Humo de sílice

Las posibilidades de utilización del humo de sílice en el hormigón son:

-       La obtención de hormigones de alta resistencia, de resistencias superiores a 100 N/mm².

-    La obtención de hormigones de alta durabilidad, si bien el empleo adecuado de este material puzolánico mejorará en todo caso ambas características, contribuyendo a la producción de los que se denominan hormigones de altas prestaciones.

Estos hormigones se emplean en grandes obras como puentes, viaductos, puertos, grandes edificios, plataformas “offshore” etc.

-       Otras aplicaciones específicas como:

·         Coadyuvante de bombeo.

·         Corrector de finura.

·         Hormigonado submarino.

·         Alta impermeabilidad.

·         Hormigón proyectado.

Otras aplicaciones de interés creciente son la fabricación de materiales de fibrocemento o servir de soporte a pigmentos ⁽²⁾.

El humo de sílice se puede incorporar al hormigón como un sustituto parcial del cemento o como adición.

En el primer caso, parte del cemento se reemplaza por una cantidad mucho menor de humo de sílice. Se define como “coeficiente de eficacia de una adición” al contenido de cemento en kg que se puede sustituir por un kg de adición sin que la resistencia del hormigón varíe; en el caso del humo de sílice el coeficiente de eficacia vale 2⁽¹¹⁾.

El humo de sílice también se puede utilizar como adición a las pastas, morteros y hormigones. Añadiendo pequeñas cantidades de humo de sílice, entre un 5 y un 10% del peso del cemento, se mejoran ciertas propiedades o se confieren propiedades especiales.

En ambos casos, la pérdida de docilidad que se produce se puede compensar utilizando superplastificantes.

A continuación se especifican los efectos de la utilización del humo de sílice, tanto en las propiedades del hormigón fresco como en las propiedades físicas, mecánicas y de durabilidad del hormigón endurecido.

Efectos del humo de sílice en el hormigón fresco⁽⁶⁾

-     Demanda de agua: Como ya se ha comentado, la incorporación de humo de sílice produce un aumento de la demanda de agua, debido principalmente a su gran superficie específica, por lo que generalmente será necesario el uso de aditivos plastificantes o superplastificantes que compensen esta demanda.

-       Consistencia: El hormigón fresco es más cohesivo y menos propenso a la segregación que un hormigón sin humo de sílice. Si se incrementa el contenido de humo de sílice, el hormigón se vuelve viscoso. La experiencia ha demostrado que es necesario disminuir la consistencia del hormigón con humo de sílice, utilizando un cono mayor (aproximadamente 5 cm) que el de un hormigón convencional con cemento Pórtland, para conseguir la misma trabajabilidad real⁽³⁾.

-      Tiempo de fraguado: El humo de sílice acelera la hidratación del cemento a edades bajas del hormigón, provocando también un incremento del calor de hidratación⁽³⁾.

-       Exudación: Se reduce considerablemente, debido a la finura del humo de sílice.

      -      Retracción plástica: Como la exudación disminuye de forma considerable, el potencial de fisuración por retracción plástica es mayor⁽³⁾.

-     Color: Tanto el hormigón fresco como el endurecido presentan un color más oscuro. Esta diferencia se acentúa más en hormigones con alto porcentaje de humo de sílice o en aquellos en los que el humo de sílice tenga un elevado contenido en carbón.

-      Aireantes: La dosificación de aireantes para producir un cierto volumen de aire en el hormigón generalmente aumenta con la incorporación de humo de sílice.

-       Segregación: El hormigón con humo de sílice normalmente no segrega de forma apreciable debido a la finura de la adición. En cualquier caso, la segregación podría presentarse en hormigones con un excesivo cono, una dosificación inapropiada, colocación indebida o vibración prolongada, tal como sucede en los hormigones convencionales⁽³⁾.

-        Autodesecación: los hormigones con humo de sílice sufren el fenómeno de autodesecación aunque siguen ganando resistencia sin aportación de agua adicional⁽³⁾.

-          Efectos del humo de sílice en el hormigón endurecido⁽⁶⁾

-      Permeabilidad: Este tipo de hormigón se caracteriza por su baja permeabilidad, produciendo así una menor absorción de agua y una mayor durabilidad.

-       Módulo de elasticidad: El módulo de elasticidad del hormigón con humo de sílice es similar al de un hormigón con la misma resistencia que no incorpore esta adición.

-       Fluencia: La fluencia del hormigón con humo de sílice no es en ningún caso superior a la de un hormigón de la misma resistencia sin humo de sílice⁽³⁾.

-      Retracción: La retracción plástica de un hormigón con humo de sílice es superior al que no la incorpora. Cuando la tensión inducida por la retracción autógena supera la resistencia a tracción del hormigón, se forman fisuras. De hecho, la fisuración que aparece en  hormigones de alta resistencia con adiciones de humo de sílice coartados para deformarse y que aparece incluso en condiciones de sellado (sin posibilidad de evaporación de agua) se atribuye al desarrollo de una intensa retracción autógena. No obstante al final del proceso, la retracción total es comparable a la de un hormigón ordinario sin humo de sílice y de misma composición⁽³⁾.

-       Resistencia a compresión: Es la propiedad que mejora más notablemente con el uso del humo de sílice. Se pueden conseguir hormigones con valores comprendidos entre 100 y 120Mpa en resistencia media a 28 días⁽¹²⁾.

-      Adherencia pasta-árido: Incluso pequeñas adiciones de humo de sílice (entre un 2% y 5%) crean una interfase pasta de cemento-árido más homogénea y densa al generarse un efecto filler en esta zona. Las mejoras en las propiedades mecánicas que se observan en el hormigón con humo de sílice se atribuyen en su mayoría a la creación de una interfase pasta de cemento-árido de muy buena calidad ⁽³⁾.

-     Resistencias a flexión y tracción: El desarrollo de las resistencias a flexión y tracción del hormigón con humo de sílice es similar al que experimenta un hormigón sin humo de sílice.

-          Efectos del humo de sílice en la durabilidad del hormigón⁽⁶⁾

-       Resistencia al hielo y deshielo: El hormigón con humo de sílice suele presentar buenos resultados frente a los ciclos de hielo y deshielo.

-      Resistencia al ataque químico: Debido a su baja permeabilidad, este tipo de hormigón presenta una mejor resistencia al ataque de sustancias químicas.

-       Resistencia a la abrasión: La incorporación del humo de sílice en hormigones reduce la abrasión de los mismos.

-       Reacción álcali-árido: El humo de sílice es especialmente beneficioso para que no se produzca la reacción álcali-árido.

-      Porosidad: El humo de sílice provoca una mayor homogeneidad de la estructura de poros de la pasta de cemento y del mortero, al disminuir el número de macro poros y el radio de entrada de los poros capilares. Sin embargo, la porosidad total no se ve afectada por la utilización del humo de sílice⁽³⁾.

-       Agentes agresivos: Debido a su reducida permeabilidad, este tipo de hormigón presenta una buena resistencia a los sulfatos y cloruros.

-       Especificaciones técnicas

La Instrucción EHE⁽⁸⁾ permite la utilización del humo de sílice como adición no sólo para hormigón en masa y armado sino también para hormigón pretensado, exigiendo unos requisitos mínimos en sus características que garanticen que el hormigón alcanzará las propiedades esperadas. Esta Instrucción incorpora unas recomendaciones sobre la utilización del humo de sílice en hormigón de alta resistencia.

Así mismo se prescribe que no se podrá añadir humo de sílice al hormigón en cantidad superior al 10% del peso de cemento, y que sólo se utilizará la adición con cementos CEM I según la Instrucción  RC-08⁽⁷⁾.

A continuación, se resumen las especificaciones que debe cumplir el humo de sílice para su incorporación al hormigón según las normas españolas y las europeas.

 ^(*)     Según RC-08 la perdida de calcinación no superara el 4% en masa, determinada como la norma UNE-EN 196-2 pero empleando un tiempo de calcinación de 1h.

^(**)     Según la EHE, para hormigones con relación agua/cemento mayor que 0,45 que vayan a estar sometidos a clases de exposición H ó F se tomará k=1. La UNE-EN 206-1 admite k=1 en las clases de exposición XC y XF.

^(***)    Según RC-08 la superficie específica (BET) sin tratar será al menos de 15.000 m²/kg, determinada conforme a la norma ISO 9277.

Tabla 7: Especificaciones que debe cumplir el humo de sílice para su adición al hormigón