Efecto sobre las reacciones puzolánicas
La activación de EMC es un proceso que aumenta la afinidad química de una puzolana.[38][39] Esto conduce a un desarrollo de resistencia mayor y más rápido del hormigón resultante, en proporciones de reemplazo más altas que las puzolanas no tratadas.[28][42] Estas puzolanas transformadas (altamente reactivas) demuestran beneficios adicionales al utilizar formas de reacción puzolánica conocidas que generalmente tienen como su objetivo final una gama de productos hidratados. Un estudio de resonancia magnética nuclear sobre muestras de EMC concluyó que su activación provocó "la formación de capas delgadas de SiO "Óxido de silicio(IV)") alrededor de los cristales de C3S")", que a su vez "acelera la reacción puzolánica y promueve el crecimiento de redes más extensas de sustancias hidratadas".[45].
En términos simples, mediante el uso de puzolanas en el hormigón, la portlandita porosa (reactiva) se puede transformar en compuestos duros e impermeables (relativamente no reactivos), en lugar del carbonato cálcico relativamente reactivo, poroso y blando, generado con el cemento ordinario.[46] Muchos de los productos finales de la química puzolánica exhiben una dureza superior a 7,0. Las capacidades de "autorreparación" también pueden contribuir a mejorar la durabilidad en aquellas aplicaciones en las que deban soportarse esfuerzos de tracción.
En mayor detalle, los beneficios del hormigón puzolánico comienzan con la comprensión de que en los hormigones convencionales, el cemento Portland se combina con el agua para producir un material similar a la piedra a través de una serie compleja de reacciones químicas, cuyos mecanismos aún no se conocen por completo. El proceso, denominado hidratación mineral, forma dos compuestos cementantes en el hormigón: silicato cálcico hidratado (C-S-H) y hidróxido de calcio (Ca(OH)). Esta reacción se puede producir de tres maneras:[47].
La reacción de hidratación subyacente forma dos productos:.
La portlandita constituye alrededor del 25% del hormigón confeccionado con cemento Portland sin materiales cementosos puzolánicos.[46] En este tipo de hormigón, el dióxido de carbono se absorbe lentamente para convertir la portlandita en carbonato cálcico insoluble (CaCO), en un proceso llamado carbonatación:[46].
En forma mineral, el carbonato cálcico puede exhibir una amplia gama de dureza dependiendo de cómo se forme. En su forma más blanda, se puede formar en el hormigón como creta "Creta (roca)") (de dureza 1,0 en escala de Mohs). Al igual que la portlandita, el carbonato cálcico en forma mineral también puede ser poroso, permeable y con poca resistencia al ataque de los ácidos, lo que hace que libere dióxido de carbono.
Sin embargo, los hormigones puzolánicos, incluidos los EMC, continúan consumiendo la portlandita blanda y porosa a medida que continúa el proceso de hidratación, convirtiéndola en hormigón endurecido adicional como silicato cálcico hidratado (C-S-H) en lugar de carbonato cálcico.[46] Esto da como resultado un hormigón más denso, menos permeable y más duradero.[46] Se trata de una reacción ácido-base entre la portlandita y el ácido silícico (HSiO) que se puede representar de la siguiente manera:[51].
Además, muchas puzolanas contienen aluminato (Al(OH)) que reaccionará con la Portlandita y el agua para formar:.
La química del cemento puzolánico (junto con la química del cemento con alto contenido de aluminato) es compleja y no queda necesariamente restringida a las vías anteriores. Por ejemplo, la strätlingita se puede formar de varias maneras, incluida la siguiente ecuación que puede aumentar la resistencia de un hormigón:[54][55].
El papel de las puzolanas en la química del hormigón no se comprende completamente. Por ejemplo, la strätlingita es metaestable, que en un entorno de alta temperatura y contenido de agua (que se puede generar durante las primeras etapas de curado del hormigón) puede producir por sí mismo partículas de granate de calcio y aluminio estables (véase el primer punto anterior).[58] Este proceso se puede representar mediante la siguiente ecuación:.
Según el primer punto, aunque la inclusión de granate de calcio y aluminio en sí no es problemática, si en cambio se produce por la vía anterior, entonces pueden producirse microfisuras y pérdida de resistencia en el hormigón.[60] Sin embargo, la adición de puzolanas de alta reactividad a la mezcla de hormigón evita tal reacción de conversión.[61].
En resumen, mientras que las puzolanas proporcionan varias posibilidades químicas para formar materiales endurecidos, las puzolanas de "alta reactividad" como la escoria de alto horno") (GGBFS) también pueden estabilizar alguno de estos procesos. En este contexto, se ha demostrado que los EMC fabricados a partir de cenizas volantes producen hormigones que cumplen las mismas características que los hormigones que contienen "escoria 120" (es decir, GGBFS) según la norma estadounidense ASTM C989.[28][62].
La portlandita, cuando se expone a bajas temperaturas, condiciones de humedad y condensación, puede reaccionar con los iones sulfato, produciendo eflorescencias. Por el contrario, la química puzolánica aminora la cantidad de portlandita disponible para reducir la generación de eflorescencias.[63].