calidad utilizados para el concreto convencional de cemento Portland se pueden utilizar para el concreto que contiene GGBFS.
