La escoria de alto horno granulada molida ( GGBS o GGBFS ) se obtiene apagando la escoria de hierro fundida (un subproducto de la fabricación de hierro y acero ) de un alto horno en agua o vapor, para producir un producto vítreo y granulado que luego se seca y se muele hasta obtener un polvo fino. La escoria de alto horno granulada molida es un aglutinante hidráulico latente que forma hidratos de silicato de calcio (CSH) después del contacto con el agua. Es un compuesto que mejora la resistencia y la durabilidad del hormigón . Es un componente del cemento metalúrgico ( CEM III en la norma europea EN 197 ). Su principal ventaja es su lenta liberación de calor de hidratación , lo que permite limitar el aumento de temperatura en componentes y estructuras de hormigón masivo durante el fraguado del cemento y el curado del hormigón, o para verter hormigón durante el verano caluroso.
La composición química de una escoria varía considerablemente dependiendo de la composición de las materias primas en el proceso de producción de hierro . Las impurezas de silicato y aluminato del mineral y el coque se combinan en el alto horno con un fundente que reduce la viscosidad de la escoria. En el caso de la producción de arrabio, el fundente consiste principalmente en una mezcla de piedra caliza y forsterita o en algunos casos dolomita . En el alto horno, la escoria flota sobre el hierro y se decanta para su separación. El enfriamiento lento de las escorias fundidas da como resultado un material cristalino no reactivo que consiste en un conjunto de silicatos de Ca-Al-Mg. Para obtener una buena reactividad o hidraulicidad de la escoria, la escoria fundida debe enfriarse o apagarse rápidamente por debajo de los 800 °C para evitar la cristalización de merwinita y melilita . Para enfriar y fragmentar la escoria se puede aplicar un proceso de granulación en el que la escoria fundida se somete a chorros de agua o aire a presión. Alternativamente, en el proceso de peletización, la escoria líquida se enfría parcialmente con agua y posteriormente se proyecta al aire mediante un tambor giratorio. Para obtener una reactividad adecuada, los fragmentos obtenidos se muelen hasta alcanzar la misma finura que el cemento Portland .
Los principales componentes de la escoria de alto horno son CaO (30-50%), SiO2 ( 28-38%), Al2O3 (8-24%), MnO y MgO (1-18%). En general, aumentar el contenido de CaO de la escoria da como resultado una mayor basicidad de la escoria y un aumento de la resistencia a la compresión . El contenido de MgO y Al2O3 muestra la misma tendencia hasta respectivamente el 10-12% y el 14%, más allá de los cuales no se puede obtener ninguna mejora adicional. Se han utilizado varias relaciones de composición o los denominados índices hidráulicos para correlacionar la composición de la escoria con la actividad hidráulica ; esta última se expresa principalmente como la resistencia a la compresión del aglutinante. El contenido de vidrio de las escorias adecuadas para mezclar con cemento Portland varía típicamente entre el 90 y el 100% y depende del método de enfriamiento y de la temperatura a la que se inicia el enfriamiento. La estructura del vidrio templado depende en gran medida de las proporciones de elementos formadores de red, como Si y Al, sobre modificadores de red, como Ca, Mg y, en menor medida, Al. Las mayores cantidades de modificadores de red conducen a mayores grados de despolimerización y reactividad de la red.
Los componentes cristalinos comunes de las escorias de alto horno son la merwinita y la melilita. Otros componentes menores que pueden formarse durante la cristalización progresiva son la belita , la monticellita , la rankinita, la wollastonita y la forsterita . Se encuentran comúnmente cantidades menores de azufre reducido en forma de oldhamita . [1]
El GGBS se utiliza para fabricar estructuras de hormigón duraderas en combinación con cemento Portland común y/u otros materiales puzolánicos . El GGBS se ha utilizado ampliamente en Europa y cada vez más en Estados Unidos y Asia (particularmente en Japón y Singapur ) por su superioridad en la durabilidad del hormigón, lo que prolonga la vida útil de los edificios. [ cita requerida ]
Dos de los usos principales del GGBS son la producción de cemento de escoria de calidad mejorada, concretamente el cemento Portland de alto horno (PBFC) y el cemento de alto horno con alto contenido de escoria (HSBFC), con un contenido de GGBS que varía normalmente entre el 30 y el 70%; y en la producción de hormigón duradero premezclado o preparado en el lugar.
El hormigón elaborado con cemento GGBS fragua más lentamente que el hormigón elaborado con cemento Portland común, dependiendo de la cantidad de GGBS en el material cementante, pero también continúa ganando resistencia durante un período más largo en condiciones de producción. Esto da como resultado un menor calor de hidratación y menores aumentos de temperatura, y hace que sea más fácil evitar las juntas frías , pero también puede afectar los cronogramas de construcción donde se requiere un fraguado rápido.
El uso de GGBS reduce significativamente el riesgo de daños causados por la reacción álcali-sílice (ASR), proporciona mayor resistencia al ingreso de cloruro (reduciendo el riesgo de corrosión del refuerzo) y proporciona mayor resistencia a los ataques de sulfato y otros productos químicos. [2]
El cemento GGBS se puede añadir al hormigón en la planta de dosificación del fabricante de hormigón, junto con cemento Portland, áridos y agua. Las proporciones normales de áridos y agua respecto del material cementante en la mezcla permanecen inalteradas. El GGBS se utiliza como sustituto directo del cemento Portland, en una proporción de uno a uno por peso. Los niveles de sustitución del GGBS varían entre el 30 % y el 85 %. Normalmente, en la mayoría de los casos se utiliza entre el 40 % y el 50 %.
El uso de GGBS además del cemento Portland en el hormigón en Europa está contemplado en la norma de hormigón EN 206:2013. Esta norma establece dos categorías de adiciones al hormigón junto con el cemento Portland ordinario: adiciones casi inertes (Tipo I) y adiciones puzolánicas o hidráulicas latentes (Tipo II). El cemento GGBS se incluye en esta última categoría. Como el cemento GGBS es ligeramente más barato que el cemento Portland, el hormigón fabricado con cemento GGBS tendrá un precio similar al del hormigón fabricado con cemento Portland ordinario.
Se utiliza parcialmente según la proporción de mezcla.
El cemento GGBS se especifica rutinariamente en el hormigón para brindar protección contra el ataque de sulfatos y de cloruros. El GGBS ha reemplazado de manera efectiva al cemento Portland resistente a los sulfatos (SRPC) en el mercado debido a su rendimiento superior y su costo muy reducido en comparación con el SRPC. La mayoría de los proyectos en los muelles de Dublín , incluido Spencer Dock , utilizan GGBS en el hormigón del subsuelo para lograr resistencia a los sulfatos.
La resistividad eléctrica a granel es un método de prueba que puede medir la resistividad de muestras de hormigón. (ASTM 1876–19) Una resistividad eléctrica más alta puede ser una indicación de una mayor resistividad de transferencia de iones y, por lo tanto, una mayor durabilidad. Al reemplazar hasta el 50 % de GGBS en el hormigón, los investigadores han demostrado que algunas propiedades de durabilidad se pueden mejorar significativamente. [2]
Para proteger contra el ataque de cloruros, se utiliza GGBS en un nivel de reemplazo del 50% en el hormigón. Se producen casos de ataque de cloruros en hormigón armado en entornos marinos y en puentes de carretera donde el hormigón está expuesto a salpicaduras de sales de deshielo de carreteras. En la mayoría de los proyectos de la NRA en Irlanda, el GGBS se especifica ahora en el hormigón estructural para pilares y estribos de puentes para la protección contra el ataque de cloruros. El uso de GGBS en tales casos aumentará la vida útil de la estructura hasta en un 50% si solo se hubiera utilizado cemento Portland, y evita la necesidad de un refuerzo de acero inoxidable más costoso .
El cemento GGBS también se utiliza habitualmente para limitar el aumento de temperatura en grandes vertidos de hormigón. La hidratación más gradual del cemento GGBS genera picos de temperatura más bajos y menos calor total que el cemento Portland. Esto reduce los gradientes térmicos en el hormigón, lo que evita la aparición de microfisuras que pueden debilitar el hormigón y reducir su durabilidad, y se utilizó con este fin en la construcción del túnel Jack Lynch en Cork .
En contraste con el gris pétreo del hormigón elaborado con cemento Portland, el color casi blanco del cemento GGBS permite a los arquitectos lograr un color más claro para acabados de hormigón visto expuesto, sin costo adicional. Para lograr un acabado de color más claro, el GGBS generalmente se especifica en niveles de reemplazo de entre el 50% y el 70%, aunque se pueden usar niveles de hasta el 85%. El cemento GGBS también produce una superficie más suave y libre de defectos, debido a la finura de las partículas de GGBS. La suciedad no se adhiere al hormigón GGBS tan fácilmente como al hormigón elaborado con cemento Portland, lo que reduce los costos de mantenimiento. El cemento GGBS previene la aparición de eflorescencias , las manchas de las superficies de hormigón por depósitos de carbonato de calcio . Debido a su contenido de cal mucho menor y menor permeabilidad, el GGBS es eficaz para prevenir la eflorescencia cuando se usa en niveles de reemplazo del 50% al 60%.
El hormigón que contiene cemento GGBS tiene una resistencia máxima mayor que el hormigón elaborado con cemento Portland. Tiene una mayor proporción de hidratos de silicato de calcio (CSH), que mejoran la resistencia, que el hormigón elaborado únicamente con cemento Portland, y un contenido reducido de cal libre, que no contribuye a la resistencia del hormigón. El hormigón elaborado con GGBS continúa ganando resistencia con el tiempo y se ha demostrado que duplica su resistencia a los 28 días en períodos de 10 a 12 años. [ cita requerida ]
Se informó que la dosis óptima de escoria granulada de alto horno molida (GGBS) para reemplazo en hormigón es de 20-30% en masa para proporcionar una mayor resistencia a la compresión en comparación con el hormigón hecho solo con cemento. [2]
Dado que el GGBS es un subproducto del proceso de fabricación del acero, su uso en hormigón está reconocido por LEED , así como por Building Environmental Assessment Method (BEAM) Plus en Hong Kong, etc. como una mejora de la sostenibilidad del proyecto y, por lo tanto, sumará puntos para las certificaciones LEED y BEAM Plus. En este sentido, el GGBS también se puede utilizar para superestructuras, además de en los casos en que el hormigón esté en contacto con cloruros y sulfatos, siempre que se justifique el tiempo de fraguado más lento para el vertido de la superestructura.