Contribución al análisis y estudio de la zona interfacial árido-pasta de cemento Portland.

Resumen

Esta investigación de Tesis Doctoral constituye una contribución al análisis y estudio de la zona interfacial árido-pasta de cemento Portland, si bien, desde un tratamiento alternativo a los que tradicionalmente se han venido realizando por la mayoría de investigadores. Puesto que, en realidad, se ha tratado de contemplar al árido como no inerte y, por consiguiente, susceptible de interaccionar químicamente con la disolución de poro del cemento Portland. Lo que indefectiblemente le causaría a sus morteros y hormigones diferencias microestructurales particulares, según sea la naturaleza mineralógica y, por tanto, el carácter químico del árido en cuestión. En la actualidad, se disponen de diferentes modelos microestructurales de otros autores, que describen la zona interfacial de estos materiales de construcción de base cemento. Si bien, todos ellos, ¿ por una parte, no se han obtenido a partir de muestras lo suficientemente representativas de los mismos, ni tampoco a una edad suficiente como para que la heterogeneidad de la microestructura de este tipo de materiales no sea susceptible de sufrir cambios notables, y ni mucho menos aún, han contemplado ni tenido en cuenta la diferente naturaleza ni el carácter químico de los áridos, y ¿ por otra, dichos modelos microestructurales existentes no coinciden en sus características, propiedades ni mecanismo de formación. Por lo que la demostración de la influencia puramente química que ejercen los áridos, en virtud de su naturaleza mineralógica y carácter químico, ha sido llevada a cabo a partir de la caracterización de morteros de un cemento Portland con dos tipos de áridos: ¿ de naturaleza silícea, constituidos en su mayor parte por cuarzo, cuyo carácter químico es ácido, y ¿ de naturaleza calcárea, constituidos en su mayor parte por calcita o calcita magnesiana, cuyo carácter químico es básico. Ésta caracterización les fue realizada en su estado fresco y, sobre todo, a edad avanzada de hasta dos años. Asimismo, otras variables del diseño de los morteros, fue la distribución de tamaños de partícula de los áridos (dos tipos: la tipo ASTM C778 y la tipo UNE-EN 196-1) y su procedencia (naturales rodados y de machaqueo de rocas masivas, lavados y no lavados), habiendo utilizado en total en esta investigación cuatro áridos diferentes, de los cuales dos pertenecen a cada una de las naturalezas y caracteres químicos anteriores. Asimismo y por otra parte, está investigación comprendió también el estudio de la influencia de las propiedades físicas de los áridos sobre las propiedades de los morteros. Y, además, la influencia de la conservación de los mismos en agua destilada y expuestos al aire del laboratorio. De este modo, las principales aportaciones de esta Tesis Doctoral han sido las que se derivan del comportamiento no inerte de los áridos, desde un punto de vista físico-mecánico y, sobre todo, el más complejo pero más diferenciador de todos, desde un punto de vista puramente químico. Y mediante este último punto de vista se ha logrado demostrar, con diferentes técnicas analíticas, la existencia de una interacción puramente química entre los áridos y la disolución de poro del cemento Portland Lo que se ha traducido en la modificación de la composición química de la misma. Asimismo, se ha logrado demostrar también que los áridos de naturaleza mineralógica silícea producen zonas interfaciales de mejores propiedades, tanto mecánicas como químicas, que los áridos de naturaleza calcárea, habiéndose puesto en cuestión, e incluso refutarse muchas de las propiedades de la zona interfacial determinadas por otros autores, como por ejemplo que, a una edad avanzada y en condiciones de curado hídrico adecuado, no existen características microestructurales diferenciadoras (como su mayor porosidad o mayor cantidad de portlandita y/o ettringita precipitadas en la interfase) con el resto de pasta de cemento Portland que justifiquen la existencia de la zona de transición a la interfase árido-pasta, por una parte, y una matriz de cemento Portland, por otra. De modo, que la zona interfacial no constituiría siempre la zona más débil de los materiales de base cemento Portland con los áridos. De igual modo se ha logrado demostrar también, la no existencia de un déficit de partículas de clinker Portland en las inmediaciones de las interfases, ni tampoco una menor proporción de estas partículas sin hidratar. En definitiva, la formación de productos de hidratación con el tiempo, produce la colmatación de la porosidad inicial, de modo que a partir de un determinado grado de hidratación ambas regiones, zona de transición y matriz de cemento Portland, forman una sola. Si bien y como se la logrado demostrar también, cada una de diferente composición química. Finalmente y en vista de la suficiente información microestructural obtenida a largo plazo, de los morteros de esta investigación, se han logrado diseñar y desarrollar dos modelos microestructurales específicos. Uno, para los áridos silíceos, o de carácter químico ácido, y otro, para los calcáreos, o de carácter químico básico, habiéndose aportado, además, la justificación del mecanismo de formación de cada modelo. Y en base a ambos modelos microestructurales, fruto de las mejores o peores propiedades físicas, mecánico-elásticas y de estabilidad volumétrica mostradas por sus morteros, se ha podido establecer la mejor o peor adecuación de un tipo de árido u otro, en función de su naturaleza y carácter químico, para conseguir diseñar, dosificar y fabricar materiales de construcción de base cemento Portland, únicamente, que muestren el mejor comportamiento, habiéndose podido deducir además de todo ello, su probable resistencia frente a los principales ataques químicos agresivos y físicos también, a los que habitualmente se encuentran expuestos en la realidad.